CN105676657A - 一种智能家用电器用电负荷群控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能家用电器用电负荷群控方法，包括：根据马斯洛需求层次理论解释中的生存-归属-成长的层次关系对家庭负荷进行分级；建立智能家居负荷管理的模型，模型包括由用户总电费构成的目标函数和用户用电负荷构成的总负荷约束条件；在家用电器用电负荷系统中，断负荷顺序依次为三级、二级和一级；运行家用电器用电负荷系统，在系统中的某一时间，进行优化，对决策变量做出改动，即对家庭负荷的运行状态进行改变。本发明从居民用户日常生活需求出发，最大程度保障居民生活需求；优化目标为用电费用，对电网和用户均有益。

Description

一种智能家用电器用电负荷群控方法

技术领域

本发明涉及一种智能家用电器用电负荷群控方法。

背景技术

当前家庭家居电气化程度提高造成家庭总负荷过大，用户用电安全存在隐患，居民用户根据电网分时电价所进行的需求响应不够积极，电网对用户需求响应信息采集难度大。缺乏有效的针对家用电器负荷分级和群控的方法来合理的分类并有效的控制家用电器。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种智能家用电器用电负荷分级和群控方法，以保证用户负荷总量不超限且负荷状态最优(负荷数目最大)，并与电网侧分时电价相结合，控制用电费用最优化。本发明的技术方案如下：

一种智能家用电器用电负荷群控方法，包括下面的步骤：

1)根据马斯洛需求层次理论解释中的生存-归属-成长的层次关系对家庭负荷进行分级，一级负荷：负载用于保证居民生活需要以及智能家居控制系统正常工作，长时间断电会对居民造成严重影响，甚至会危及财产及生命安全；二级负荷：可以给居民用户基本生活需要提供便利的负荷；三级负荷：超越居民基本生活需要，并有利于提高生活质量的负荷；

2)基于上述分级，建立智能家居负荷管理的模型，模型包括由用户总电费构成的目标函数和用户用电负荷构成的总负荷约束条件，模型如下：

将一天时间分为N个时段，每段时间为Δt，第i时间段对应电价Ci以及该时段运行的各级负荷功率之和，电价、功率和与时间三者相乘即为该时段用电费用，各时段的用电费用之和即为总电费，从而得出目标函数；家庭中负荷上限为P_N，每个时段的运行的负荷功率之和应小于P_N，从而形成约束条件；

3)在家用电器用电负荷系统中，将各个决策变量进行编码，保证一级负荷不可系统中断，二级负荷和三级负荷可控且二级负荷运行优先级大于三级负荷，使得负荷超过额定负荷限制时，断负荷顺序依次为三级、二级和一级；

4)运行家用电器用电负荷系统，在系统中的某一时间，针对系统的状况，由选定的算法对目标函数进行优化，得出最优解，并对决策变量做出改动，即对家庭负荷的运行状态进行改变。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

(1)从居民用户日常生活需求出发，最大程度保障居民生活需求；

(2)优化目标为用电费用，对电网和用户均有益；

(3)在采用本方法的控制系统运行过程中，可以建立记录决策变量变化模块，同时记录用户行为和控制系统机器行为。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细的描述：

1)根据马斯洛需求层次理论解释中的生存-归属-成长的层次关系对家庭负荷进行分级。一级：负载用于保证居民生活需要以及智能家居控制系统正常工作，长时间断电会对居民造成严重影响，甚至会危及财产及生命安全。其中典型设备如：烟雾报警器、智能家居服务器、普通照明、冰箱等；第一级被确定后，系统可以正常工作，人可以生存，智能家居系统可以运转，但人仍然被一些生存的琐事所困扰，所以可以确定第二级，二级：可以给居民用户基本生活需要提供便利的负荷。其中典型电器如：洗衣机、微波炉、热水器、干衣机等；一二两级已经解决了基本需求，并使居民用户生活方便，对应马斯洛需求层次理论，下一个层面应实现爱/归属感，情感和自我实现，在智能家居中，我们可以这样定义，三级：超越居民基本生活需要，并有利于提高生活质量的负荷。其中典型电器如：电视机、计算机、音响、空调、按摩椅等

2)建立智能家居负荷管理的模型，模型包括由用户总电费构成的目标函数和用户用电负荷构成的总负荷约束条件。

将一天时间分为N个时段，每段时间为Δt，第i时间段对应电价Ci以及该时段运行的各级负荷功率之和，电价、功率和与时间三者相乘即为该时段用电费用，各时段的用电费用之和即为总电费，从而得出目标函数式(1)；家庭中负荷上限为P_N，每个时段的运行的负荷功率之和应小于P_N，从而形成约束条件式(2)。

$\min C=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}Ci\left(\underset{\mathrm{\δ}\∈(A_1\∪A_2\∪A_2)}{\Σ}{P}_{\mathrm{\δ},i}\right)\mathrm{\Δ}t---\left(1\right)$

$\underset{\mathrm{\δ}\∈(A_1\∪A_2\∪A_2)}{\Σ}{P}_{\mathrm{\δ},i}\≤P_N---\left(2\right)$

目标函数(1)中，C是一天中的用电费用，Ci是i时间段的电价，δ是负荷编号，Δt是时间步长，A₁、A₂、A₃是负荷等级，A₁是一级负荷，不可中断，A₂是二级负荷，A₃是三级负荷，N＝24/Δt，P_δ,i是在第i时段标号为δ的负荷的功率，P_δ,i是第i时段所有功率总和，P_δ,i与Ci和Δt相乘后，即可得出用户在第i时段的用电费用，是从第1时间段到N时间段的用电费用之和，即为一天之中用户的总用电费用；约束条件(2)中P_N为家庭所能承受的最大负荷上限。

3)属于非线性的函数优化问题，可利用具有相关优化功能的算法进行最优化求解。将各部分模型中的决策变量(开关状态)进行编码，保证一级负荷不可系统中断(不可控)，二级、三级可控且二级负荷运行优先级大于三级负荷，使得负荷超过额定负荷限制时，断负荷顺序为三级-二级-一级。

4)运行包含1)、2)3)所述的分级方法及优化目标函数及优化算法的控制系统，在系统中的某一时间，针对系统的状况，由选定的算法(例如：遗传算法、蚁群算法、粒子群算法等)对目标函数进行优化，得出最优解，并对决策变量做出改动，即对家庭负荷的运行状态进行改变。

5)在算法执行过程中，设定数据记录模块，对决策变量的改动进行记录，从而记录用户及控制系统的行为信息，可为需求响应采集信息。

Claims (1)

1.一种智能家用电器用电负荷群控方法，包括下面的步骤：

1)根据马斯洛需求层次理论解释中的生存-归属-成长的层次关系对家庭负荷进行分级，一级负荷：负载用于保证居民生活需要以及智能家居控制系统正常工作，长时间断电会对居民造成严重影响，甚至会危及财产及生命安全；二级负荷：可以给居民用户基本生活需要提供便利的负荷；三级负荷：超越居民基本生活需要，并有利于提高生活质量的负荷。

2)基于上述分级，建立智能家居负荷管理的模型，模型包括由用户总电费构成的目标函数和用户用电负荷构成的总负荷约束条件，模型如下：

将一天时间分为N个时段，每段时间为Δt，第i时间段对应电价Ci以及该时段运行的各级负荷功率之和，电价、功率和与时间三者相乘即为该时段用电费用，各时段的用电费用之和即为总电费，从而得出目标函数；家庭中负荷上限为P_N，每个时段的运行的负荷功率之和应小于P_N，从而形成约束条件。

3)在家用电器用电负荷控制系统中，将各个决策变量进行编码，保证一级负荷不可系统中断，二级负荷和三级负荷可控且二级负荷运行优先级大于三级负荷，使得负荷超过额定负荷限制时，断负荷顺序依次为三级、二级和一级。

4)运行家用电器用电负荷控制系统，在系统中的某一时间，针对系统的状况，由选定的算法对目标函数进行优化，得出最优解，并对决策变量做出改动，即对家庭负荷的运行状态进行改变。