CN106292286A - 一种家庭电力用户能量管理方法 - Google Patents

Abstract

一种家庭电力用户能量管理方法，首先根据不同电器的运行特性，将家庭常见的电器分为三种类型：非热控制类不可中断电器、非热控制类可中断电器和热控制类电器；定义由家庭电力用户日用电费用目标优化函数J₁和用户不满意惩罚函数J₂加权组成的电力用户能量管理优化模型目标优化函数J；针对描述热控制类电器的不满意度的分段函数，引入非负数、0或1，将分段函数进行线性化表达；确定目标优化函数J所应满足的不同约束，获取电力用户能量管理优化模型所需数据；采用CPLEX求解器对电力用户能量管理优化模型的目标函数求解；获取当日预计电费，各电器的预计运行时段和启停开始时刻等优化结果，将其通过人机交互界面反馈用户。

Description

一种家庭电力用户能量管理方法

技术领域

本发明涉及一种电力用户能源管理方法。

背景技术

近些年来，家庭电力用户终端电器智能化程度不断提高、数量和种类不断增长，使得电力用户对智能电器进行统一管理成为用户真实且迫切的需求。物联网技术和智能家居的发展给电力用户提供了很多管理控制方案，其所实现的功能主要集中在在远程控制或便捷管理，而没有为电力用户提供有效的电器协调和节能方案。

随着智能电网技术的发展，通过终端电力用户的需求侧响应降低电力供需平衡的成本，已逐渐引起人们的重视。因此，借助智能电网中智能量测装置，并在家庭电力用户配置电力用户智能终端，在与智能电表实现双向通讯的同时，可以实现家庭能量优化管理和家庭电器的协调控制。此外，可再生能源、家庭充电汽车、储能等电力终端电器的大力发展，提高了电力供应的多元化，也为电力用户能量优化管理带来了巨大的挑战。

发明专利CN103413381 A《一种家庭能量管理系统及其工作方案》提出的家庭能量控制方法需要用户输入目标电费值，并非系统全局优化所得到的最优值，因此并不能达到最经济的状态。发明专利CN103676846 A《一种新型家庭能量管理系统的智能控制算法》将实际用电需求是否超过可再生能源发电作为减载的触发条件，并考虑了用户舒适度是否越限，但并未对家庭用电成本进行有效优化。发明专利CN103676846 A《一种用于家庭能量管理系统的智能控制算法》根据电器舒适度重要性对电器进行调节控制，从而达到电力公司的限电要求，该方案同样不能对家庭用电成本进行有效优化。有必要提出一种家庭电力用户能源优化方案，既考虑用户的用电成本，也兼顾用户的舒适度体验，同时提高用户参与需求侧响应的积极性和主动性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种家庭电力用户能量管理方法。本发明基于智能电表的分时电价信息进行需求侧响应，并实现家庭电力用户能量优化管理。同时，本发明充分考虑用户舒适需求和电器优先度的设定，实现提高了用户参与能量管理的积极性和主动性，以及需求侧响应控制的自动化。

本发明家庭电力用户能量管理方法所涉及的目标函数由家庭电力用户日用电费用目标优化函数和用户不满意惩罚函数加权组成，目标函数所应满足的约束包括非热控制类不可中断电器运行约束、非热控制类可中断电器运行约束、热控制类电器运行约束、屋顶光伏发电系统约束、注入功率约束、售电和购电约束等。

本发明用于家庭电力用户能量管理方法的步骤是：

1、根据电器的不同特点，将家庭电力用户常用电器分为三种类型：

1)非热控制类不可中断电器，这类电器一旦开始工作，将持续工作直至任务结束，如洗碗机、洗衣机等；

2)非热控制类可中断电器，在完成任务的工作过程中，这类电器可以随时启停，即可以中断，如电动充电汽车、电动水泵等；

3)热控制类电器，这类电器的工作状态与空气或热水的温度有关，如空调和热水器等。

2、定义电力用户能量管理优化模型优化目标函数J，所述的电力用户能量管理优化模型目标函数J由家庭电力用户日用电费用目标优化函数J₁和用户不满意惩罚函数J₂加权组成，即：

式(1)中，为权重因子，取值范围为0到1，权重因子表征用户的舒适度需求，越大，用户的舒适需求越高。用户可以通过调整权重因子的值灵活地选择对应不同的用电成本和舒适度的场景。

因此，和常用的能量优化方法比较，在为电力用户节约用电费用的同时，充分考虑了用户的舒适度体验，灵活地让用户在舒适体验和用电成本上达到平衡。

1)所述的电力用户能量管理优化模型目标函数J₁为：

$J_1=\underset{t\∈T}{\Σ}\[{\mathrm{\λ}}_{buy}\·P_{buy}\left(t\right)\·\mathrm{\Δ}t-{\mathrm{\λ}}_{sell}\·P_{sell}\left(t\right)\·\mathrm{\Δ}t\]---\left(2\right)$

式中，Δt为优化时间间隔；λ_buy为买电价格(元/千瓦时)，λ_sell为售电价格，单位为元/千瓦时；P_buy为电能从电网流向家庭用户时在Δt内的平均功率，P_sell为电能从家庭用户流向电网时在Δt内的平均功率，t为时间。

2)所述的用户不满意惩罚函数J₂为：

$J_2=\underset{i\∈A}{\Σ}{\mathrm{\ζ}}_i---\left(3\right)$

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\ζ}}_i=\underset{t=L_i}{\overset{U_i}{\Σ}}(1+{\mathrm{\ϵ}}_i\·t)\·u_i^{APP}\left(t\right)& \∀i\∈A_{non}\end{array}---\left(4\right)$

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\ζ}}_i=\underset{t=L_i}{\overset{U_i}{\Σ}}(1+{\mathrm{\ϵ}}_i\·t)\·P_i^{APP}\left(t\right)& \∀i\∈A_{in}\end{array}---\left(5\right)$

上式中，ε_i为用户对第i个电器设定的电器优先度；为第i个电器开关状态，1为工作状态，0为关闭状态；P_i ^APP为第i个电器电器的平均功率；A_non为非热控制类不可中断电器的集合、A_in为非热控制类可中断电器的集合，A_ther为热控制类电器的集合；T_c,i为用户设定的最舒适的水温或空气温度；为第i个电器允许的水温的上限，为允许的空气温度的下限；T_u,i为热控制类电器工作时实际的水温或空气温度；ζ_i为用户对第i个电器的满意度；A为某类电器的集合；i为电器编号；表示对任意的电器都满足；T为一个调度周期，为t时段用户对第i个电器的满意度。

3、针对描述热控制类电器i的不满意度的分段函数(7)，引入非负数w_1,i(t)、w_2,i(t)、w_3,i(t)，以及0或1的整数z_1,i(t)、z_2,i(t)，将分段函数(7)进行线性化表达，如此，热控制类电器工作时实际的水温或空气温度T_u,i(t)和t时段用户对第i个电器的满意度分别可以表述为式(9)和式(10)：

w_1,i(t)≤z_1,i(t),w_2,i(t)≤z_1,i(t)+z_2,i(t),w_3,i(t)≤z_2,i(t)

w_1,i(t)+w_2,i(t)+w_3,i(t)＝1,w_k,i(t)≥0(k＝1,2,3)

z_1,i(t)+z_2,i(t)＝1,z_k,i(t)＝0or 1(k＝1,2) (8)

$\begin{array}{cc}{T}_{u,i}\left(t\right)={\mathrm{\θ}}_i^{dn}\·w_{1,i}\left(t\right)+T_{c,i}\·w_{2,i}\left(t\right)+{\mathrm{\θ}}_i^{up}\·w_{3,i}\left(t\right)& \∀i\∈A_{ther}\end{array}---\left(9\right)$

上式中，w_1,i(t)、w_2,i(t)、w_3,i(t)分别为非负数；z_1,i(t)、z_2,i(t)为0或1的整数。

通过上述式(8)、式(9)和式(10)的变换，将式(7)的非线性表达转化为线性表达。因此，由于采用了线性优化，相比非线性优化的方法，在面对数量较多的电器场景时，将明显提高收敛速度，在实用中将大幅提高用户体验。

4、构建电力用户能量管理优化模型目标函数J应满足的约束，这些约束均采用线性描述，具体如下：

(1)对于非热控制类不可中断电器，应满足如下约束：

$\begin{array}{cc}{u}_i^{APP}\left(t\right)=0& \∀t\∈\[1,L_i)\∪(U_i,N_T\],\∀i\∈A_{non}\end{array}---\left(11\right)$

$\begin{array}{cc}{P}_i^{APP}\left(t\right)=u_i^{APP}\left(t\right)\·P_{R,i}^{APP}& \∀t\∈\[L_i,U_i\],\∀i\∈A_{non}\end{array}---\left(12\right)$

$\begin{array}{cc}\underset{t=j}{\overset{j+T_{L,i}-1}{\Σ}}{u}_i^{APP}\left(t\right)\≥T_{L,i}\·\left(u_i^{APP}\right(j)-u_i^{APP}(j-1\left)\right)& \∀j\∈(L_i,U_i-T_{L,i}+1),\∀i\∈A_{non}\end{array}---\left(13\right)$

上式中，为电器开关状态，1为工作状态，0为关闭状态；A_non为非热控制类不可中断电器的集合，L_i为非热控制类不可中断电器允许开始工作时刻，U_i为非热控制类不可中断电器最晚完成任务时刻；N_T为优化时段最后一个时间间隔；为电器额定功率；T_L,i为非热控制类不可中断电器完成任务所需要的时长，j为(L_i,U_i-T_L,i+1]范围内的整数。

(2)对于非热控制类可中断电器，应满足如下约束：

$\begin{array}{cc}{P}_i^{APP}\left(t\right)=0& \∀t\∈\[1,L_i)\∪(U_i,N_T\],\∀i\∈A_{in}\end{array}---\left(14\right)$

$\begin{array}{cc}\underset{t=L_i}{\overset{U_i}{\Σ}}{P}_i^{APP}\left(t\right)\·\mathrm{\Δ}t\≥E_i^{APP}& \∀i\∈A_{in},\∀t\∈T\end{array}---\left(15\right)$

$\begin{array}{cc}0\≤P_i^{APP}\left(t\right)\≤P_{R,i}^{APP}& \∀t\∈T,\∀i\∈A_{in}\end{array}---\left(16\right)$

上式中，A_in为非热控制类可中断电器的集合，T为优化时段；为非热控制类可中断电器完成任务所需要消耗电能；为非热控制类可中断电器的额定功率；P_i ^APP为非热控制类可中断电器的实际平均功率；L_i为非热控制类可中断电器允许开始工作时刻，U_i为非热控制类可中断电器最晚完成任务时刻；N_T为优化时段最后一个时间间隔，Δt为优化时间片段长。

(3)对于热控制类电器之一的空调，应满足如下约束：

$\begin{array}{cc}0\≤P_i^{APP}\left(t\right)\≤P_{R,i}^{APP}& \∀t\∈T,\∀i\∈AC\end{array}---\left(17\right)$

$\begin{array}{c}{T}_{u,i}\left(t\right)=T_{u,i}(t-1)+\mathrm{\η}\[W_{out}\left(t\right)-T_{u,i}(t-1)\]+\mathrm{\γ}\·P_i^{APP}\left(t\right)\·\mathrm{\Δ}t\\ \∀t>1,t\∈T,\∀i\∈AC\end{array}---\left(18\right)$

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\θ}}_i^{dn}\≤T_{u,i}\left(t\right)\≤{\mathrm{\θ}}_i^{up}& \∀t\∈T,\∀i\∈AC\end{array}---\left(19\right)$

上式中，P_i ^APP为空调实际功率；为空调额定功率；T_u,i为实际房间温度；η、γ为房间温度表达式的参数；W_out为屋外空气温度；AC为家庭内所有空调集合；和分别为用户设定的，空调所在房间所期望的最高温度和最低温度。

(4)对于热控制类电器之一的热水器，应满足如下约束：

$\begin{array}{cc}0\≤P_i^{APP}\left(t\right)\≤P_{R,i}^{APP}& \∀t\∈T,\∀i\∈WH\end{array}---\left(20\right)$

$\begin{array}{cc}\underset{k=1}{\overset{t}{\Σ}}{P}_i^{APP}\left(k\right)\·\mathrm{\Δ}t\≥\underset{k=1}{\overset{t}{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{wh}\left(t\right)& \∀t\∈T,\∀i\∈WH\end{array}---\left(21\right)$

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\ρ}}_{wh}\left(t\right)=\mathrm{\λ}\·m\left(t\right)\·c_w\·\left(T_{u,i}\right(t)-T_{cold})& \∀t\∈T,\∀i\∈WH\end{array}---\left(22\right)$

$\begin{array}{cc}\underset{k=1}{\overset{t}{\Σ}}{P}_i^{APP}\left(k\right)\·\mathrm{\Δ}t\≤\mathrm{\λ}\·M\·c_w\·({\mathrm{\θ}}_i^{max}-T_0)+\underset{k=1}{\overset{t}{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{wh}\left(k\right)& \∀t\∈T,\∀i\∈WH\end{array}---\left(23\right)$

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\θ}}_i^{dn}\≤T_{u,i}\left(t\right)\≤{\mathrm{\θ}}_i^{up}& \∀t\∈T,\∀i\∈WH\end{array}---\left(24\right)$

上式中，P_i ^APP为热水器平均功率；为热水器额定功率；ρ_wh为热水器所需求功率；λ＝1/3600000；m为用户热水需求；c_w为水的比热容；T_u,i为用户使用热水的温度；T_cold为热水器进水的温度；M为热水器容量；为热水器物理允许最高温度；T₀为热水器内初始水温；和分别为允许水温下限和上限。

$\begin{array}{cc}{P}_{ESS}^{used}\left(t\right)+P_{ESS}^{sold}\left(t\right)={\mathrm{\η}}_{ESS}^d\·P_{ESS}^d\left(t\right)& \∀t\∈T\end{array}---\left(25\right)$

$\begin{array}{cc}0\≤P_{ESS}^d\left(t\right)\≤R_{ESS}^d\·(1-{\mathrm{\μ}}_{ESS}(t\left)\right)& \∀t\∈T\end{array}---\left(26\right)$

$\begin{array}{cc}{S}_{ESS}\left(t\right)=S_{ESS}(t-1)+{\mathrm{\η}}_{ESS}^c\·P_{ESS}^c\·\mathrm{\Δ}t-{\mathrm{\η}}_{ESS}^d\·P_{ESS}^d\·\mathrm{\Δ}t& \∀t>1,\∀t\∈T\end{array}---\left(27\right)$

$S_{ESS}\left(t\right)=S_{ESS}^{ini}\left(t\right),ift=1---\left(28\right)$

$\begin{array}{cc}{S}_{ESS}^{\min }\left(t\right)\≤S_{ESS}\left(t\right)\≤S_{ESS}^{\max }\left(t\right)& \∀t\∈T\end{array}---\left(29\right)$

上式中，为储能供给家庭负荷的功率；储能馈入电网的功率；为储能的放电效率，为储能的充电效率；μ_ESS为储能的充放电标志，为0、1变量，1为充电，0为放电；为储能充放电最大功率；为储能放电功率，为储能充电功率；S_ESS为储能容量状态；Δt为时间间隔；为储能初始容量；为储能能量下限，为储能能量上限。

(5)对于屋顶光伏发电系统，应满足如下约束

$\begin{array}{cc}{P}_{PV}^{use}\left(t\right)+P_{PV}^{sell}\left(t\right)=P_{PV}\left(t\right)& \∀t\∈T\end{array}---\left(30\right)$

上式中，为光伏发电供给家用电器使用的功率；为光伏系统馈入电网的功率；P_PV为预测的光伏发电功率。

同时，还需满足功率守恒约束：

$\begin{array}{cc}{P}_{buy}\left(t\right)+P_{PV}^{use}\left(t\right)+P_{ESS}^{used}\left(t\right)=P_{ESS}^c\left(t\right)+\underset{i\∈A}{\Σ}{P}_i^{APP}\left(t\right)+P_{must}\left(t\right)& \∀t\∈T\end{array}---\left(31\right)$

上式中，P_i ^APP为第i个电器的耗电功率；P_must为电力用户家庭不可控电器的运行功率。

(6)注入电网的功率必须满足如下约束：

$\begin{array}{cc}{P}_{sell}\left(t\right)=P_{PV}^{sell}\left(t\right)+P_{ESS}^{sell}\left(t\right)& \∀t\∈T\end{array}---\left(32\right)$

上式中，P_sell为家庭售电给电网时的总功率；为屋顶光伏系统向电网馈电时的功率；为为储能系统向电网馈电时的功率。

(7)如下约束保证家庭不能同时向电网售电和购电：

$\begin{array}{cc}{P}_{buy}\left(t\right)\≤N_1\·{\mathrm{\μ}}_{grid}\left(t\right)& \∀t\∈T\end{array}---\left(33\right)$

$\begin{array}{cc}{P}_{sell}\left(t\right)\≤N_2\·(1-{\mathrm{\μ}}_{grid}(t\left)\right)& \∀t\∈T\end{array}---\left(34\right)$

上式中P_buy和P_sell分布为向电网购电或售电时的功率；μ_grid为0、1变量为向电网购电标志，1表示向电网购电，0表示向电网售电；N₁和N₂均为整数，当其为实变实数时，可实现电网需求侧响应。

5、通过用户输入或基于历史数据预测等方式获取电力用户能量管理所需要的数据，包括：

1)运算周期内用户的用电需求；

2)运算周期内的光伏发电功率；

3)家庭内各控制电器的额定功率、额定容量等参数；

4)用户的舒适度需求、电器优先度以及允许电器工作的时间段；

5)储能电池和电动汽车初始容量；

6、采用CPLEX求解器对电力用户能量管理优化模型目标函数J进行优化求解。

7、获取优化结果，并将优化结果通过人机交互界面反馈给用户，优化结果包括：(1)当前优化策略下整个运行周期的总电费；(2)电器预计开启或关闭的时刻，以及维持开启或关闭状态的时长。

本发明电力用户能量管理方法具有如下优点：

(1)本发明能量管理方法根据不同电器的运行特性，将常用电器分类，具有普适性，能用于不同规模和含有各类用电设备的家庭用户能量优化。

(2)本发明能量管理方法针对所有家用电器的舒适度需求，采用线性规建模，相比其它控制方法在面对数量较多的电器时具有较快的收敛速度，因此在实用中将大幅提高用户体验。

(3)本发明能提高用户主动参与能量管理的积极性。相对一般的能量优化方法，在为电力用户节约用电费用的同时，充分考虑了用户的舒适度体验，灵活地让用户在舒适体验和用电成本上达到平衡。

(4)本发明能适应分布式能源的接入和管理，并能与国家电网智能电表进行有效融合。可让用户灵活地参与能量管理，在提高用户积极性的同时，充分注重人性化体验，可应用于智能电网需求侧响应管理场合。

附图说明

图1为本发明实施例电力用户能量管理能量流和信息流示意图；

图2为本发明电力用户能量管理方法实施例示意图；

图3为获取的24小时电价信息；

图4为预测的光伏发电功率；

图5为预测的室外温度；

图6为预测的热水需求；

图7为预测的家庭内必须运行的其它负荷功率；

图8各电器预计运行时段及相应的运行功率；

图9空调运行温度及热水器内热水温度。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

图1所示为本发明实施例的能量流和信息流。本实施例除了屋顶光伏和储能外，还包括如下电器。根据前述的常用电器分类方法，这些电器可以分为：(1)非热控制类可中断电器3个：充电汽车2台，抽水泵1台；(2)非热控制类不可中断电器2个：洗碗机2台和洗衣机1台；(3)热控制类电器2个：空调和热水器。

在执行本发明电力用户能量管理方法前，电力用户需要预先输入如表1所示的用户需求参数，从而参与能量优化管理。电力用户可以根据需求灵活调节所输入的参数。

表1某电力用户参与能量管理设定的参数

实施本发明的电力用户能量管理还需要从国家电网所属智能电表获取分时电价信息。另外，通过网络通讯方式，接受来自互联网、服务器等渠道的天气信息。此外，基于外部获取或自身存储的数据后，需通过分析计算，预测调度周期内屋顶光伏的发电功率、室外温度等。预测的光伏发电功率如图4所示，预测的室外温度如图5所示，预测的用户热水需求如图6所示，预测的其它必须运行的负荷功率如图7所示。

接下来，建立由家庭电力用户日用电费用目标优化函数J₁和用户不满意惩罚函数J₂加权组成的电力用户能量管理优化模型目标函数J，同时，针对电力用户能量管理优化模型目标函数J和各种不同类型的电器建立各种约束，如图2所示。

然后采用CPLEX求解器对电力用户能量管理优化模型目标函数J求解。对于本实施例，基于用户所输入参数的优化结果为：当日预计电费为8.9305元，各电器的运行时间段及相应的运行功率如图8所示，对应的室内温度及热水器内热水的温度如图9所示。

取得优化结果后，如当日预计电费，各电器的预计运行时段和启停开始时刻等，将＝优化结果通过人机交互界面反馈给用户。

用户在获得优化结果后，如果对当前结果不满意，可以调整表1所示的参数，并重新进行优化计算，直至得到用户期望的运行场景。如此，本发明通过用户调整少量参数实现了用户介入能量管理，这种让用户参与能量管理的方式，注重了人性化体验，可以提高用户参与能量管理的积极性。

Claims (4)

1.一种家庭电力用户能量管理方法，其特征在于：所述的家庭电力用户能量管理控制方法包括以下步骤：

(1)根据电器的不同特点，将家庭电力用户常用电器分为三种类型：

1)非热控制类不可中断电器，这类电器一旦开始工作，将持续工作直至任务结束；

2)非热控制类可中断电器，在完成任务的工作过程中，这类电器可以随时启停，即可以中断；

3)热控制类电器，这类电器的工作状态与空气或热水的温度有关；

(2)构建电力用户能量管理优化目标函数J，所述的电力用户能量管理优化目标函数J由家庭电力用户日用电费用目标优化函数J₁和用户不满意惩罚函数J₂加权组成，即：

式中，为权重因子，取值范围为0到1，权重因子表征用户的舒适度需求，越大，用户的舒适需求越高；

(3)针对描述热控制类电器i的不满意度的分段函数(7)，引入非负数w_1,i(t)、w_2,i(t)、w_3,i(t)，以及0或1的整数z_1,i(t)、z_2,i(t)，将分段函数(7)进行线性化表达；

(4)构建电力用户能量管理优化目标函数所需要满足的各种约束；所述的电力用户能量管理优化目标函数J应满足的约束包括：非热控制类不可中断电器运行约束、非热控制类可中断电器运行约束、热控制类电器运行约束、屋顶光伏发电系统约束、注入功率约束，以及售电和购电约束；

(5)通过用户输入或基于历史数据预测方式获取电力用户能量管理优化模型所需要的数据，包括：

1)运算周期内用户的用电需求；

2)运算周期内的光伏发电功率；

3)家庭内各控制电器的额定功率、额定容量；

4)用户的舒适度需求、电器优先度以及允许电器工作的时间段；

5)储能电池和电动汽车初始容量；

(6)采用CPLEX求解器对电力用户能量管理优化模型目标函数求解；

(7)获取当日预计电费，各电器的预计运行时段和启停开始时刻等优化结果，将其通过人机交互界面反馈给用户。

2.根据权利要求1所述的家庭电力用户能量管理方法，其特征在于：所述步骤(2)中家庭电力用户日用电费用目标优化函数J₁为：

$J_1=\underset{t\∈T}{\Σ}\[{\mathrm{\λ}}_{buy}\·P_{buy}\left(t\right)\·\mathrm{\Δ}t-{\mathrm{\λ}}_{sell}\·P_{sell}\left(t\right)\·\mathrm{\Δ}t\]---\left(2\right)$

式中，Δt为优化时间间隔；λ_buy为买电价格，单位为元/千瓦时，λ_sell为售电价格，单位为元/千瓦时；P_buy为电能从电网流向家庭用户时在Δt内的平均功率，P_sell为电能从家庭用户流向电网时在Δt内的平均功率，t为时间。

3.按照权利要求1所述的家庭电力用户能量管理方法，其特征在于：所述步骤(2)中用户不满意惩罚函数J₂为：

$J_2=\underset{i\∈A}{\Σ}{\mathrm{\ζ}}_i---\left(3\right)$

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\ζ}}_i=\underset{t=L_i}{\overset{U_i}{\Σ}}(1+{\mathrm{\ϵ}}_i\·t)\·u_i^{APP}\left(t\right)& \∀i\∈A_{non}\end{array}---\left(4\right)$

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\ζ}}_i=\underset{t=L_i}{\overset{U_i}{\Σ}}(1+{\mathrm{\ϵ}}_i\·t)\·P_i^{APP}\left(t\right)& \∀i\∈A_{in}\end{array}---\left(5\right)$

上式中，ε_i为用户对第i个电器设定的电器优先度；为第i个电器开关状态，1为工作状态，0为关闭状态；为第i个电器电器的平均功率；A_non为非热控制类不可中断电器的集合、A_in为非热控制类可中断电器的集合，A_ther为热控制类电器的集合；T_c,i为用户设定的最舒适的水温或空气温度；为第i个电器允许的水温的上限，为允许的空气温度的下限；T_u,i为热控制类电器工作时实际的水温或空气温度；ζ_i为用户对第i个电器的满意度；A为某类电器的集合；i为电器编号；表示对任意的电器都满足；T为一个调度周期，为t时段用户对第i个电器的满意度。

4.根据权利要求1所述的家庭电力用户能量管理方法，其特征在于：步骤(4)中电力用户能量管理优化目标函数J应满足的约束具体如下：

(1)对于非热控制类不可中断电器，应满足如下约束：

$\begin{array}{cc}{u}_i^{APP}\left(t\right)=0& \∀t\∈\[1,L)\∪(U_i,N_T\],\∀i\∈A_{non}---(11)\end{array}$

$\begin{array}{cc}{P}_i^{APP}\left(t\right)=u_i^{APP}\left(t\right)\·P_{R,i}^{APP}& \∀t\∈\[L_i,U_i\],\∀i\∈A_{non}\end{array}---\left(12\right)$

$\begin{array}{cc}\underset{t=j}{\overset{j+T_{L,i}-1}{\Σ}}{u}_i^{APP}\left(t\right)\≥T_{L,i}\·\left(u_i^{APP}\right(j)-u_i^{APP}(j-1\left)\right)& \∀j\∈(L_i,U_i-T_{L,i}+1\],\∀i\∈A_{non}\end{array}---\left(13\right)$

上式中，为电器开关状态，1为工作状态，0为关闭状态；A_non为非热控制类不可中断电器的集合，L_i为非热控制类不可中断电器允许开始工作时刻，U_i为非热控制类不可中断电器最晚完成任务时刻；N_T为优化时段最后一个时间间隔；为电器额定功率；T_L,i为非热控制类不可中断电器完成任务所需要的时长，j为(L_i,U_i-T_L,i+1]范围内的整数；

(2)对于非热控制类可中断电器，应满足如下约束：

$\begin{array}{cc}{P}_i^{APP}\left(t\right)=0& \∀t\∈\[1,L_i)\∪(U_i,N_T\],\∀i\∈A_{in}\end{array}---\left(14\right)$

$\begin{array}{cc}\underset{t=L_i}{\overset{U_i}{\Σ}}{P}_i^{APP}\left(t\right)\·\mathrm{\Δ}t\≥E_i^{APP}& \∀i\∈A_{in},\∀t\∈T\end{array}---\left(15\right)$

${\begin{array}{cc}0\≤P_i^{APP}\left(t\right)\≤P_{R,i}^{APP}& \∀t\∈T,\∀i\∈A\end{array}}_{in}---\left(16\right)$

上式中，A_in为非热控制类可中断电器的集合，T为优化时段；为非热控制类可中断电器完成任务所需要消耗电能；为非热控制类可中断电器的额定功率；为非热控制类可中断电器的实际平均功率；L_i为非热控制类可中断电器允许开始工作时刻，U_i为非热控制类可中断电器最晚完成任务时刻；N_T为优化时段最后一个时间间隔，Δt为优化时间片段长；

(3)对于热控制类电器之一的空调，应满足如下约束：

$\begin{array}{cc}0\≤P_i^{APP}\left(t\right)\≤P_{R,i}^{APP}& \∀t\∈T,\∀i\∈AC\end{array}---\left(17\right)$

$\begin{array}{c}{T}_{u,i}\left(t\right)=T_{u,i}(t-1)+\mathrm{\η}\[W_{out}\left(t\right)-T_{u,i}(t-1)\]+\mathrm{\γ}\·P_i^{APP}\left(t\right)\·\mathrm{\Δ}t\\ \∀t>1,t\∈T,\∀i\∈AC\end{array}---\left(18\right)$

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\θ}}_i^{dn}\≤T_{u,i}\left(t\right)\≤{\mathrm{\θ}}_i^{up}& \∀t\∈T,\∀i\∈AC\end{array}---\left(19\right)$

上式中，为空调实际功率；为空调额定功率；T_u,i为实际房间温度；η、γ为房间温度表达式的参数；W_out为屋外空气温度；AC为家庭内所有空调集合；和分别为用户设定的，空调所在房间所期望的最高温度和最低温度；

(4)对于热控制类电器之一的热水器，应满足如下约束：

$\begin{array}{cc}0\≤P_i^{APP}\left(t\right)\≤P_{R,i}^{APP}& \∀t\∈T,\∀i\∈\end{array}WH---\left(20\right)$

$\begin{array}{cc}\underset{k=1}{\overset{t}{\Σ}}{P}_i^{APP}\left(k\right)\·\mathrm{\Δ}t\≥\underset{k=1}{\overset{t}{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{wh}\left(t\right)& \∀t\∈T,\∀i\∈WH\end{array}---\left(21\right)$

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\ρ}}_{wh}\left(t\right)=\mathrm{\λ}\·m\left(t\right)\·c_w\·\left(T_{u,i}\right(t)-T_{cold})& \∀t\∈T,\∀i\∈WH\end{array}---\left(22\right)$

$\begin{array}{cc}\underset{k=1}{\overset{t}{\Σ}}{P}_i^{APP}\left(k\right)\·\mathrm{\Δ}t\≤\mathrm{\λ}\·M\·c_w\·({\mathrm{\θ}}_i^{max}-T_0)+\underset{k=1}{\overset{t}{\Σ}}{\mathrm{\ρ}}_{wh}\left(k\right)& \∀t\∈T,\∀i\∈WH\end{array}---\left(23\right)$

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\θ}}_i^{dn}\≤T_{u,i}\left(t\right)\≤{\mathrm{\θ}}_i^{up}& \∀t\∈T,\∀i\∈WH\end{array}---\left(24\right)$

上式中，P_i ^APP为热水器平均功率；为热水器额定功率；ρ_wh为热水器所需求功率；λ＝1/3600000；m为用户热水需求；c_w为水的比热容；T_u,i为用户使用热水的温度；T_cold为热水器进水的温度；M为热水器容量；为热水器物理允许最高温度；T₀为热水器内初始水温；和分别为允许水温下限和上限；

$\begin{array}{cc}{P}_{ESS}^{used}\left(t\right)+P_{ESS}^{sold}\left(t\right)={\mathrm{\η}}_{ESS}^d\·P_{ESS}^d\left(t\right)& \∀t\∈T\end{array}---\left(25\right)$

$\begin{array}{cc}0\≤P_{ESS}^d\left(t\right)\≤R_{ESS}^d\·(1-{\mathrm{\μ}}_{ESS}(t\left)\right)& \∀t\∈T\end{array}---\left(26\right)$

$\begin{array}{cc}{S}_{ESS}\left(t\right)=S_{ESS}(t-1)+{\mathrm{\η}}_{ESS}^c\·P_{ESS}^c\·\mathrm{\Δ}t-{\mathrm{\η}}_{ESS}^d\·P_{ESS}^d\·\mathrm{\Δ}t& \∀t>1,\∀t\∈T\end{array}---\left(27\right)$

$S_{ESS}\left(t\right)=S_{ESS}^{ini}\left(t\right),ift=1---\left(28\right)$

$\begin{array}{cc}{S}_{ESS}^{\min }\left(t\right)\≤S_{ESS}\left(t\right)\≤S_{ESS}^{\max }\left(t\right)& \∀t\∈T\end{array}---\left(29\right)$

上式中，为储能供给家庭负荷的功率；储能馈入电网的功率；为储能的放电效率，为储能的充电效率；μ_ESS为储能的充放电标志，为0、1变量，1为充电，0为放电；为储能充放电最大功率；为储能放电功率，为储能充电功率；S_ESS为储能容量状态；Δt为时间间隔；为储能初始容量；为储能能量下限，为储能能量上限；

(5)对于屋顶光伏发电系统，应满足如下约束：

$\begin{array}{cc}{P}_{PV}^{use}\left(t\right)+P_{PV}^{sell}\left(t\right)=P_{PV}\left(t\right)& \∀t\∈T\end{array}---\left(30\right)$

上式中，为光伏发电供给家用电器使用的功率；为光伏系统馈入电网的功率；P_PV为预测的光伏发电功率；

同时，还需满足功率守恒约束：

$\begin{array}{cc}{P}_{buy}\left(t\right)+P_{PV}^{use}\left(t\right)+P_{ESS}^{used}\left(t\right)=P_{ESS}^c\left(t\right)+\underset{i\∈A}{\Σ}{P}_i^{APP}\left(t\right)+P_{must}\left(t\right)& \∀t\∈T\end{array}---\left(31\right)$

上式中，P_i ^APP为第i个电器的耗电功率；P_must为电力用户家庭不可控电器的运行功率；

(6)注入电网的功率必须满足如下约束：

$\begin{array}{cc}{P}_{sell}\left(t\right)=P_{PV}^{sell}\left(t\right)+P_{ESS}^{sell}\left(t\right)& \∀t\∈T\end{array}---\left(32\right)$

上式中，P_sell为家庭售电给电网时的总功率；为屋顶光伏系统向电网馈电时的功率；为为储能系统向电网馈电时的功率；

(7)如下约束保证家庭不能同时向电网售电和购电：

$\begin{array}{cc}{P}_{buy}\left(t\right)\≤N_1\·{\mathrm{\μ}}_{grid}\left(t\right)& \∀t\∈T\end{array}---\left(33\right)$

$\begin{array}{cc}{P}_{sell}\left(t\right)\≤N_2\·(1-{\mathrm{\μ}}_{grid}(t\left)\right)& \∀t\∈T\end{array}---\left(34\right)$

上式中P_buy和P_sell分布为向电网购电或售电时的功率；μ_grid为0、1变量为向电网购电标志，1表示向电网购电，0表示向电网售电；N₁和N₂均为整数，当其为实变实数时，能够实现电网需求侧响应。