CN110794671B - 家庭能源能量管理方法以及系统 - Google Patents

家庭能源能量管理方法以及系统 Download PDF

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    • Y04S20/222—Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving

Abstract

本申请涉及一种家庭能源能量管理方法以及系统。家庭能源能量管理方法，包括：接收用户用电计划；将一天分为若干用电时段，根据用户用电计划确定在各用电时段内哪些用电设备进行工作；获取各用电时段内的相应用电设备的用电设备功率的历史数据；根据各用电时段内的相应用电设备的用电设备功率的历史数据制定各用电时段内的多种控制策略；将各用电时段内的多种控制策略按照用电成本排序；根据所处用电时段选择该用电时段内的最佳的控制策略；循环判断所选控制策略是否使得实时的用户设备运行功率是否得到满足，直至实时的用户设备运行功率得到满足，选择使得实时的用户设备运行功率得到满足的控制策略进行供电。本申请可以有效降低用电成本。

Description

家庭能源能量管理方法以及系统
技术领域
本申请涉及电力电网技术领域，特别是涉及一种家庭能源能量管理方法以及系统。
背景技术
随着随着国民生活水平的提高，国民对电力需求和生活质量的需求日益增强。特别是伴随众多的电子设备产品的产生与广泛使用，家庭式的用户电能消耗急剧增加，同时对电能的可靠性和多样化的需求也不断提升。
随着家庭用户对用电体验的逐步重视，在满足自身需求的同时提高用电效率、降低用电成本成为家庭能源管理系统急需解决的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高用电效率、降低用电成本的家庭能源能量管理方法以及系统。
一种家庭能源能量管理方法，包括：
接收用户用电计划；
将一天分为若干用电时段，根据所述用户用电计划确定在各用电时段内哪些用电设备进行工作；
获取各用电时段内的相应用电设备的用电设备功率的历史数据；
根据各用电时段内的相应用电设备的用电设备功率的历史数据制定各用电时段内的多种控制策略；
将各用电时段内的所述多种控制策略按照用电成本排序；
根据所处用电时段选择该用电时段内的最佳的控制策略；
判断所选控制策略是否使得实时的用户设备运行功率得到满足；
当实时的用户设备运行功率未得到满足时，更换选择用电成本仅次于所选控制策略的另一控制策略；
基于所述另一控制策略循环判断所选控制策略是否使得实时的用户设备运行功率是否得到满足，直至实时的用户设备运行功率得到满足，选择使得实时的用户设备运行功率得到满足的控制策略进行供电。
在其中一个实施例中，所述根据使得所述用户设备运行功率得到满足的控制策略进行供电之后，还包括：
判断程序时间是否达到所处用电时段的结束时间；
当程序时间未达到所处用电时段的结束时间时，根据所选控制策略判断实时的用户设备运行功率是否得到满足；
当所述用户设备运行功率得到满足时，继续使用所选控制策略进行供电；
当所述用户设备运行功率未得到满足时，从该用电时段内的最佳的控制策略开始依次循环选择判断，获取使得所述用户设备运行功率得到满足的控制策略进行供电；
当程序时间达到所处用电时段的结束时间时，结束在该用电时段内的管理，并开始下一用电时段的管理。
在其中一个实施例中，根据各用电时段内的相应用电设备的用电设备功率的历史数据制定各用电时段内的多种控制策略包括：
根据各用电时段内的相应用电设备的用电设备功率的历史数据获得各用电时段的用电总功率；
获取各用电时段内的发电系统的多个预测输出功率范围；
获取各用电时段内的储能系统的多个预测输出功率范围；
根据各时间段的用电总功率、发电系统的多个预测输出功率范围、储能系统的多个预测输出功率范围以及电网是否停电，制定各用电时段内的多种控制策略。
在其中一个实施例中，所述发电系统为光伏系统，获取各用电时段内的发电系统的多个预测输出功率范围包括：
根据天气预报中的各用电时段的太阳辐照强度和大气温度预测各时段内的发电系统的光伏发电功率曲线；
根据各用电时段的所述光伏发电功率曲线获取各用电时段内的发电系统的多个预测输出功率范围。
在其中一个实施例中，各用电时段内的多种控制策略包括：当发电系统、储能系统以及电网均无法供电时，使用备用电源供电。
在其中一个实施例中，使用备用电源进行供电包括：使用家用式柴油发电机进行供电。
在其中一个实施例中，根据所处用电时段，选择该用电时段内的最佳的控制策略包括：
根据所处用电时段，选择该用电时段内的用电成本最低的控制策略为最佳的控制策略。
在其中一个实施例中，将各所述用电时段各用电时段内的所述多种控制策略按照用电成本不同排序之前，还包括接收分时电价信息。
在其中一个实施例中，在接收用户用电计划之前还包括：将系统程序初始化。
一种家庭能源能量管理系统，应用以上任一实施例所述的家庭能源能量管理方法。
上述家庭能源能量管理方法，在各用电时段制定了多种控制策略，可以使得用户根据自己的意愿制定用电计划后，在用电正常的情况下，可以选择用电成本最低的控制策略进行供电，进而有效提高用电效率、降低用电成本。
附图说明
图1为一个实施例中家庭能源能量管理方法流程图；
图2为一个实施例中家庭能源能量管理方法流程图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的家庭能源能量管理方法可以应用于家庭能源能量管理系统。
在一个实施例中，参考图1，提供一种家庭能源能量管理方法，包括：
步骤S1，接收用户用电计划。
这里的“用户用电计划”是指家庭用户的各种用电设备在一天内的何时段进行工作的计划，为家庭用户根据自己的用电需求进行设置的用电计划。不同的家庭可以根据自己的用电需求设置不同的用电计划。
家庭用户在使用应用本申请家庭能源能量管理方法的家庭能源能量管理系统时，根据自己的意愿将用户用电计划上传至家庭能源能量管理系统。家庭能源能量管理系统接收该用户用电计划，进而可以根据该计划对用户用电进行管理控制。
此步骤之前，可以先将系统程序初始化，进而节约家庭能源能量管理系统的存储空间。
步骤S2，将一天分为若干用电时段，根据用户用电确定在各用电时段内哪些用电设备进行工作。
家庭能源能量管理系统将一天(24小时)分为若干用电时段。例如，将一天分为24个用电时段，每隔一个小时划分一个用电时段。然后，根据用户用电计划确定在各用电时段内哪些用电设备进行工作。
步骤S3，获取各用电时段内的相应用电设备的用电设备功率的历史数据。
在此之前的一段时间，家庭能源能量管理系统可以通过控制模块(例如PLC 控制器)去采集家庭用户的各用电设备的用电设备功率数据，并将这些数据作为历史数据发送至家庭能源能量管理系统的存储模块进行存储。
本步骤可以根据用电时段，对各用电时段内相应用电设备的用电设备功率的历史数据进行读取，从而获取各用电时段内的相应用电设备的用电设备功率的历史数据。
步骤S4，根据各用电时段内的相应用电设备的用电设备功率的历史数据制定各用电时段内的多种控制策略。
本步骤，可以根据步骤S3所读取的各用电时段内相应用电设备的用电设备功率的历史数据可以获得各用电时段内的用电总功率。进而可以根据各用电时段内的用电总功率预测在各用电时段内可以通过多少种供电方式进行供电，从而制定出多种控制策略。
步骤S5，将各用电时段内的多种控制策略按照用电成本排序。
将各用电时段各用电时段内的多种控制策略按照用电成本不同排序之前，可以先接收分时电价信息。
即用户可以根据其所在地区的电价信息上传至家庭能源能量管理系统，使得家庭能源能量管理系统接收分时电价信息。当然，该分时电价信息也可以是直接存储在家庭能源能量管理系统内的。
本步骤完成之后，家庭能源能量管理系统内存储了各用电时段内的多种控制策略，从而可以在各用电时段内对家庭能源能量进行管理。
步骤S6，根据所处用电时段选择该用电时段内的最佳的控制策略。
在对家庭能源能量进行管理时，可以首先判断此时所处的用电时段。然后根据所处用电时段，选择该用电时段内的最佳的控制策略。
本步骤具体可以为根据所处用电时段，选择该用电时段内的用户成本最低的控制策略为最佳的控制策略。当然，本步骤也可以根据其他情况(例如实际天气情况)，选择其他控制策略为最佳的控制策略。
步骤S7，判断所选控制策略是否使得实时的用户设备运行功率得到满足。
在选择所处用电时段内的最佳的控制策略后，可以检测该时段内的各供电部分(例如光伏系统、储能系统等)的实时实际功率，进而判断所选控制策略是否使得实时的用户设备运行功率得到满足。
步骤S8，当实时的用户设备运行功率得到满足时，根据所选控制策略进行供电；
步骤S9，当实时的用户设备运行功率未得到满足时，更换选择用电成本仅次于所选控制策略的另一控制策略。
步骤S10，基于另一控制策略循环判断所选控制策略是否使得实时的用户设备运行功率是否得到满足，直至实时的用户设备运行功率得到满足，选择使得实时的用户设备运行功率得到满足的控制策略进行供电。
即步骤S6至步骤S10为一个循环选择判断的过程。具体地，可以理解为，当最开始选择的最佳的控制策略可以使得实时的用户设备运行功率得到满足时，则选择该控制策略进行供电。否则，第二次选择用电成本仅次于所选控制策略(即第一次所选的最佳的控制策略)的另一控制策略。在对各控制策略的用电成本由低到高的排序后，用电成本越低，表示用电成本越好。第二次选择用电成本仅次于所选控制策略的另一控制策略表示，第二次选择另一用电成本仅次于所选控制策略好的控制策略。当第二次选择的控制策略可以使得实时的用户设备运行功率得到满足时，则选择该控制策略进行供电。否则，第三次选择用电成本仅次于所选控制策略(即第二次所选的控制策略)的另一控制策略。当第三次选择的控制策略可以使得实时的用户设备运行功率得到满足时，则选择该控制策略进行供电。否则，继续以此方式进行选择，直至最终选择到使得实时的用户设备运行功率得到满足的控制策略进行供电。
因此，通过本实施例的管理方法，在各用电时段制定了多种控制策略，可以使得用户根据自己的意愿制定用电计划后，在用电正常的情况下，可以选择用电成本最低的控制策略进行供电，进而有效提高用电效率、降低用电成本。
在一个实施例中，继续参考图1，对用户设备进行供电之后，还包括：
步骤S11，判断程序时间是否达到所处用电时段的结束时间；
步骤S12，当程序时间未达到所处用电时段的结束时间时，根据所选控制策略判断实时的用户设备运行功率是否得到满足。
此步骤同样可以检测该时段内的各供电部分(例如光伏系统、储能系统等) 的实时实际功率，进而判断所选控制策略是否使得实时的用户设备运行功率得到满足。
步骤S13，当用户设备运行功率得到满足时，继续使用所选控制策略进行供电。
步骤S14，当用户设备运行功率未得到满足时，从该用电时段内的最佳的控制策略开始依次循环选择判断，获取使得用户设备运行功率得到满足的控制策略进行供电。
从该用电时段内的最佳的控制策略开始依次循环选择判断，获取使得用户设备运行功率得到满足的控制策略进行供电可以为重复步骤S6至步骤S10。
步骤S15，当程序时间达到所处用电时段的结束时间时，结束在该用电时段内的管理。
各用电时段的管理过程均可以包括S6至步骤S15的过程，进而可以完成一天的管理控制。
本实施例在进行供电之后，在程序时间未达到所处用电时段的结束时间时，持续监测实时的用户设备运行功率是否得到满足，并根据监测结果选择合适的控制策略。因此，本实施例管理方法使得在各用电时段内，各设备均可以有效工作，从而提高系统可靠性。
在一个实施例中，参考图2，根据各用电时段内的相应用电设备的用电设备功率的历史数据制定各用电时段内的多种控制策略(步骤S4)包括：
步骤S41，根据各用电时段内的相应用电设备的用电设备功率的历史数据获得各用电时段的用电总功率。
步骤S42，获取各用电时段内的发电系统的多个预测输出功率范围。
当发电系统为光伏系统时，该步骤具体可以包括：
步骤S421，根据天气预报中的各用电时段的太阳辐照强度和大气温度预测。各时段内的发电系统的光伏发电功率曲线。
光伏系统输出功率表达式为：Ps＝ηSI[1-0.005(t0+25)]
其中，η表示光伏发电板转换效率；S表示光伏发电板单位面积(m2)；I 表示太阳辐照强度(kW/m2)；t0表示大气温度(℃)。
随着科技的精细化发展，天气预报数据预测越来越准确，式中的太阳辐照强度I和大气温度t0可根据天气预报数据获得，从而得出各时段内的发电系统的光伏发电功率曲线。
步骤S422，根据各用电时段的光伏发电功率曲线获取各用电时段内的发电系统的多个预测输出功率范围。
步骤S43，获取各用电时段内的储能系统的多个预测输出功率范围。
储能系统采用的设置方式是当发电系统的发电功率大于负载功率时，通过发电系统进行充电；光照不足或夜晚，在电费低谷时间段通过电网进行充电，在电费高峰时间段进行放电操作，其他时间退出运行。
当发电系统为光伏系统时，该步骤具体可以包括：
步骤S431，根据各用电时段的光伏发电功率曲线、各用电时段的用电功率 (负载功率)获得储能系统在各用电时段内的光伏充电量。
步骤S432，根据储能系统在各用电时段内的电网充放电设置情况获得储能系统在各用电时段内的电网充电量。
储能系统在各用电时段内的电网充放电设置情况，是指储能系统在各用电时段内是通过电网充电，还是进行放电，还是退出运行(不充电也不放电)。
步骤S433，根据储能系统在各用电时段内的光伏充电量以及储能系统在各用电时段内的电网充电量、储能系统在各用电时段内的电网充放电设置以及各用电时段的用电功率获得各用电时段内的储能系统多个预测输出功率范围。
根据储能系统在各用电时段内的光伏充电量以及储能系统在各用电时段内的电网充电量可以得出储能系统在各用电时段内的充电电量。根据储能系统在各用电时段内的电网充放电设置，可以得出在各用电时段内是通过电网充电，还是进行放电，还是退出运行(不充电也不放电)。根据各用电时段的用电功率可以得出各用电时段内需要消耗的电量。
以上信息结合一天之内能量守恒的设定，可以获得各用电时段内的储能系统多个预测输出功率范围。
当储能系统的预测输出功率范围为负时表示需要电网充电。此时储能系统需要耗费用电成本，不能供电。当储能系统的预测输出功率范围为正时表示电网可以放电，进而可以供电。当储能系统的预测输出功率范围为零时，表示储能系统不工作，不耗电，但是也不进行供电。
步骤S44，根据各时间段的用电总功率、发电系统的多个预测输出功率范围、储能系统的多个预测输出功率范围以及电网是否停电，制定各用电时段内的多种控制策略。
多种控制策略可以包括，(1)通过发电系统对用电设备进行供电，同时对储能系统进行充电；(2)通过发电系统对用电设备进行供电；(3)通过发电系统对用电设备进行供电后，通过储能系统对用电设备进行供电；(4)通过储能系统对用电设备进行供电后，通过电网对用电设备进行供电；(5)当发电系统、储能系统以及电网均无法供电时，使用备用电源供电等等。使用备用电源供电具体可以包括使用家用式柴油发电机进行供电。
根据实时工况对用户对用户所处的用电时段选择最佳的控制策略。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种家庭能源能量管理方法，其特征在于，包括：
接收用户用电计划；
将一天分为若干用电时段，根据所述用户用电计划确定在各用电时段内哪些用电设备进行工作；
获取各用电时段内的相应用电设备的用电设备功率的历史数据；
根据各用电时段内的相应用电设备的用电设备功率的历史数据制定各用电时段内的多种控制策略；
将各用电时段内的所述多种控制策略按照用电成本排序；
根据所处用电时段选择该用电时段内的最佳的控制策略；
判断所选控制策略是否使得实时的用户设备运行功率得到满足；
当实时的用户设备运行功率得到满足时，通过所选控制策略进行供电；
当实时的用户设备运行功率未得到满足时，更换选择用电成本仅次于所选控制策略的另一控制策略；
基于所述另一控制策略循环判断所选控制策略是否使得实时的用户设备运行功率是否得到满足，直至实时的用户设备运行功率得到满足，选择使得实时的用户设备运行功率得到满足的控制策略进行供电；
根据各用电时段内的相应用电设备的用电设备功率的历史数据制定各用电时段内的多种控制策略，包括：
根据各用电时段内相应用电设备的用电设备功率的历史数据，获得各用电时段内的用电总功率；
根据各用电时段内的用电总功率预测在各用电时段内通过多少种供电方式进行供电，从而制定出多种控制策略。
2.根据权利要求1所述的家庭能源能量管理方法，其特征在于，对用户设备进行供电之后，还包括：
判断程序时间是否达到所处用电时段的结束时间；
当程序时间未达到所处用电时段的结束时间时，根据所选控制策略判断实时的用户设备运行功率是否得到满足；
当所述用户设备运行功率得到满足时，继续使用所选控制策略进行供电；
当所述用户设备运行功率未得到满足时，从该用电时段内的最佳的控制策略开始依次循环选择判断，获取使得所述用户设备运行功率得到满足的控制策略进行供电；
当程序时间达到所处用电时段的结束时间时，结束在该用电时段内的管理，并开始下一用电时段的管理。
3.根据权利要求1或2所述的家庭能源能量管理方法，其特征在于，根据各用电时段内的相应用电设备的用电设备功率的历史数据制定各用电时段内的多种控制策略包括：
根据各用电时段内的相应用电设备的用电设备功率的历史数据获得各用电时段的用电总功率；
获取各用电时段内的发电系统的多个预测输出功率范围；
获取各用电时段内的储能系统的多个预测输出功率范围；
根据各时间段的用电总功率、发电系统的多个预测输出功率范围、储能系统的多个预测输出功率范围以及电网是否停电，制定各用电时段内的多种控制策略。
4.根据权利要求3所述的家庭能源能量管理方法，其特征在于，所述发电系统为光伏系统，获取各用电时段内的发电系统的多个预测输出功率范围包括：
根据天气预报中的各用电时段的太阳辐照强度和大气温度预测各时段内的发电系统的光伏发电功率曲线；
根据各用电时段的所述光伏发电功率曲线获取各用电时段内的发电系统的多个预测输出功率范围。
5.根据权利要求3所述的家庭能源能量管理方法，其特征在于，各用电时段内的多种控制策略包括：当发电系统、储能系统以及电网均无法供电时，使用备用电源供电。
6.根据权利要求5所述的家庭能源能量管理方法，其特征在于，使用备用电源进行供电包括：使用家用式柴油发电机进行供电。
7.根据权利要求1或2所述的家庭能源能量管理方法，其特征在于，根据所处用电时段，选择该用电时段内的最佳的控制策略包括：
根据所处用电时段，选择该用电时段内的用电成本最低的控制策略为最佳的控制策略。
8.根据权利要求1或2所述的家庭能源能量管理方法，其特征在于，将各所述用电时段各用电时段内的所述多种控制策略按照用电成本不同排序之前，还包括接收分时电价信息。
9.根据权利要求1或2所述的家庭能源能量管理方法，其特征在于，在接收用户用电计划之前还包括：将系统程序初始化。
10.一种家庭能源能量管理系统，其特征在于，应用权利要求1-9任一项所述的家庭能源能量管理方法。
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