[发明专利]一种新型家庭能量管理系统的智能控制算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于家庭能量管理系统的智能控制算法，属于新能源发电及需求侧响应控制技术领域。

背景技术

为实现电力供需平衡，传统方法是电力公司根据预测的用电负荷，来确定发电容量，从而满足电力需求水平。该方法虽能满足高峰时段用电需求，但非峰荷期间，大量备用处于闲置状态，这大大降低了发电机的效率，也造成了资源浪费。同时，能源危机的出现导致化石燃料价格大幅上涨，对此西方国家展开了通过削减需求侧负荷来解决电力供需矛盾的探索与实践，需求侧响应（demand response,DR）的理念随之诞生。

根据激励方式的不同，DR可分为价格型和激励机制型两大类。其中，高峰负荷期间，起决定作用的DR事件都属于激励型DR，如直接负荷控制、可中断负荷等，通过用户接收相关控制信号作出响应，而非通过电价实施DR。目前，大部分激励型DR事件的研究对象是一些大电力用户，如工业及商业用户等，且其控制方式一般为半自动化或人工实施；而针对居民用户研究较少。鉴于此，有必要针对居民用电，展开相关DR控制方面的研究。美国的A.HMohsenian等人提出了针对小功率家电开展DR响应，但其研究对总体家电功耗并无太大影响。

此外，智能电网的发展、新能源的大力普及也为精确供能、电力供给多元化、电力需求侧管理、电网自由接入等提供了契机，它不仅服务于大电网而且服务于电力终端用户。目前，我国的智能家电只是针对单个家电远程控制、物联网技术等实现，未实现与电网间的互动，更没有考虑家庭户用分布式电源的接入供能。因此，借助智能电网中的智能量测装置，针对居民用户侧大功率负荷及分布式电源，通过相关智能控制算法，可实现家庭能量管理的自动化；同时通过考虑用户的舒适度，还可提高用户参与需求侧管理的积极性与主动性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是一种用于家庭能量管理系统的智能控制算法，该算法主要用于家庭网络中，大功率电器的DR自动控制及分布式电源的工作模式选择。该算法充分考虑了用户的舒适度的设定，提出了舒适度越限指标，并据此定义了家电动态优先级；提高了用户参与DR的主动性、积极性，而且实现了DR控制的自动化。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

根据家电作用，可将家电分为重要负荷（如电炉、照明设备等）和可控负荷（如热水器、空调、电动汽车等）两部分。本算法针对大功率可控负荷进行控制，一方面对居民生活影响较小；另一方面通过控制大功率家电，可对整体耗电量产生较大影响，从而使居民侧需求才相应具有更大的实际意义。

新型家庭能量管理（home energy management,HEM）系统包括管理控制终端和家电智能控制器两大部分。管理控制终端执行智能控制算法，实现家庭中所有大功率用电器及分布式电源的管理及决策控制。家电智能控制器实现家电及分布式发电装置的功率数据采集、与HMS通信、根据算法结果执行家电状态控制等。

新型家庭能量管理系统的智能控制算法包括以下步骤：

（1）管理控制终端接收电力公司相关控制信号，包括用电限制（单位KW）、DR响应时间要求等，然后向家电智能控制器下发控制命令，采集相关信息，相关信息包括家电开关状态、家电工作状态、家电功率数据等数据。

（2）用户输入包括所有被控家电舒适度范围在内的设定；算法执行时，应首先考虑用户设定，从而使控制结果尽量不影响用户正常的生活习惯。

（3）家电智能控制器采集所有被控家电的包括家电开关状态、家电工作状态（如热水器水温、室温、电动汽车电池充电量等）、家电功率数据等在内的数据，并将其上送至管理控制终端。

（4）管理控制终端根据检测到的信息，计算家电舒适度越限指标，并进行动态优先级排序，所述被控家电的家电舒适度越限指标为越限指标越大，说明用户的实际舒适度越低；由于该指标已进行标幺化处理，因此可用该指标表征家电的动态优先级，即舒适度越限指数越大，则该家电动态优先级越高。

（5）检测各家电舒适度是否超出设定值，当某家电发生状态改变请求时，响应其请求，并采集用户实际用电量P₁；

当某家电发生状态改变请求时，管理控制终端根据家用电器的状态计算各家电舒适度越限指标，并根据越限指标进行动态优先级排序。

（6）用户实际用电量P₁与分布式电源发电量P₂相比较：

1）若分布式电源发电量P₂较大，则不改变家电状态，同时将剩余电量上网；