[发明专利]一种基于改进进化算法的家庭能量数据优化方法

说明书

本发明公开了一种基于改进进化算法的家庭能量数据优化方法。建立家庭能量管理系统的优化数学模型，优化数学模型以整个家庭能量管理系统中一天总电费开支最少作为优化目标并建立优化目标函数，同时建立优化目标函数的约束条件；输入优化数学模型需要的参数，采用改进改进进化算法对所述优化数学模型进行求解，获取最优变量参数，根据最优变量参数对家庭能量管理系统中的设备进行最优控制，并获得最少电费开支。本发明方法能有效求解该数学模型。该算法不需要特定的运算环境，并且求解方法较优，适合在普通电子产品上运行。

技术领域

本发明涉及一种基于改进进化算法的家庭能量数据优化方法，属于家庭能量管理领域。

背景技术

近几十年来，能源危机和环境污染引起了人们对能量利用效率和能量节约的极大关注。目前，这项研究主要集中在工业领域，因为工业领域拥有较大的能量需求。然而，近些年，随着经济的发展，家庭领域的电力需求也快速的增长。因此，对家庭能源优化的研究是智能电网发展的一项重要任务。面对居民消费日益增长的能源需求，学术上提出智能家庭能量数据优化方法，家庭能量数据优化方法可以收集家庭中电器工作的现状和用户消费需求情况，实现最佳的家庭能量分配，来实现节约能源，降低成本的目的，并有助于电网安全运行。

目前国内外针对家庭能量优化的研究有很多，主要是针对模型和优化方法上的研究，然而现在普遍存在下列问题：大部分的优化模型都是基于混合整数线性规划模型，缺乏实际应用性；同时针对建立的模型，有些文献采用商业优化软件来求解，有些采用启发式算法来求解，但他们都存在着一些不足，如商业软件需要付费，不适合应用到电子产品上，而一些启发式算法收敛速度慢，不能保证求解时的实时性，也不适合在电子产品上运行。

以上两个问题制约着家庭能量数据优化方法的推广，若得不到解决会使其不能得到广泛应用。

发明内容

随着新能源的发展，各类小型光伏电池已开始在居民中得到应用，针对背景技术中家庭能源管理系统的优化模型不完善及优化方法存在的不足，本发明提出了一种基于改进进化算法的家庭能量数据优化方法，该方法首先建立了一种复杂且更符合实际的混合整数非线性数学模型，且在求解上混合了违约值修复过程和改进粒子群进化算法相互结合，最终求得该数学模型，且得到较好的解。利用本发明中用户将多余的电能反馈给电网。

本发明采用的技术方案是：

1)建立家庭能量管理系统的优化数学模型，优化数学模型以整个家庭能量管理系统中一天总电费开支最少作为优化目标并建立优化目标函数，同时建立优化目标函数的约束条件，约束条件包括基本电器约束，基本电器约束包括电能供需平衡约束、热能供需平衡约束、燃料电池约束、蓄电池约束、空调设备约束和开关控制设备约束；

2)输入优化数学模型需要的参数，采用改进改进进化算法对所述优化数学模型进行求解，获取最优变量参数，根据最优变量参数对家庭能量管理系统中的燃料电池、蓄电池、空调设备、开关控制设备进行最优控制，并获得最少电费开支。

所述的家庭能量管理系统包括燃料电池、蓄电池、空调设备、开关控制设备，空调设备、开关控制设备均连接到主要由燃料电池、蓄电池、主网和太阳能光伏所组成的电网中，燃料电池还连接到热能设备，燃料电池为热能设备提供热能，天然气分别连接燃料电池和热能设备，天然气为燃料电池提供天然气能源，使得燃料电池中将天然气能源转化为热能和电能，天然气为热能设备提供天然气能源使得热能设备将天然气能源转化为自身需要的热能。

家庭能量管理系统中，还包括有基本电能设备，燃料电池、蓄电池、主网和太阳能光伏共同为基本电能设备、空调设备和开关控制设备进行供电，供电量不足部分由主网补充供电。

所述优化目标函数的表达式为：