一種家庭用戶智能家電的用電安排優化方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及智能用電技術領域，具體涉及一種智能家電的用電安排優化方法。
【背景技術】
[0002] 隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高，家用電器在數量和容量上都在逐年 增加，給電力系統的可靠運行帶來了越來越多的挑戰。現代信息、通信和控制技術的發展， 給電力系統的智能化建設帶來契機，其中的智能用電技術是電網智能化的一部分，通過利 用信息通信技術，能夠實現電網與用戶的實時交互響應，實現家庭智能用電的智能化和合 理化，提高用電效率、促進節能減排。
[0003] 家庭智能用電是智能用電技術的一部分，其主要目的是在保障家庭用戶的舒適性 前提下，降低家庭用戶的電力消費成本。這一目的的實現，需要家用電器智能化、智能電表、 智能交互終端、智能插座、智能控制等硬件裝置和用電消費任務管理等軟件系統。目前，針 對家庭用戶的用電消費任務管理問題，已有許多專家開展了研宄。如：對于家庭綠色能源問 題，提出了基于家庭設備用電能效對比的綠色能源用電管理系統。著眼于家庭用電信息獲 取、提高家庭用電設備的操作性和家庭需求響應三面，提出了一種新的家庭能源用電管理 系統。這些工作從家庭用戶整體出發，研宄了家庭用戶用電設備的管理方法。
[0004] 另外，有些學者對用電設備之間的協調優化也進行了研宄。如：基于預先設定的用 電設備優先級別，提出了協調用電設備用電時間的智能家庭能源管理算法。考慮用電成本 和用戶用電舒適度，研宄了優化電動汽車和家庭HAVC系統用電的問題。以減小用電費用和 尖峰用電量為目標，提出了家庭能源管理系統的框架和家電設備用電時間優化方法。
[0005] 家電設備用電智能優化方法是家庭用戶參與智能用電環節的重要技術手段。一個 優秀的智能優化方案能夠調整家用電器的運行時間段，降低家庭用電負荷及費用，最終對 降低電網的負荷峰值、平穩電網用電負荷波動做出貢獻。為達到這一目的，需要電力公司根 據負荷預測結果和電網運行狀況，發布未來一段時間的電價給用戶，用戶根據預測電價和 自身對電量的需求，優化安排未來一段時間的用電量，但目前并未有在實時電價和階梯電 價混合機制下的家用電器用電優化方案。
【發明內容】
[0006] 本發明要解決的技術問題是針對【背景技術】的不足，提供一種家庭用戶智能家電的 用電安排優化方法，提出家用電器用電行為和約束的數學描述，在實時電價和階梯電價混 合電價機制下，提出了家用電器用電最優化模型，用于研宄電力系統的智能用電技術。
[0007] 本發明為解決上述技術問題而采用以下技術方案：
[0008] -種家庭用戶智能家電的用電安排優化方法，包括如下步驟：
[0009] 步驟一：根據用電時間劃分時間段，收集各種智能家電的用電數據，將用電數據用 時段數來表示，所述用電數據包括用電起始時間、用電時長、用電量；
[0010] 步驟二：制定新的電價機制，具體為：以用戶向供電公司申報的負荷容量為基礎 用電量，用戶用電在基礎用電量內采用實時電價，當用戶用電超過該基礎用電量時采用懲 罰電價；將電價表示為：
【主權項】
1. 一種家庭用戶智能家電的用電安排優化方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一：根據用電時間劃分時間段，收集各種智能家電的用電數據，將用電數據用時段 數來表示，所述用電數據包括用電起始時間、用電時長、用電量； 步驟二：制定新的電價機制，具體為：以用戶向供電公司申報的負荷容量為基礎用電 量，用戶用電在基礎用電量內采用實時電價，當用戶用電超過該基礎用電量時采用懲罰電 價；將電價表示為：
其中，P丨為實時電價費用，P〖為懲罰電價費用，Db_為用戶向供電公司申報的負荷容 量，Dmax為最大負荷容量，（0Db_]和（Db_Dmax]分別表示為實時電價用電區間和懲罰電價 用電區間_
s= 1，2, . . .，24 ?]!;其中，< 表示智能家電a在第s個時間段的用 電量，單位是千瓦時，A表示智能家電集合；n表示每個小時分成的時間段數； 步驟三：根據智能家電運行過程是否允許中斷，將智能家電分為可中斷和不可中斷兩 種用電模式； 對可中斷電器建立模型：tmd-tstart+l=N;其中tstart*tmd分別表示智能家電的實際起 始運行時間段和實際結束運行時間段，N表示智能家電完成某一任務所需的總運行時間段 數量；用AstajPAmd分別表示智能家電允許的最早起始時間段和最晚結束運行時間段， 則有^start^ ^start?^end^^end? ^end^^start* 對不可中斷電器建立模型：
：其中dt表示實際的中斷次數， dt<DT，DT表示最多允許的中斷次數，
i= 1，2,. . .，dt+1 ; 分別表示智能家電發生第i次中段時的實際起始運行時間段和實 際結束運行時間段； 步驟四：根據用戶在各個時段內的用電量以及相對應的電價得到用戶整體用電費用， 根據步驟一中收集到的各種智能家電的用電數據得到每種家電的中斷時長，提出智能家電 用電安排優化模型： Min(? !XFcost+?2XFdt)； 式中《:和《 2分別為權重系數，Fros#PFDT分別為用戶一天的總用電費用和中斷時長；
步驟五：采用遺傳算法求解步驟四所述優化模型，得到用戶考慮用電費用和用電中斷 時長的安排方案下各時間段用電量。
2. 根據權利要求1所述的家庭用戶智能家電的用電安排優化方法，其特征在于：步驟 一所述根據用電時間劃分時間段，將用電數據用時段數來表示，具體是：將每小時分成n個 時間段，將智能家電a在一天內的用電情況用向量Da來表示：
式中，< 表示智能家電a在第s個時間段的用電量。
3. 根據權利要求1所述的家庭用戶智能家電的用電安排優化方法，其特征在于：步驟 一中收集到的用電數據存放于數據庫中，經過分析得到用電特征。
4. 根據權利要求1所述的家庭用戶智能家電的用電安排優化方法，其特征在于：步驟 二中實時電價由供電公司采用的實時電價來決定，懲罰電價由在實時電價的基礎上增加一 個額外電價的方式決定。
5. 根據權利要求1所述的家庭用戶智能家電的用電安排優化方法，其特征在于：步驟 五中采用遺傳算法求解優化模型，遺傳算法中，種群數量設為200,最大允許迭代次數設為 500,交叉操作概率為0. 95,變異操作概率為0. 25。
6. 根據權利要求1所述的家庭用戶智能家電的用電安排優化方法，其特征在于：懲罰 電價為實時電價的2倍。
【專利摘要】本發明公開了一種家庭用戶智能家電的用電安排優化方法。首先通過把用電時間劃分為時間段，將每種智能家電的用電起始時間、用電時長、用電量用時段數來表示，然后根據智能家電的用電特征，提出了可中斷和不可中斷兩種用電模型，之后根據用戶用電的目的，提出了同時考慮用電量費用和用電中斷對用戶用電感受影響的智能家電用電安排優化模型，而該優化模型中的電價機制采用新的懲罰電價，最后對該優化模型采用遺傳算法進行求解。該優化方法能夠合理地優化智能家電用電安排，能夠有效減少用電費用、降低電量峰值或減少用電中斷對用戶的用電感受影響。
【IPC分類】G06Q10-04
【公開號】CN104778504
【申請號】CN201510119071
【發明人】吳英俊, 金珍, 岳東, 謝俊
【申請人】南京郵電大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月18日