基于负荷分类的分时电价下家居设备优化运行方法
【专利摘要】本发明公开了一种家居负荷的分类及优化运行方法。该方法包括以下步骤：（1）建立家居设备四种常见负荷特性的数学模型，以表征家居设备用电特点；（2）用户根据每种家居设备不同的用电特点选择一种或多种负荷特性，建立相应家居设备的数学模型；（3）用户设置各家居设备的优化运行基本参数；（4）获取电能供应商公布的分时电价信息；（5）在分时电价环境下，根据各类家居负荷的数目、用户舒适度要求，建立家居设备优化运行模型，优化各类家居设备的启停时间。本方法对家居负荷特性的分类描述基本涵盖了常见家居负荷，可以对居民用电进行较准确地描述；同时有助于普通居民用户在分时电价环境下降低用电成本，促进国家节能减排政策的实施。
【专利说明】基于负荷分类的分时电价下家居设备优化运行方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于智能用电领域，具体涉及家居设备负荷的特性描述、建模以及分时电 价环境下家居设备的优化运行方法。
【背景技术】
[0002] 随着经济水平的提高，居民用电在全社会用电中占有较大比重，并有逐步升高的 趋势，实现家庭智能用电，增强居民的节约用电意识，引导居民节约、合理用电，必要而迫 切。
[0003] 然而现阶段在居民用电方面存在诸多问题。用户侧有多种设备具有可控潜力，其 运行特点各不相同，为了对家居设备进行合理控制首先需要研究家居设备的运行特点，针 对其可控性进行分类描述，但目前缺少一种完善的家居设备运行特性描述方法。另外在众 多国家，电能供应商均采用了从统一电价向分时电价（Time-of-UsePrice)过渡的政策，用 以降低峰时段的电力需求、提高系统稳定性，然而在分时电价环境下众多设备的优化运行 具有决策变量过多、人工求解困难的问题，该问题制约了分时电价的实施效果。同时，随着 对分布式发电系统、能量贮存系统以及可控设备研究的逐步深入，使得用户有能力影响或 参与电力系统的运行，但如何将这些设备与常见家居设备协调优化仍有待研究。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于为了克服现有技术的不足，提供一种基于负荷分类的分时电价 下家居设备优化运行方法，通过对四种类型负荷特性的建模，精细化描述设备用电行为；通 过负荷特性的组合搭配，对几种家居设备进行建模；同时建立了分时电价环境下的家居设 备优化运行决策模型，实现家居设备运行方案的最优化求解，在满足用户对用电设备正常 使用的前提下尽可能最小化用户电能成本。
[0005] 本发明所述的基于负荷分类的分时电价下家居设备优化运行方法包括以下步 骤：
[0006] 1)建立家居设备四种常见负荷特性的数学模型，以表征设备的用电特点。
[0007] 离散运行与连续运行属性。对于连续运行设备其单位时间电能消耗^可在一定范 围内连续变化，有：
[0008]
【权利要求】
1. 一种基于负荷分类的分时电价下家居设备优化运行方法，其特征在于：包括以下步 骤： 1) 建立家居设备四种常见负荷特性的数学模型，以表征家居设备的用电特点； 1.1)离散运行与连续运行属性：对于连续运行设备其单位时间电能消耗< 可在一定 范围内连续变化，有：
而对于离散运行设备，当用电设备开始工作时，功率达到额定值，当用电设备停止工 作，功率为〇,对于离散运行属性有：
其中为设备的额定能耗，上式表示当设备开启时，电能消耗即达到额定值； 1. 2)直接储能与间接储能属性：直接储能属性是指设备具有储存、释放电能的能力， 对于这种设备，需要考虑其内部储能状态，首先需要得到储能状态与设备能耗之间的关系， 其次需要对储能状态进行范围约束；若使用€表示电池储存状态，则有：
间接储能属性是指设备可以通过某种物理过程按照一定的效率将电能转化为其他形 式的能量，这些能量可以为用户提供必要的服务，与直接储能属性类似，间接储能属性同样 需要考虑表征非电能量储存状态的参数；若使用化表示非电能量储存状态，则有：
1. 3)可中断与不可中断属性：有些设备在不影响用户正常使用的前提下可以在运行 过程中根据系统电价或者实际需要进行间歇地启停，这类设备则具有可中断属性；同时也 有另一些设备一旦开始就不能够中断，否则无法正常完成工作，这类设备则具有不可中断 属性；对于不可中断属性，有：
其中s丨为〇-1变量，值为1时表不用电设备开启，值为〇时表不用电设备关闭，Ha表不 设备运行的持续时段数，上式保证设备如果在t+1时刻启动，那么至少持续运行Ha个时段； 1. 4)可转移与不可转移属性：在某个时间范围内，有些设备可以自由选择在该范围内 的某时段启动，这类设备则具有可转移属性；而对于另一些设备，在某段时间内必须开启， 这类设备则具有不可转移属性；
其中Aa为用户提前设置的最大延迟时间，该参数表征了设备的最大转移属性，对于不 可转移的设备只需设置为〇即可； 2) 根据每种家居设备不同的用电特点选择一种或多种负荷特性，建立相应家居设备的 数学模型，用户在对家居设备配置时，可以根据其用电特征判断设备的运行属性，选择步骤 1)中所述的属性数学模型并将之添加至家居设备模型中； 3) 设置各家居设备的优化运行基本参数；根据各类家居设备的属性不同，其数学模型 各异，用户需要设置必要的参数，以便做出合理的家居设备启停安排； 4) 获取电能供应商公布的分时电价信息；电能供应商的售电分时电价可能根据市场 情况发生变化，由于分时电价直接影响到家居设备启停安排结果，在进行设备优化运行前 需要更新分时电价信息； 5) 在分时电价环境下，根据各家居设备的数目、用户舒适度要求，建立家居设备优化运 行模型，获取各家居设备的启停安排，在保证用户舒适度以及负荷工作完整度的前提下，降 低用户电能成本；家居设备优化运行模型为：
其中Ce为用户的电能成本，Cptov为峰谷差成本，该参数将用户侧负荷曲线的形状考虑 在内。
2. 根据权利要求1所述的基于负荷分类的分时电价下家居设备优化运行方法，其特征 在于，所述步骤1)建立的家居设备四种常见负荷特性模型之间没有冲突关系，任意一种家 居设备根据其运行特点可能具有其中一种或多种负荷特性。
3. 根据权利要求1所述的基于负荷分类的分时电价下家居设备优化运行方法，其特征 在于，所述步骤2)的家居设备建模，需要给出表征设备工作完成的标识，有如下标识可供 选择： 2. 1)固定工作时段设备 有些设备每次工作循环所需时间差异较小，从而可以认为这些设备需要Ha个时段即 可完成工作，于是有如下标识表征设备工作完成：
2. 2)最小电能消耗设备 有些设备可以使用最小电能消耗P'来表征其运行特点，当该设备的电能消耗达到此 阈值即可认为设备工作完成：
2. 3)能量储存设备 使用€表示储能状态，需要保证下一个优化周期内设备的正常使用，在优化周期结束 时必须保证其储能大于一定的限值：
4.根据权利要求1所述的基于负荷分类的分时电价下家居设备优化运行方法，其特征 在于，若用户添加新的家居设备或删除现有家居设备则重复所述步骤3)、4)、5)进行重新 优化，若电能供应商修改分时电价信息则重复所述步骤4)、5)进行重新优化。
【文档编号】G06Q10/06GK104268681SQ201410480195
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】李扬, 周磊 申请人:东南大学