一种家庭用户智能家电的用电安排优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能用电技术领域，具体涉及一种智能家电的用电安排优化方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，家用电器在数量和容量上都在逐年 增加，给电力系统的可靠运行带来了越来越多的挑战。现代信息、通信和控制技术的发展， 给电力系统的智能化建设带来契机，其中的智能用电技术是电网智能化的一部分，通过利 用信息通信技术，能够实现电网与用户的实时交互响应，实现家庭智能用电的智能化和合 理化，提高用电效率、促进节能减排。
[0003] 家庭智能用电是智能用电技术的一部分，其主要目的是在保障家庭用户的舒适性 前提下，降低家庭用户的电力消费成本。这一目的的实现，需要家用电器智能化、智能电表、 智能交互终端、智能插座、智能控制等硬件装置和用电消费任务管理等软件系统。目前，针 对家庭用户的用电消费任务管理问题，已有许多专家开展了研宄。如：对于家庭绿色能源问 题，提出了基于家庭设备用电能效对比的绿色能源用电管理系统。着眼于家庭用电信息获 取、提高家庭用电设备的操作性和家庭需求响应三面，提出了一种新的家庭能源用电管理 系统。这些工作从家庭用户整体出发，研宄了家庭用户用电设备的管理方法。
[0004] 另外，有些学者对用电设备之间的协调优化也进行了研宄。如：基于预先设定的用 电设备优先级别，提出了协调用电设备用电时间的智能家庭能源管理算法。考虑用电成本 和用户用电舒适度，研宄了优化电动汽车和家庭HAVC系统用电的问题。以减小用电费用和 尖峰用电量为目标，提出了家庭能源管理系统的框架和家电设备用电时间优化方法。
[0005] 家电设备用电智能优化方法是家庭用户参与智能用电环节的重要技术手段。一个 优秀的智能优化方案能够调整家用电器的运行时间段，降低家庭用电负荷及费用，最终对 降低电网的负荷峰值、平稳电网用电负荷波动做出贡献。为达到这一目的，需要电力公司根 据负荷预测结果和电网运行状况，发布未来一段时间的电价给用户，用户根据预测电价和 自身对电量的需求，优化安排未来一段时间的用电量，但目前并未有在实时电价和阶梯电 价混合机制下的家用电器用电优化方案。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是针对【背景技术】的不足，提供一种家庭用户智能家电的 用电安排优化方法，提出家用电器用电行为和约束的数学描述，在实时电价和阶梯电价混 合电价机制下，提出了家用电器用电最优化模型，用于研宄电力系统的智能用电技术。
[0007] 本发明为解决上述技术问题而采用以下技术方案：
[0008] -种家庭用户智能家电的用电安排优化方法，包括如下步骤：
[0009] 步骤一：根据用电时间划分时间段，收集各种智能家电的用电数据，将用电数据用 时段数来表示，所述用电数据包括用电起始时间、用电时长、用电量；
[0010] 步骤二：制定新的电价机制，具体为：以用户向供电公司申报的负荷容量为基础 用电量，用户用电在基础用电量内采用实时电价，当用户用电超过该基础用电量时采用惩 罚电价；将电价表示为：
【主权项】
1. 一种家庭用户智能家电的用电安排优化方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一：根据用电时间划分时间段，收集各种智能家电的用电数据，将用电数据用时段 数来表示，所述用电数据包括用电起始时间、用电时长、用电量； 步骤二：制定新的电价机制，具体为：以用户向供电公司申报的负荷容量为基础用电 量，用户用电在基础用电量内采用实时电价，当用户用电超过该基础用电量时采用惩罚电 价；将电价表示为：
其中，P丨为实时电价费用，P〖为惩罚电价费用，Db_为用户向供电公司申报的负荷容 量，Dmax为最大负荷容量，（0Db_]和（Db_Dmax]分别表示为实时电价用电区间和惩罚电价 用电区间_
s= 1，2, . . .，24 ?]!;其中，< 表示智能家电a在第s个时间段的用 电量，单位是千瓦时，A表示智能家电集合；n表示每个小时分成的时间段数； 步骤三：根据智能家电运行过程是否允许中断，将智能家电分为可中断和不可中断两 种用电模式； 对可中断电器建立模型：tmd-tstart+l=N;其中tstart*tmd分别表示智能家电的实际起 始运行时间段和实际结束运行时间段，N表示智能家电完成某一任务所需的总运行时间段 数量；用AstajPAmd分别表示智能家电允许的最早起始时间段和最晚结束运行时间段， 则有^start^ ^start?^end^^end? ^end^^start* 对不可中断电器建立模型：
：其中dt表示实际的中断次数， dt<DT，DT表示最多允许的中断次数，
i= 1，2,. . .，dt+1 ; 分别表示智能家电发生第i次中段时的实际起始运行时间段和实 际结束运行时间段； 步骤四：根据用户在各个时段内的用电量以及相对应的电价得到用户整体用电费用， 根据步骤一中收集到的各种智能家电的用电数据得到每种家电的中断时长，提出智能家电 用电安排优化模型： Min(? !XFcost+?2XFdt)； 式中《:和《 2分别为权重系数，Fros#PFDT分别为用户一天的总用电费用和中断时长；
步骤五：采用遗传算法求解步骤四所述优化模型，得到用户考虑用电费用和用电中断 时长的安排方案下各时间段用电量。
2. 根据权利要求1所述的家庭用户智能家电的用电安排优化方法，其特征在于：步骤 一所述根据用电时间划分时间段，将用电数据用时段数来表示，具体是：将每小时分成n个 时间段，将智能家电a在一天内的用电情况用向量Da来表示：
式中，< 表示智能家电a在第s个时间段的用电量。
3. 根据权利要求1所述的家庭用户智能家电的用电安排优化方法，其特征在于：步骤 一中收集到的用电数据存放于数据库中，经过分析得到用电特征。
4. 根据权利要求1所述的家庭用户智能家电的用电安排优化方法，其特征在于：步骤 二中实时电价由供电公司采用的实时电价来决定，惩罚电价由在实时电价的基础上增加一 个额外电价的方式决定。
5. 根据权利要求1所述的家庭用户智能家电的用电安排优化方法，其特征在于：步骤 五中采用遗传算法求解优化模型，遗传算法中，种群数量设为200,最大允许迭代次数设为 500,交叉操作概率为0. 95,变异操作概率为0. 25。
6. 根据权利要求1所述的家庭用户智能家电的用电安排优化方法，其特征在于：惩罚 电价为实时电价的2倍。
【专利摘要】本发明公开了一种家庭用户智能家电的用电安排优化方法。首先通过把用电时间划分为时间段，将每种智能家电的用电起始时间、用电时长、用电量用时段数来表示，然后根据智能家电的用电特征，提出了可中断和不可中断两种用电模型，之后根据用户用电的目的，提出了同时考虑用电量费用和用电中断对用户用电感受影响的智能家电用电安排优化模型，而该优化模型中的电价机制采用新的惩罚电价，最后对该优化模型采用遗传算法进行求解。该优化方法能够合理地优化智能家电用电安排，能够有效减少用电费用、降低电量峰值或减少用电中断对用户的用电感受影响。
【IPC分类】G06Q10-04
【公开号】CN104778504
【申请号】CN201510119071
【发明人】吴英俊, 金珍, 岳东, 谢俊
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年3月18日