一种计及用电舒适度的住宅社区需求响应方法、系统及计算机可读存储介质与流程

[0001]
本发明涉及一种需求响应技术领域，更具体地，涉及一种计及用能舒适度的住宅社区需求响应方法、系统及计算机可读存储介质。


背景技术：

[0002]
现有行业内，如何利用社区各类资源参与需求响应已经成为研究热点，现有技术对用电舒适度的研究主要是通过热舒适度、电费支出满意度等单一因素或多个因素进行评估，评估体系较为复杂且未能统一，难以直接应用到系统计算中，存在工程化应用困难。中国专利申请，公开号为：cn103679357b，本发明公开了一种基于价格和激励的电力需求响应的智能决策方法，本发明通过样本采集，行业负荷的求取，时刻负荷的求取，建立安全运行约束条件，建立容忍程度约束条件，求可控负荷总量，求反弹负荷总量，建立基本需求关系，建立受控时间约束条件，建立用户受益约束函数，建立舒适度优化函数，建立用户受益约束函数，建立用电成本约束函数，建立公平性约束函数，在该技术方案中，没有充分利用社区内各类资源如电动出行工具、用电设备、储能等来降低社区用能成本和提高收益，另外该技术方案的评估体系也较为复杂，在计算机系统运算时应用较为困难。


技术实现要素：

[0003]
本发明为克服上述现有技术中评估体系较为复杂且未能统一，难以直接应用到系统计算中，存在工程化应用困难的问题，提供一种计及用能舒适度的住宅社区需求响应方法。
[0004]
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：一种计及用能舒适度的住宅社区需求响应方法，包括以下：
[0005]
s1:采集家庭用电设备的用电数据、电动出行工具数据、发电设备数据、储能设备数据和电价数据；
[0006]
s2：基于实施需求响应导致家庭用电设备的等待时间，构建家庭用电设备的用电舒适度指标；
[0007]
s3:以用电成本最小为目标，建立计及用电舒适度的住宅社区需求响应函数，根据计及用电舒适度的住宅社区需求响应函数计算得出优化后的家庭用电设备、电动出行工具和储能的运行状态和功率。
[0008]
优选地，所述步骤s1的具体过程为：采集m(m∈m)个家庭用电设备的 t(t∈t)时刻功率p
t,m
、优先级β
m
和开始使用时刻和最佳使用时刻采集 n(n∈n)辆电动出行工具的充电状态(0-1变量)和放电状态(0-1变量)，且t时刻功率到达时刻和离开时刻采集第a(a∈a) 套发电设备的发电功率采集第b(b∈b)套储能设
备的充电状态(0-1 变量)和放电状态(0-1变量)，且t时刻储能功率采集电价数据，其包括电网卖给社区的分时电价和社区卖给电网的售回电价
[0009]
优选地，所述步骤s2的具体过程为：实施需求响应导致的第m个家庭用电设备使用时刻推迟或提前的等待时间为：
[0010][0011]
假设t时刻在线家庭用电设备数目为计及家庭用电设备优先级β
m
(0≤β
m
≤1)，构建t时刻家庭用电设备的用电舒适度指标：
[0012][0013]
优选地，所述步骤s3的具体过程为：
[0014]
社区电能平衡公式为：
[0015][0016]
式中：p
tsum
为t时刻社区向外部网络购售电功率，当p
tsum
＞0时，即为购电状态，否则为售电状态。
[0017]
那么，社区t时刻用能成本c
t
为：
[0018][0019]
此时，住宅社区需求响应目标函数为：
[0020][0021]
优选地，所述家庭用电设备用电开始时刻应介于一定时间范围内：
[0022][0023]
式中，和分别为第m个家庭用电设备的最早和最迟开始时刻，为第m个家庭用电设备的用电持续时间。
[0024]
优选地，所述用电舒适度指标处于以下一定范围内：
[0025][0026]
式中：和分别为t时刻用电舒适度指标的最小值和最大值。
[0027]
优选地，所述电动出行工具需要计及电动出行工具不在社区时间限制，电动出行工具的充放电功率约束如式(8)所示：
[0028][0029]
另外，电动出行工具能量还需满足以下能量约束：
[0030][0031][0032]
式(9)和(10)为电动出行工具能量的最值和能量变化约束，式(8)中的和分别为电动出行工具的充电和放电功率，为已知值；式(9)中的和分别为电动出行工具能量的最小值和最大值；式(10)中的σ
ev
、σ
es
为电动出行工具的自放电功率，和为电动出行工具的充电和放电效率，和分别为t+1时刻和t时刻电动出行工具的储电量，和分别为t 时刻电动出行工具的充电和放电功率。
[0033]
优选地，储能设备的充放电功率约束如式(11)所示：
[0034][0035]
另外，储能设备还需满足以下能量约束：
[0036][0037][0038]
式(12)和(13)为储能设备能量的最值和能量变化约束，式(11)中的和分别为储能设备的充电和放电功率，为已知值；式(12)中的；和分别为储能设备能量的最小值和最大值；式(13)中的和为储能的充电和放电效率；σ
es
为储能设备的自放电功率，和分别为t+1时刻和t时刻的储能设备的储电量，和分别为t时刻储能设备的充电和放电功率。
[0039]
本发明另一方面还提供了一种计及用电舒适度的住宅社区需求响应系统，，包括存储器和处理器，所述储存器中包括计及用电舒适度的住宅社区需求响应方法程序，所述的计及用电舒适度的住宅社区需求响应方法程序被所述的处理器执行时，实现如下步骤：
[0040]
s1:采集家庭用电设备用电数据、电动出行工具数据、发电数据、储能数据和电价数据；
[0041]
s2：基于实施需求响应导致家庭用电设备的等待时间，构建家庭用电设备的用电舒适度指标；
[0042]
s3:建立计及用电舒适度的住宅社区需求响应函数，根据计及用电舒适度的住宅社区需求响应函数计算得出家庭用电设备、电动出行工具和储能的运行状态和功率。
[0043]
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中包括一种计及用电舒适度的住宅社区需求响应方法程序。
[0044]
与现有技术相比，有益效果是：
[0045]
本技术方案以家庭用电设备等待时间为衡量因子，引入家庭用电设备用电优先级概念，构建了计算简单且实用性强的用电舒适度指标，合理考虑了在宅社区需求响应过程中的家庭用电设备用电舒适度需求，并据此构建了一种计及用电舒适度的住宅社区需求响应方法，可嵌入住宅社区能源管理系统中，协助社区参与需求响应。
附图说明
[0046]
图1是本发明中计及用电舒适度的住宅社区需求响应函数的流程图；
[0047]
图2是本发明中社区用电系统示意图。
具体实施方式
[0048]
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
[0049]
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0050]
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
[0051]
实施例1
[0052]
需求响应，即电力需求响应的简称，是指当电力批发市场价格升高或系统可靠性受威胁时，电力用户接收到供电方发出的诱导性减少负荷的直接补偿通知或者电力价格上升信号后，改变其固有的习惯用电模式，达到减少或者推移某时段的用电负荷而响应电力供应，从而保障电网稳定，并抑制电价上升的短期行为。
[0053]
如图1所示，一种计及用电舒适度的住宅社区需求响应方法，包括以下：
[0054]
s1:采集家庭用电设备的用电数据、电动出行工具数据、发电设备数据、储能设备数据和电价数据。
[0055]
s2：基于实施需求响应导致家庭用电设备的等待时间，构建家庭用电设备的用电舒适度指标。
[0056]
s3:以用电成本最小为目标，建立计及用电舒适度的住宅社区需求响应函数，结合cplex软件，根据计及用电舒适度的住宅社区需求响应函数计算得出优化后的家庭用电设备、电动出行工具和储能的运行状态和功率。
[0057]
如图2所示，家庭用电设备、电动出行工具、发电设备、储能设备与电网系统连接。其中，家庭用电设备从电网系统中消耗电能，发电设备向供给电网系统电能，电动出行工具和储能设备在充电状态从电网中消耗电能，电动出行工具和储能设备在放电时相当于发电设备向电网中供给电能。
[0058]
其中，步骤s1的具体过程为：采集m(m∈m)个家庭用电设备的t(t∈t)时刻功率p
t,m
、优先级β
m
和开始使用时刻和最佳使用时刻采集n(n∈n)辆电动出行工具的充电状态(0-1变量)和放电状态(0-1变量)，且t时刻功率到达时刻和离开时刻采集第a(a∈a)套发电设备的发电功率采集第b(b∈b)套储能设备的充电状态(0-1变量) 和放电状态(0-1变量)，且t时刻储能功率采集电价数据，其中包括采集电网卖给社区的分时电价和社区卖给电网的售回电价
[0059]
另外，步骤s2的具体过程为：实施需求响应导致的第m个家庭用电设备使用时刻推迟或提前的等待时间为：
[0060][0061]
假设t时刻在线家庭用电设备数目为计及家庭用电设备优先级β
m
(0≤β
m
≤1)，构建t时刻家庭用电设备的用电舒适度指标：
[0062][0063]
另外，步骤s3的具体过程为：
[0064]
社区电能平衡公式为：
[0065][0066]
式中：为t时刻社区向外部网络购售电功率，当时，即为购电状态，否则为售电状态。
[0067]
那么，社区t时刻用能成本c
t
为：
[0068][0069]
此时，住宅社区需求响应目标函数为：
[0070][0071]
其中，家庭用电设备用电开始时刻应介于一定时间范围内：
[0072][0073]
式中，和分别为第m个家庭用电设备的最早和最迟开始时刻，为第m个家庭用电设备的用电持续时间。
[0074]
优选地，用电舒适度指标处于以下一定范围内：
[0075][0076]
式中：和分别为t时刻用电舒适度指标的最小值和最大值。
[0077]
另外，电动出行工具需要计及电动出行工具不在社区时间限制，电动出行工具的充放电功率约束如式(8)所示：
[0078][0079]
另外，电动出行工具还需满足能量约束：
[0080][0081][0082]
式(9)和(10)为电动出行工具能量的最值和能量变化约束，式(8)中的和分别为电动出行工具的充电和放电功率，为已知值；式(9)中的和分别为电动出行工具能量的最小值和最大值；式(10)中的σ
ev
和σ
es
为电动出行工具的自放电功率，和为电动出行工具的充电和放电效率，和分别为t+1和t时刻电动出行工具的储电量，和分别为t时刻电动出行工具的充电和放电功率。
[0083]
另外，储能设备的充放电功率约束如式(11)所示：
[0084][0085]
另外，储能设备能量还需满足以下能量约束：
[0086][0087][0088]
式(12)和(13)为储能设备能量的最值和能量变化约束，式(11)中的和分别为储能设备的充电和放电功率，为已知值；式(12)中的；和分别为储能设备能量的最小值和最大值；式(13)中的和为储能设备的充电和放电效率；σ
es
为储能设备的自放电功率，和分别为时刻t+1和t 时刻的储能设备的储电量，和分别为t时刻储能设备的充电和放电功率。
[0089]
实施例2
[0090]
一种计及用电舒适度的住宅社区需求响应系统，包括存储器和处理器，储存器中包括计及用电舒适度的住宅社区需求响应方法程序，的计及用电舒适度的住宅社区需求响应方法程序被的处理器执行时，实现如下步骤：
[0091]
s1:采集家庭用电设备用电数据、电动出行工具数据、发电数据、储能数据和电价数据。
[0092]
s2：基于实施需求响应导致家庭用电设备的等待时间，构建家庭用电设备的用电舒适度指标。
[0093]
s3:建立计及用电舒适度的住宅社区需求响应函数，根据计及用电舒适度的住宅社区需求响应函数计算得出家庭用电设备、电动出行工具和储能的运行状态和功率。
[0094]
实施例3
[0095]
一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中包括一种计及用电舒适度的住宅社区需求响应方法程序。
[0096]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。