[發(fā)明專利]一種基于合作博弈的智能家庭能量管理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711004916.4
• 申請(qǐng)日: 2017-10-25
• 公開（公告）號(hào): CN107886818A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高丙團(tuán);羅京;劉曉峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G09B23/18
• 分類號(hào): G09B23/18;G06F17/50;G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 饒欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于合作博弈的智能家庭能量管理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前，智能電網(wǎng)已成為世界電網(wǎng)發(fā)展的大趨勢(shì)，符合社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然要求。需求響應(yīng)(DR)是指電力用戶根據(jù)市場(chǎng)的價(jià)格信號(hào)或激勵(lì)機(jī)制主動(dòng)調(diào)整用電方式，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性，從而達(dá)到節(jié)能降耗、提高終端用電效率的目的。為改善電網(wǎng)負(fù)荷曲線，傳統(tǒng)DR主要針對(duì)工商業(yè)等大型用戶展開，針對(duì)居民用戶則主要采取拉閘限電的調(diào)峰策略，用電方式較為被動(dòng)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，居民用戶的大功率家電(如空調(diào)、電熱水器等)在數(shù)量和容量上都在逐年增加，成為形成電網(wǎng)高峰負(fù)荷乃至尖峰負(fù)荷的重要原因。隨著居民用戶家電智能化程度的不斷提高，通過先進(jìn)的通信及控制技術(shù)，使得居民用戶與電網(wǎng)之間的互動(dòng)成為可能。通過智能家電運(yùn)行時(shí)段的合理安排和優(yōu)化運(yùn)行，可以有效減少用電費(fèi)用，降低居民用戶用電負(fù)荷峰值，現(xiàn)已成為電力需求側(cè)管理的重要發(fā)展方向。

在電力需求側(cè)管理中，合作博弈可以用來協(xié)調(diào)居民用戶之間的經(jīng)濟(jì)利益關(guān)系。合作博弈理論近年來已經(jīng)成為了解決復(fù)雜決策問題以及多目標(biāo)優(yōu)化問題的一種科學(xué)的研究方法。合作博弈側(cè)重于研究如何合作以使得集體的利益最大，以及在合作完成后集體利益如何進(jìn)行有效分配，因而它強(qiáng)調(diào)參與者集體都需要理性地協(xié)商以確定合作的策略。當(dāng)博弈中的各參與者采取合作的方式形成合作博弈時(shí)，各參與者的利益都至少不會(huì)減少，即或者都有所增加、或者部分參與者的收益保持不變。

家庭能量管理作為智能電網(wǎng)的直觀展示平臺(tái)，同時(shí)也是智能電網(wǎng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。如何根據(jù)電力公司的電價(jià)信息，引導(dǎo)用戶經(jīng)濟(jì)用電和管理用電習(xí)慣及電價(jià)響應(yīng)已成為家庭能量管理技術(shù)的發(fā)展方向。然而，現(xiàn)階段，用戶電能表只記錄家庭總的電能消耗，無法分析各家用設(shè)備的能耗情況，并缺少與電力公司互動(dòng)的手段，無法實(shí)現(xiàn)能量流、信息流的雙向互動(dòng)；當(dāng)前家庭用戶普遍缺乏對(duì)需求響應(yīng)、電價(jià)策略及激勵(lì)政策等知識(shí)的了解；且當(dāng)前市場(chǎng)上缺乏可輔助用戶進(jìn)行用電決策的家庭能源優(yōu)化管理系統(tǒng)，這些問題極大削弱了用戶在電價(jià)市場(chǎng)中的影響力。

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，開發(fā)一套基于合作博弈的智能家庭能量管理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)于研究居民用戶與電力公司靈活雙向互動(dòng)的運(yùn)行模式、以及實(shí)現(xiàn)家庭用戶側(cè)用電的智能化、經(jīng)濟(jì)化具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷的基于合作博弈的智能家庭能量管理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

技術(shù)方案：為達(dá)到此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述的基于合作博弈的智能家庭能量管理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括上位機(jī)和N個(gè)模擬家庭用戶，市電由交流電轉(zhuǎn)化為直流電后給上位機(jī)和模擬家庭用戶供電，模擬家庭用戶內(nèi)部的設(shè)備包括光伏板、蓄電池、控制器、智能插座、智能電表以及負(fù)荷；智能插座用于采集光伏發(fā)電利用量、各類負(fù)荷用電量以及負(fù)荷開關(guān)狀態(tài)，通過雙向通信網(wǎng)絡(luò)上傳至智能電表，接收并執(zhí)行智能電表下達(dá)的負(fù)荷控制指令；智能電表用于接收智能插座采集的信息以及上位機(jī)發(fā)布的電價(jià)信號(hào)和負(fù)荷控制指令；上位機(jī)用于模擬電力公司控制中心，制定并發(fā)布電價(jià)政策，接收用戶用電信息，執(zhí)行合作博弈優(yōu)化算法，并向各模擬家庭用戶智能電表下達(dá)負(fù)荷控制指令。

進(jìn)一步，所述負(fù)荷包括不可轉(zhuǎn)移負(fù)荷和可轉(zhuǎn)移負(fù)荷。

進(jìn)一步，所述不可轉(zhuǎn)移負(fù)荷包括照明設(shè)備和電冰箱，可轉(zhuǎn)移負(fù)荷包括洗衣機(jī)、洗碗機(jī)和充電汽車；其中，照明設(shè)備通過直流燈泡和功率電阻來模擬，電冰箱、洗衣機(jī)和洗碗機(jī)通過直流電機(jī)和功率電阻來模擬，充電汽車通過直流電機(jī)、功率電阻和鋰電池來模擬。

進(jìn)一步，所述雙向通信網(wǎng)絡(luò)涉及智能電表、智能插座和上位機(jī)，具體地：智能插座和智能電表之間通過WIFI通信模塊或ZigBee通信模塊進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交互，智能電表和上位機(jī)之間以WIFI通信模塊或ZigBee通信模塊進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交互。

進(jìn)一步，所述雙向通信網(wǎng)絡(luò)采用Modbus-RTU協(xié)議。

進(jìn)一步，所述上位機(jī)通過運(yùn)行MATLAB軟件執(zhí)行集中式合作博弈優(yōu)化算法，并將優(yōu)化結(jié)果以圖形用戶界面GUI顯示，通過在MATLAB GUI中進(jìn)行串口通信編程，從而將各模擬家庭用戶的負(fù)荷優(yōu)化控制策略以無線通信方式發(fā)送給對(duì)應(yīng)智能電表。

有益效果：本發(fā)明公開了一種基于合作博弈的智能家庭能量管理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部能耗可視化，提供了用戶與電力公司之間互動(dòng)用電的手段，為家用負(fù)荷(如洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、電動(dòng)汽車等)用電提供輔助決策，從而實(shí)現(xiàn)一種基于價(jià)格響應(yīng)的優(yōu)化控制策略，有利于在實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究居民用戶與電力公司靈活雙向互動(dòng)的運(yùn)行模式、實(shí)現(xiàn)家庭用戶側(cè)用電的智能化、經(jīng)濟(jì)化。