[發(fā)明專利]基于需求側(cè)響應(yīng)的家庭電熱水器優(yōu)化調(diào)度方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811319355.1
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109409610A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郝文斌;李銀奇
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)四川省電力公司成都供電公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06F17/50;G06Q10/06
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 熊曦

本發(fā)明公開了基于需求側(cè)響應(yīng)的家庭電熱水器優(yōu)化調(diào)度方法，包括：當(dāng)僅考慮散熱對于水溫的影響時，獲得電熱水器的熱力學(xué)模型式；當(dāng)僅考慮熱交換時所帶來的熱量損失時，獲得電熱水器的熱力學(xué)模型式；綜合推導(dǎo)出電熱水器顯式方程；獲得用戶設(shè)定的電熱水器舒適區(qū)間式；獲得電熱水器調(diào)度需要滿足水溫約束為式；基于需求側(cè)響應(yīng)的家庭電熱水器優(yōu)化調(diào)度問題的目標(biāo)函數(shù)是求調(diào)度方案的電價最小值；電熱水器的優(yōu)化調(diào)度模型包括：目標(biāo)函數(shù)和約束；基于電熱水器的優(yōu)化調(diào)度模型，對家庭電熱水器進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度；將電熱水器的優(yōu)化調(diào)度處理為線性整數(shù)規(guī)劃問題，使其能夠在很短時間內(nèi)得出最優(yōu)調(diào)度方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及家庭負(fù)荷智能優(yōu)化調(diào)度領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于需求側(cè)響應(yīng)的家庭電熱 水器優(yōu)化調(diào)度方法。

背景技術(shù)

隨著智能家居概念的提出和家庭智能設(shè)備的逐步普及，家庭負(fù)荷調(diào)度的研究變得越來越 重要，其代表需求側(cè)管理在用戶側(cè)的具體應(yīng)用。一方面，家庭負(fù)荷調(diào)度能夠減少家庭的用電 成本，提高用電效率；另一方面，家庭負(fù)荷調(diào)度能夠有效減少用電負(fù)荷與電網(wǎng)負(fù)荷率。由于 家庭中的智能電器多種多樣，并且各個電器之間的運(yùn)行特性都不盡相同，所以，對全體智能 電器統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)度過于復(fù)雜。為了減少復(fù)雜度，以往研究將智能電器根據(jù)響應(yīng)方式進(jìn)行了分 類，在不同的負(fù)荷類型中，家居溫控負(fù)荷是以往研究中被頻繁研究的一種，這是由于家居溫 控負(fù)荷不僅是家庭智能電器中的主要能源消耗部分，而且也具有很好的可調(diào)節(jié)特性。

考慮到家居溫控負(fù)荷良好的熱儲能力和可調(diào)度特性，研究家具溫控負(fù)荷在時變電價下的 運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)特性具有十分重要的現(xiàn)實意義。為了處理家居溫控負(fù)荷能量管理模型中存在的問 題，以往研究提出了多種解決方案。例如對實時電價環(huán)境下空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度問題，提出 了一種綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和用戶舒適度的多目標(biāo)優(yōu)化模型；綜合考慮可再生能源出力和空調(diào)系 統(tǒng)運(yùn)行的聯(lián)合調(diào)度問題，以家庭用電的經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)函數(shù)，利用遺傳算法進(jìn)行了求解。上述 兩篇思路都對基于需求側(cè)響應(yīng)的家居溫控負(fù)荷調(diào)度問題進(jìn)行了有效求解，但是兩者都是用智 能算法作為家庭能量管理系統(tǒng)的求解器。智能算法一般適宜于處理高階非線性規(guī)劃問題，而 家居溫控負(fù)荷調(diào)度問題的模型一般是線性的，考慮到智能算法計算時間長、對初始值要求很 高且難以得到最優(yōu)解，在家居溫控負(fù)荷調(diào)度問題的求解中使用智能算法并不是很好地選擇。

除了智能算法，有研究提出了一種線性優(yōu)先排序算法，考慮電價信息和舒適度，對電熱 水器調(diào)度問題進(jìn)行迭代求解。該方法簡單易行，但是只能得出較優(yōu)解，并不能得出最優(yōu)解， 犧牲了經(jīng)濟(jì)性。針對這個問題，另一項研究對家庭電熱水器的優(yōu)化調(diào)度問題提出了一種基于 二叉樹的遍歷剪枝算法，能夠在有限時間內(nèi)得到經(jīng)濟(jì)性更好的解。但是該方法的成功很大程 度上取決于對優(yōu)先剪枝起始層數(shù)的選擇，對用戶的熟練程度有一定要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于需求側(cè)響應(yīng)的家庭電熱水器優(yōu)化調(diào)度方法，解決了現(xiàn)有的不足， 將電熱水器的優(yōu)化調(diào)度處理為線性整數(shù)規(guī)劃問題，使其能夠在很短時間內(nèi)得出最優(yōu)調(diào)度方案。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本申請?zhí)峁┝艘环N基于需求側(cè)響應(yīng)的家庭電熱水器優(yōu)化調(diào)度方法， 本申請以電熱水器作為家居溫控負(fù)荷的代表，分析了基于需求側(cè)響應(yīng)的家庭電熱水器優(yōu)化調(diào) 度問題。首先歸納了電熱水器熱力學(xué)模型的顯式方程，并以此為基礎(chǔ)，將電熱水器的優(yōu)化調(diào) 度處理為線性整數(shù)規(guī)劃問題，使其能夠在很短時間內(nèi)得出最優(yōu)調(diào)度方案。另外，以往研究很 少考慮時變舒適區(qū)間對于調(diào)度經(jīng)濟(jì)性的影響，由于沒有對舒適區(qū)間下調(diào)時間進(jìn)行合理選擇， 所以并沒有對調(diào)度經(jīng)濟(jì)性有顯著改善。因此，本申請?zhí)岢隽艘环N同時考慮電價、用水量和環(huán) 境溫度等多維信息的綜合權(quán)重排序方法，對時變舒適區(qū)間的變化時間進(jìn)行指導(dǎo)。

電熱水器是家居溫控負(fù)荷中極為重要的設(shè)備，在居民用電負(fù)荷中所占的比例能夠高達(dá) 20％-30％。電熱水器的熱力學(xué)模型中涉及到熱水使用量和散熱對于水溫的影響，而空調(diào)系統(tǒng) 僅需要考慮散熱對于室內(nèi)溫度的影響。因此，適用于電熱水器的調(diào)度優(yōu)化算法對于空調(diào)系統(tǒng) 的調(diào)度有很好的借鑒作用。