[發(fā)明專利]一種基于混合整數(shù)線性規(guī)劃的家庭能量管理優(yōu)化方法

有效

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• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113131519B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊斌宇;方應(yīng)家;張清勇;唐金銳;李旸;蘇義鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/32;H02J3/00
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 劉琳;潘杰

本發(fā)明公開了一種基于混合整數(shù)線性規(guī)劃的家庭能量管理優(yōu)化方法，包括以下步驟：1.構(gòu)建家庭能量管理系統(tǒng)中各負(fù)荷設(shè)備的運(yùn)行模型；2.構(gòu)建家庭與電網(wǎng)雙向交互設(shè)備運(yùn)行模型；3.構(gòu)建以用戶電費(fèi)最小化的家庭能量管理系統(tǒng)優(yōu)化模型；4.采用混合整數(shù)線性規(guī)劃方法求解得到最優(yōu)調(diào)度。本發(fā)明針對家庭能源管理系統(tǒng)模型多維約束的優(yōu)化問題，采用混合整數(shù)線性規(guī)劃方法，降低了優(yōu)化問題的復(fù)雜程度和求解難度，提高了求解家庭能源管理優(yōu)化問題的效率和精度，并且最后能夠得到全局最優(yōu)解，得到家庭負(fù)載設(shè)備的最優(yōu)調(diào)度以及降低用戶的用電成本，最大化地實(shí)現(xiàn)家庭能量優(yōu)化控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能用電技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種基于混合整數(shù)線性規(guī)劃的家庭能量管理優(yōu)化方法。

技術(shù)背景

隨著智能電網(wǎng)發(fā)展和電動(dòng)汽車、儲能系統(tǒng)和分布式發(fā)電大量接入家庭，家庭優(yōu)化控制已成為智能電網(wǎng)需求側(cè)管理的重要一環(huán)。家庭能量管理系統(tǒng)是智能電網(wǎng)需求側(cè)與智能家居、高級量測體系相結(jié)合的產(chǎn)物。它能夠通過智能電表獲取用電數(shù)據(jù)，分析分布式電源、儲能、負(fù)荷和實(shí)時(shí)電價(jià)數(shù)據(jù)，并以此為依據(jù)調(diào)整分布式電源和儲能的充放電過程、對家庭中的柔性負(fù)荷進(jìn)行調(diào)度，以此達(dá)到提高能源利用效率和減少居民用電費(fèi)用的目的。

家庭能量管理系統(tǒng)模型是一個(gè)具有多維變量、多約束的優(yōu)化問題，其中變量包括離散變量和連續(xù)變量。目前國內(nèi)外關(guān)于家庭能量管理優(yōu)化的研究中，研究人員更多的會采用遺傳算法、模擬退火算法、粒子群算法等啟發(fā)式算法進(jìn)行求解。但是當(dāng)遇到多維大規(guī)模線性問題時(shí)，會大大增加計(jì)算量，且使用啟發(fā)式算法會導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間長，只能得到局部最優(yōu)解，難以保證全局最優(yōu)解。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提出一種基于混合整數(shù)線性規(guī)劃的家庭能量管理優(yōu)化方法，采用混合整數(shù)線性規(guī)劃方法，降低了優(yōu)化問題的復(fù)雜程度和求解難度，提高了家庭能源管理優(yōu)化問題求解效率，并且最后能夠保證每次求解結(jié)果都是唯一且最優(yōu)的。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種基于混合整數(shù)線性規(guī)劃的家庭能量管理優(yōu)化方法，其特殊之處在于，所述方法包括如下步驟：

1)建立家庭能量管理系統(tǒng)中各負(fù)荷設(shè)備的運(yùn)行模型：根據(jù)負(fù)荷設(shè)備的不同特性，將負(fù)荷分為剛性符合、柔性負(fù)荷、溫控負(fù)荷三個(gè)種類，并依次建立對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型；

2)構(gòu)建家庭與電網(wǎng)雙向交互設(shè)備運(yùn)行模型，包括光伏發(fā)電系統(tǒng)模型、儲能系統(tǒng)模型以及電動(dòng)汽車模型；

3)構(gòu)建以用戶電費(fèi)最小化為目標(biāo)函數(shù)的家庭能量管理系統(tǒng)優(yōu)化模型；

4)采用混合整數(shù)線性規(guī)劃算法求解得到最優(yōu)調(diào)度。

優(yōu)選地，所述步驟1)中所述剛性負(fù)荷是指彈性時(shí)間為零的負(fù)荷，不依據(jù)任何外部因素而調(diào)度；所述柔性負(fù)荷指具有彈性時(shí)間的負(fù)荷，柔性負(fù)荷在規(guī)定的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)進(jìn)行啟停操作；所述溫控負(fù)荷指與溫度相關(guān)的用電設(shè)備。

優(yōu)選地，所述步驟2)中所述光伏發(fā)電模型描述為：

式中，P_pv(t)表示光伏系統(tǒng)在光照強(qiáng)度K(t)下的輸出功率；P_pv,stc表示標(biāo)準(zhǔn)測試下的最大輸出功率；ε_pv為光伏系統(tǒng)溫度系數(shù)；T(t)為t時(shí)刻的環(huán)境溫度；K_stc為標(biāo)準(zhǔn)測試下的光照強(qiáng)度；T_stc為標(biāo)準(zhǔn)測試下的環(huán)境溫度；分別表示可滿足部分家庭需求和出售給電網(wǎng)的光伏發(fā)電功率。

優(yōu)選地，所述儲能系統(tǒng)模型描述為：