本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)智能電網(wǎng)智能用電
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其是一種考慮電動汽車與儲能設(shè)備的智能家居優(yōu)化運行方法。
背景技術(shù)：
：隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展與進步，居民用電量在全社會總用電量中的比重不斷增大，在大力發(fā)展智能電網(wǎng)的背景下，居民智能用電作為實施需求響應(yīng)策略在居民側(cè)的重要體現(xiàn)，其在減小復(fù)合峰谷差、降低備用機組容量、消納可再生能源出力等方面有著巨大潛力，自上世紀(jì)90年代提出智能家居概念以來，國內(nèi)外學(xué)者對其開展了一系列研究。近年來，其優(yōu)化運行模型及算法，是智能電網(wǎng)領(lǐng)域的研究熱點之一。現(xiàn)有技術(shù)中，在分時電價背景下，針對各家電設(shè)備運行規(guī)律不同的特點，對家電負(fù)荷進行分類，建立了以最小化用戶電能成本與最小化峰谷差為目標(biāo)的優(yōu)化模型，模型中電動汽車與儲能電池的工作模式單一，相比實時電價環(huán)境下，其優(yōu)化潛力并沒有得到充分利用；通過引入電價優(yōu)先級、需求響應(yīng)控制規(guī)則和預(yù)調(diào)度機制以實現(xiàn)部分家居設(shè)備的運行控制，得到減少用戶的整體費用支出和緩解電網(wǎng)負(fù)荷的目的，但其效果不明顯，新能源和電動汽車并沒有給予考慮；在滿足需求響應(yīng)給定用電功率和用戶用電舒適度要求的前提下，根據(jù)被控負(fù)荷實時動態(tài)優(yōu)先級執(zhí)行用電決策，在改善電網(wǎng)負(fù)荷曲線、減少峰谷差的同時，降低了用電費用；基于用戶期望電價的智能家居響應(yīng)策略，其通過優(yōu)化電池在不同電價下的充放電控制，達(dá)到降低用電總費用的目的，但具有降低高峰負(fù)荷潛力的電動汽車充放電優(yōu)化控制與自有發(fā)電設(shè)備并沒有考慮在其中；建立智能家居的混合整數(shù)模型，考慮了電動汽車與儲能電池的所有運行模式，但是忽略了用戶最大功率限制，可能使負(fù)荷峰谷差加大。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種考慮電動汽車與儲能設(shè)備的智能家居優(yōu)化運行方法，建立混合整數(shù)規(guī)劃模型描述智能家居優(yōu)化運行問題，考慮電價預(yù)測具有不確定性的條件下，設(shè)計電動汽車、蓄電池、光伏出力三者與電網(wǎng)互動模式，優(yōu)化運行部分可調(diào)度家居設(shè)備。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種考慮電動汽車與儲能設(shè)備的智能家居優(yōu)化運行方法，包括如下步驟：(1)建立智能家居優(yōu)化運行目標(biāo)函數(shù)；(2)劃定優(yōu)化運行的約束條件，采用GAMS求解模型求解。優(yōu)選的，步驟(1)中的目標(biāo)函數(shù)具體為：MinimizeTC=Σt=1NT(PtgridΔT·λtbut-PtsoldΔT·λtsell)+ΣtNT(ϵ1·PtPV,soldΔT+ϵ2·PtESS,soldΔT+ϵ3·PtEV,soldΔT)]]>其中：TC表示總的用電費用；NT表示總的時段數(shù)；ΔT表示時長；表示t時段從電網(wǎng)購買的總電能；表示t時段向電網(wǎng)賣電的總電能；表示t時段購買電能時的電價；表示t時段向電網(wǎng)賣電的電價；表示第t個時段光伏發(fā)電向電網(wǎng)賣出的電能；表示第t個時段蓄電池向電網(wǎng)賣出的電能；表示第t個時段電動汽車向電網(wǎng)賣出的電能；ε1、ε2、ε3分別表示光伏、蓄電池、電動汽車向電網(wǎng)送電的優(yōu)先級因子，設(shè)置為ε1<ε2<ε3，即光伏優(yōu)先向電網(wǎng)送電，蓄電池次之，電動汽車優(yōu)先權(quán)最小。優(yōu)選的，步驟(2)中的約束條件具體為：約束A：總電能平衡Ptgrid+PtPV,used+PtEV,used+PtESS,used=Ptother+PtEV,ch+PtESS,ch]]>其中：等號左側(cè)表示t時刻電能的全部來源，表示直接從電網(wǎng)獲得的電能，分別表示t時刻光伏、電動汽車、蓄電池向家庭用電設(shè)備提供的電能；等號右邊表示t時刻電能消耗的去向，分別表示t時刻電動汽車和蓄電池消耗的電能，表示t時刻其他家居設(shè)備消耗的電能；約束B：蓄電池功率平衡PtESS,used+PtESS,sold=PtESS·dis·DEESS,∀t]]>其中：表示t時刻蓄電池放電功率；DEESS表示蓄電池放電效率，該式表示蓄電池的充放電功率平衡；PtESS,ch≤CRESS·utESS,∀t]]>PtESS,dis≤DRESS·(1-utESS),∀t]]>其中：表示t時刻蓄電池的充電功率；是二進制變量，其值取“1”時表示蓄電池在t時刻充電，取“0”表示蓄電池在t時刻放電；CRESS表示蓄電池充電額定功率；DRESS表示蓄電池放電額定功率；SOEtESS=SOEt-1ESS+CEESS·PtESS,chΔT-PtESS,disΔT,∀t]]>SOEtESS=SOEESS,ini,ift=1]]>SOEtESS≤SOEESS,max,∀t]]>SOEtESS≥SOEESS,min,∀t]]>其中：表示t時刻蓄電池的儲能狀態(tài)；CEESS表示蓄電池充電效率；SOEESS,ini表示蓄電池的初始儲能；SOEESS,max、SOEESS,min分別表示蓄電池的最大最小儲能狀態(tài)；以上4式表示蓄電池儲能狀態(tài)的約束；約束C：電動汽車功率平衡PtEV,used+PtEV,sold=PtEV·dis·DEEV,∀t∈[Ta,Tb]]]>其中：表示t時刻電動汽車放電功率；DEEV表示電動汽車放電效率；Ta、Tb分別表示電動汽車到家時刻與離家時刻；該式表示電動汽車的充放電功率平衡；PtEV,ch≤CREV·utEV,∀t∈[Ta,Tb]]]>PtEV,dis≤DREV·(1-utEV),∀t∈[Ta,Tb]]]>其中：表示t時刻電動汽車的充電功率；是二進制變量，其值取“1”時表示電動汽車在t時刻充電，取“0”表示蓄電池在t時刻放電；CREV表示電動汽車充電額定功率；DREV表示電動汽車放電額定功率；SOEtEV=SOEt-1EV+CEEV·PtEV,chΔT-PtEV,disΔT,∀t∈[Ta,Tb]]]>SOEtEV=SOEEV,ini,ift=Ta]]>SOEtEV≤SOEEV,max,∀t∈[Ta,Tb]]]>SOEtEV≥SOEEV,min,∀t∈[Ta,Tb]]]>其中：表示t時刻電動汽車的儲能狀態(tài)；CEEV表示電動汽車的充電效率；SOEEV,ini表示電動汽車的初始儲能；SOEEV,max、SOEEV,min分別表示電動汽車的最大最小電池能量狀態(tài)；以上4式表示電動汽車電池狀態(tài)的約束；約束D：光伏功率平衡PtPV,used+PtPV,sold=PtPV,pro,∀t]]>其中：表示t時刻光伏功率，該式表示光伏功率的平衡；約束E：向電網(wǎng)送電的功率平衡Ptsold=PtPV,sold+PtESS,sold+PtEV,sold]]>該式表示t時刻向電網(wǎng)送電的總功率為光伏、蓄電池、電動汽車三者向電網(wǎng)送電功率之和；約束F：功率傳輸限制Ptgrid≤N1·utgrid,∀t]]>Ptsold≤N2·(1-utgrid),∀t]]>其中：N1表示可以從電網(wǎng)中獲得的最大功率；N2表示可以向電網(wǎng)傳送的最大功率；為二進制變量，其值取“1”時表示在t時刻電能的流動方向是：從電網(wǎng)流向家具設(shè)備，取“0”表示在t時刻電能的流動方向是：從家庭流向電網(wǎng)；約束G:設(shè)備運行約束1)其他設(shè)備總功率平衡約束Σk=1mZi,jk=Ei,j,∀i,j]]>其中：表示第i個設(shè)備第j個階段第k個時段的功率，Ei,j表示第i個設(shè)備第j個階段功率需求，m表示時間段數(shù)；2)設(shè)備功率上下限約束Z‾i,jk≤Zi,jk≤Z‾i,jk]]>其中，分別為第i個設(shè)備第j個階段功率上下限。本發(fā)明的有益效果為：在考慮電價不確定性的情況下，優(yōu)化家居運行，更加符合實際決策過程；對象豐富，能夠充分挖掘智能用電的經(jīng)濟價值。附圖說明圖1是本發(fā)明的智能家居優(yōu)化運行的方法流程圖。圖2是本發(fā)明的不可控負(fù)荷用電功率圖。圖3是本發(fā)明的某日屋頂光伏出力圖。圖4是本發(fā)明的綜合優(yōu)化后負(fù)荷曲線分布圖。具體實施方式如圖1所示，一種考慮電動汽車與儲能設(shè)備的智能家居優(yōu)化運行方法，包括如下步驟：(1)建立智能家居優(yōu)化運行目標(biāo)函數(shù)；步驟(1)中的目標(biāo)函數(shù)具體為：MinimizeTC=Σt=1NT(PtgridΔT·λtbuy-PtsoldΔT·λtsell)+ΣtNT(ϵ1·PtPV,soldΔT+ϵ2·PtESS,soldΔT+ϵ3·PtEV,soldΔT)]]>其中：TC表示總的用電費用；NT表示總的時段數(shù)；ΔT表示時長；表示t時段從電網(wǎng)購買的總電能；表示t時段向電網(wǎng)賣電的總電能；表示t時段購買電能時的電價；表示t時段向電網(wǎng)賣電的電價；表示第t個時段光伏發(fā)電向電網(wǎng)賣出的電能；表示第t個時段蓄電池向電網(wǎng)賣出的電能；表示第t個時段電動汽車向電網(wǎng)賣出的電能；ε1、ε2、ε3分別表示光伏、蓄電池、電動汽車向電網(wǎng)送電的優(yōu)先級因子，設(shè)置為ε1<ε2<ε3，即光伏優(yōu)先向電網(wǎng)送電，蓄電池次之，電動汽車優(yōu)先權(quán)最小。(2)劃定優(yōu)化運行的約束條件，采用GAMS求解模型求解。步驟(2)中的約束條件具體為：約束A：總電能平衡Ptgrid+PtPV,used+PtEV,used+PtESS,used=Ptother+PtEV,ch+PtESS,ch]]>其中：等號左側(cè)表示t時刻電能的全部來源，表示直接從電網(wǎng)獲得的電能，分別表示t時刻光伏、電動汽車、蓄電池向家庭用電設(shè)備提供的電能；等號右邊表示t時刻電能消耗的去向，分別表示t時刻電動汽車和蓄電池消耗的電能，表示t時刻其他家居設(shè)備消耗的電能；約束B：蓄電池功率平衡PtESS,used+PtESS,sold=PtESS·dis·DEESS,∀t]]>其中：表示t時刻蓄電池放電功率；DEESS表示蓄電池放電效率，該式表示蓄電池的充放電功率平衡；PtESS,ch≤CRESS·utESS,∀t]]>PtESS,dis≤DRESS·(1-utESS),∀t]]>其中：表示t時刻蓄電池的充電功率；是二進制變量，其值取“1”時表示蓄電池在t時刻充電，取“0”表示蓄電池在t時刻放電；CRESS表示蓄電池充電額定功率；DRESS表示蓄電池放電額定功率；SOEtESS=SOEt-1ESS+CEESS·PtESS,chΔT-PtESS,disΔT,∀t]]>SOEtESS=SOEESS,ini,ift=1]]>SOEtESS≤SOEESS,max,∀t]]>SOEtESS≥SOEESS,min,∀t]]>其中：表示t時刻蓄電池的儲能狀態(tài)；CEESS表示蓄電池充電效率；SOEESS,ini表示蓄電池的初始儲能；SOEESS,max、SOEESS,min分別表示蓄電池的最大最小儲能狀態(tài)；以上4式表示蓄電池儲能狀態(tài)的約束；約束C：電動汽車功率平衡PtEV,used+PtEV,sold=PtEV·dis·DEEV,∀t∈[Ta,Tb]]]>其中：表示t時刻電動汽車放電功率；DEEV表示電動汽車放電效率；Ta、Tb分別表示電動汽車到家時刻與離家時刻；該式表示電動汽車的充放電功率平衡；PtEV,ch≤CREV·utEV,∀t∈[Ta,Tb]]]>PtEV,dis≤DREV·(1-utEV),∀t∈[Ta,Tb]]]>其中：表示t時刻電動汽車的充電功率；是二進制變量，其值取“1”時表示電動汽車在t時刻充電，取“0”表示蓄電池在t時刻放電；CREV表示電動汽車充電額定功率；DREV表示電動汽車放電額定功率；SOEtEV=SOEt-1EV+CEEV·PtEV,chΔT-PtEV,disΔT,∀t∈[Ta,Tb]]]>SOEtEV=SOEEV,ini,ift=Ta]]>SOEtEV≤SOEEV,max,∀t∈[Ta,Tb]]]>SOEtEV≥SOEEV,min,∀t∈[Ta,Tb]]]>其中：表示t時刻電動汽車的儲能狀態(tài)；CEEV表示電動汽車的充電效率；SOEEV,ini表示電動汽車的初始儲能；SOEEV,max、SOEEV,min分別表示電動汽車的最大最小電池能量狀態(tài)；以上4式表示電動汽車電池狀態(tài)的約束；約束D：光伏功率平衡PtPV,used+PtPV,sold=PtPV,pro,∀t]]>其中：表示t時刻光伏功率，該式表示光伏功率的平衡；約束E：向電網(wǎng)送電的功率平衡Ptsold=PtPV,sold+PtESS,sold+PtEV,sold]]>該式表示t時刻向電網(wǎng)送電的總功率為光伏、蓄電池、電動汽車三者向電網(wǎng)送電功率之和；約束F：功率傳輸限制Ptgrid≤N1·utgrid,∀t]]>Ptsold≤N2·(1-utgrid),∀t]]>其中：N1表示可以從電網(wǎng)中獲得的最大功率；N2表示可以向電網(wǎng)傳送的最大功率；為二進制變量，其值取“1”時表示在t時刻電能的流動方向是：從電網(wǎng)流向家具設(shè)備，取“0”表示在t時刻電能的流動方向是：從家庭流向電網(wǎng)；約束G:設(shè)備運行約束1)其他設(shè)備總功率平衡約束Σk=1mZi,jk=Ei,j,∀i,j]]>其中：表示第i個設(shè)備第j個階段第k個時段的功率，Ei,j表示第i個設(shè)備第j個階段功率需求，m表示時間段數(shù)；2)設(shè)備功率上下限約束Z‾i,jk≤Zi,jk≤Z‾i,jk]]>其中，分別為第i個設(shè)備第j個階段功率上下限。本發(fā)明測試的算例為：包含電動汽車、蓄電池、空調(diào)、熱水器、洗衣機、洗碗機、烘干機、屋頂光伏以及不可控負(fù)荷組成的智能家居系統(tǒng)，針對不同優(yōu)化方案進行比較分析。參數(shù)設(shè)置如下：蓄電池和電動汽車的充放電效率都為0.95，電動汽車的額定充放電功率為3.3kW，蓄電池額定充放電功率為0.4kW，蓄電池的額定容量為2kW·h，初始狀態(tài)為1kW·h；電動汽車的額定容量為16kW·h，初始狀態(tài)為8kW·h，其他可控設(shè)備數(shù)據(jù)見表1。某一天光伏出力預(yù)測如圖2，不可控負(fù)荷用電功率如圖3。表1部分智能家居用電名稱用電量(kW·h)最小功率(W)最大功率(W)洗衣機1.25003000熱水器1.510002000洗碗機1.25001500由圖4可知，通過優(yōu)化控制智能家居的運行，可使得家庭負(fù)荷曲線平緩，降低負(fù)荷峰谷差。由表2可知，通過對比不同優(yōu)化控制策略下，綜合優(yōu)化能夠獲得最大的經(jīng)濟效益。表2不同優(yōu)化方案的優(yōu)化效果由表3可知，不同的蓄電池容量配置，帶來的經(jīng)濟效益也將不同，較大的容量配置雖然能夠獲得更大的經(jīng)濟效益，但投資也增大了，因此，需要根據(jù)家庭具體情況，進行儲能容量配置。表3不同蓄電池容量配置電池容量不含最大功率約束含最大功率約束1kWh29.0731.362kWh26.4429.40綜上，案例說明了本發(fā)明的正確性與實用性。盡管本發(fā)明就優(yōu)選實施方式進行了示意和描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，只要不超出本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的范圍，可以對本發(fā)明進行各種變化和修改。當(dāng)前第1頁1 2 3