[发明专利]基于需求侧响应的家庭电热水器优化调度方法

说明书

本发明公开了基于需求侧响应的家庭电热水器优化调度方法，包括：当仅考虑散热对于水温的影响时，获得电热水器的热力学模型式；当仅考虑热交换时所带来的热量损失时，获得电热水器的热力学模型式；综合推导出电热水器显式方程；获得用户设定的电热水器舒适区间式；获得电热水器调度需要满足水温约束为式；基于需求侧响应的家庭电热水器优化调度问题的目标函数是求调度方案的电价最小值；电热水器的优化调度模型包括：目标函数和约束；基于电热水器的优化调度模型，对家庭电热水器进行优化调度；将电热水器的优化调度处理为线性整数规划问题，使其能够在很短时间内得出最优调度方案。

技术领域

本发明涉及家庭负荷智能优化调度领域，具体地，涉及一种基于需求侧响应的家庭电热 水器优化调度方法。

背景技术

随着智能家居概念的提出和家庭智能设备的逐步普及，家庭负荷调度的研究变得越来越 重要，其代表需求侧管理在用户侧的具体应用。一方面，家庭负荷调度能够减少家庭的用电 成本，提高用电效率；另一方面，家庭负荷调度能够有效减少用电负荷与电网负荷率。由于 家庭中的智能电器多种多样，并且各个电器之间的运行特性都不尽相同，所以，对全体智能 电器统一进行调度过于复杂。为了减少复杂度，以往研究将智能电器根据响应方式进行了分 类，在不同的负荷类型中，家居温控负荷是以往研究中被频繁研究的一种，这是由于家居温 控负荷不仅是家庭智能电器中的主要能源消耗部分，而且也具有很好的可调节特性。

考虑到家居温控负荷良好的热储能力和可调度特性，研究家具温控负荷在时变电价下的 运行和经济特性具有十分重要的现实意义。为了处理家居温控负荷能量管理模型中存在的问 题，以往研究提出了多种解决方案。例如对实时电价环境下空调系统的优化调度问题，提出 了一种综合考虑经济性和用户舒适度的多目标优化模型；综合考虑可再生能源出力和空调系 统运行的联合调度问题，以家庭用电的经济性为目标函数，利用遗传算法进行了求解。上述 两篇思路都对基于需求侧响应的家居温控负荷调度问题进行了有效求解，但是两者都是用智 能算法作为家庭能量管理系统的求解器。智能算法一般适宜于处理高阶非线性规划问题，而 家居温控负荷调度问题的模型一般是线性的，考虑到智能算法计算时间长、对初始值要求很 高且难以得到最优解，在家居温控负荷调度问题的求解中使用智能算法并不是很好地选择。

除了智能算法，有研究提出了一种线性优先排序算法，考虑电价信息和舒适度，对电热 水器调度问题进行迭代求解。该方法简单易行，但是只能得出较优解，并不能得出最优解， 牺牲了经济性。针对这个问题，另一项研究对家庭电热水器的优化调度问题提出了一种基于 二叉树的遍历剪枝算法，能够在有限时间内得到经济性更好的解。但是该方法的成功很大程 度上取决于对优先剪枝起始层数的选择，对用户的熟练程度有一定要求。

发明内容

本发明提供了一种基于需求侧响应的家庭电热水器优化调度方法，解决了现有的不足， 将电热水器的优化调度处理为线性整数规划问题，使其能够在很短时间内得出最优调度方案。

为实现上述发明目的，本申请提供了一种基于需求侧响应的家庭电热水器优化调度方法， 本申请以电热水器作为家居温控负荷的代表，分析了基于需求侧响应的家庭电热水器优化调 度问题。首先归纳了电热水器热力学模型的显式方程，并以此为基础，将电热水器的优化调 度处理为线性整数规划问题，使其能够在很短时间内得出最优调度方案。另外，以往研究很 少考虑时变舒适区间对于调度经济性的影响，由于没有对舒适区间下调时间进行合理选择， 所以并没有对调度经济性有显著改善。因此，本申请提出了一种同时考虑电价、用水量和环 境温度等多维信息的综合权重排序方法，对时变舒适区间的变化时间进行指导。

电热水器是家居温控负荷中极为重要的设备，在居民用电负荷中所占的比例能够高达 20％-30％。电热水器的热力学模型中涉及到热水使用量和散热对于水温的影响，而空调系统 仅需要考虑散热对于室内温度的影响。因此，适用于电热水器的调度优化算法对于空调系统 的调度有很好的借鉴作用。