[发明专利]一种基于混合整数线性规划的家庭能量管理优化方法

说明书

本发明公开了一种基于混合整数线性规划的家庭能量管理优化方法，包括以下步骤：1.构建家庭能量管理系统中各负荷设备的运行模型；2.构建家庭与电网双向交互设备运行模型；3.构建以用户电费最小化的家庭能量管理系统优化模型；4.采用混合整数线性规划方法求解得到最优调度。本发明针对家庭能源管理系统模型多维约束的优化问题，采用混合整数线性规划方法，降低了优化问题的复杂程度和求解难度，提高了求解家庭能源管理优化问题的效率和精度，并且最后能够得到全局最优解，得到家庭负载设备的最优调度以及降低用户的用电成本，最大化地实现家庭能量优化控制。

技术领域

本发明涉及智能用电技术领域，具体地指一种基于混合整数线性规划的家庭能量管理优化方法。

技术背景

随着智能电网发展和电动汽车、储能系统和分布式发电大量接入家庭，家庭优化控制已成为智能电网需求侧管理的重要一环。家庭能量管理系统是智能电网需求侧与智能家居、高级量测体系相结合的产物。它能够通过智能电表获取用电数据，分析分布式电源、储能、负荷和实时电价数据，并以此为依据调整分布式电源和储能的充放电过程、对家庭中的柔性负荷进行调度，以此达到提高能源利用效率和减少居民用电费用的目的。

家庭能量管理系统模型是一个具有多维变量、多约束的优化问题，其中变量包括离散变量和连续变量。目前国内外关于家庭能量管理优化的研究中，研究人员更多的会采用遗传算法、模拟退火算法、粒子群算法等启发式算法进行求解。但是当遇到多维大规模线性问题时，会大大增加计算量，且使用启发式算法会导致计算时间长，只能得到局部最优解，难以保证全局最优解。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提出一种基于混合整数线性规划的家庭能量管理优化方法，采用混合整数线性规划方法，降低了优化问题的复杂程度和求解难度，提高了家庭能源管理优化问题求解效率，并且最后能够保证每次求解结果都是唯一且最优的。

为实现上述目的，本发明所设计的一种基于混合整数线性规划的家庭能量管理优化方法，其特殊之处在于，所述方法包括如下步骤：

1)建立家庭能量管理系统中各负荷设备的运行模型：根据负荷设备的不同特性，将负荷分为刚性符合、柔性负荷、温控负荷三个种类，并依次建立对应的数学模型；

2)构建家庭与电网双向交互设备运行模型，包括光伏发电系统模型、储能系统模型以及电动汽车模型；

3)构建以用户电费最小化为目标函数的家庭能量管理系统优化模型；

4)采用混合整数线性规划算法求解得到最优调度。

优选地，所述步骤1)中所述刚性负荷是指弹性时间为零的负荷，不依据任何外部因素而调度；所述柔性负荷指具有弹性时间的负荷，柔性负荷在规定的运行时间内进行启停操作；所述温控负荷指与温度相关的用电设备。

优选地，所述步骤2)中所述光伏发电模型描述为：

式中，P_pv(t)表示光伏系统在光照强度K(t)下的输出功率；P_pv,stc表示标准测试下的最大输出功率；ε_pv为光伏系统温度系数；T(t)为t时刻的环境温度；K_stc为标准测试下的光照强度；T_stc为标准测试下的环境温度；分别表示可满足部分家庭需求和出售给电网的光伏发电功率。

优选地，所述储能系统模型描述为：