基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度方法及系統(tǒng)與流程
1.本發(fā)明涉及智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
2.能源轉(zhuǎn)型是現(xiàn)有電網(wǎng)從化石燃料向低成本、低碳、可持續(xù)智能電網(wǎng)轉(zhuǎn)型的必經(jīng)之路，但由于人口的快速增長(zhǎng)和科技的發(fā)展，人們對(duì)電力的需求可謂是成指數(shù)增長(zhǎng)，為了滿足電力需求的指數(shù)增長(zhǎng)，同時(shí)降低成本和碳排放，一方面，傳統(tǒng)的電網(wǎng)方案需要借助于人工智能等方法，升級(jí)成為有能力處理不斷增長(zhǎng)的需求，另一方面，需要設(shè)計(jì)可吸納新的可再生能源的智能電網(wǎng)方案，同時(shí)為了合理利用現(xiàn)場(chǎng)能源，智能電網(wǎng)將現(xiàn)代通信技術(shù)、人工智能技術(shù)與傳統(tǒng)電網(wǎng)相結(jié)合，將信息和通信基礎(chǔ)設(shè)施集成到電網(wǎng)中，現(xiàn)有的為了優(yōu)化能源管理和負(fù)荷調(diào)度，研究人員提出了許多的方案，如開(kāi)發(fā)一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)的預(yù)測(cè)架構(gòu)，用于將低成本和低碳可再生能源集成到電網(wǎng)中，以降低碳排放和用戶能源成本；通過(guò)使用公用事業(yè)電力的家用電器調(diào)度來(lái)平衡負(fù)載，同時(shí)納入屋頂太陽(yáng)能單元，以降低能源成本和峰均比(par)，并參與需求側(cè)管理(dsm)；考慮了一個(gè)帶有智能電器的建筑，建立現(xiàn)場(chǎng)能源微發(fā)電和電池存儲(chǔ)系統(tǒng)，通過(guò)減少外部公用設(shè)施的使用來(lái)最小化par和降低能源成本；現(xiàn)有的許多研究從多個(gè)角度探討了電力需求側(cè)管理的主題，對(duì)智能電網(wǎng)能源管理中涉及的各種因素提供了詳實(shí)的研究和闡述，然而大部分方案都只考慮到了其中的一個(gè)或幾個(gè)因素，且其效果大多取決于目標(biāo)、場(chǎng)景，缺乏一種基于人工智能有效的端到端的控制方案。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
3.為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度方法及系統(tǒng)，能夠在降低電費(fèi)成本、co2排放量和par的同時(shí)提高用戶在溫度、視覺(jué)和空氣質(zhì)量等方面的舒適度。
4.本發(fā)明所采用的第一技術(shù)方案是：基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度方法，包括以下步驟：
5.基于實(shí)時(shí)響應(yīng)原理，構(gòu)建用電器的能源成本模型；
6.根據(jù)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)對(duì)用電器的能源成本模型進(jìn)行調(diào)度，得到用電調(diào)度模式；
7.基于用戶舒適度對(duì)用電調(diào)度模式進(jìn)行調(diào)整，輸出調(diào)整后的用電調(diào)度模式；
8.基于混合優(yōu)化算法對(duì)調(diào)整后的用電調(diào)度模式進(jìn)行優(yōu)化處理，得到最優(yōu)用電調(diào)度模式。
9.進(jìn)一步，所述基于實(shí)時(shí)響應(yīng)原理，構(gòu)建用電器的能源成本模型這一步驟，其具體包括：
10.根據(jù)用電器的使用必然性對(duì)用電器進(jìn)行分類處理，得到可調(diào)度用電器和不可調(diào)度用電器；
11.根據(jù)用電器的負(fù)荷消耗，分別構(gòu)建可調(diào)度用電器和不可調(diào)度用電器的負(fù)荷能耗模型；
12.根據(jù)電力價(jià)格和用電器的負(fù)荷能耗模型，構(gòu)建用電器的能源成本模型。
13.進(jìn)一步，所述可調(diào)度用電器和不可調(diào)度用電器的負(fù)荷能耗模型的表達(dá)式如下所示：
[0014][0015][0016]
上式中，l
sch
表示可調(diào)度用電器的集合，l
nsch
表示不可調(diào)度用電器的集合，t表示用電器的用電時(shí)間周期，m、n表示總的用電器數(shù)量。
[0017]
進(jìn)一步，所述用電器的能源成本模型的表達(dá)式如下所示：
[0018][0019]
上式中，表示m個(gè)可調(diào)度和不可調(diào)度智能家電的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)，ep(t)表示特定時(shí)間段t的電價(jià)，表示各時(shí)段t的電費(fèi)賬單，表示a＝{dch,nsch}。
[0020]
進(jìn)一步，所述根據(jù)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)對(duì)用電器的能源成本模型進(jìn)行調(diào)度，得到用電調(diào)度模式這一步驟，其具體包括：
[0021]
構(gòu)建可再生能源發(fā)電系統(tǒng)并計(jì)算其單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)電量；
[0022]
對(duì)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的單位時(shí)間發(fā)電量與用電器的單位時(shí)間用電量進(jìn)行判斷；
[0023]
判斷到可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的單位時(shí)間發(fā)電量大于用電器的單位時(shí)間用電量，將剩余單位時(shí)間發(fā)電量存儲(chǔ)至電池存儲(chǔ)系統(tǒng)；
[0024]
判斷到可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的單位時(shí)間發(fā)電量小于用電器的單位時(shí)間用電量，從電池存儲(chǔ)系統(tǒng)獲取相應(yīng)的發(fā)電量；
[0025]
基于調(diào)度函數(shù)，根據(jù)發(fā)電量和用電器的能源成本模型確定用電器的能耗約束條件，得到用電調(diào)度模式。
[0026]
進(jìn)一步，所述調(diào)度函數(shù)的表達(dá)式如下所示：
[0027][0028]
上式中，bss(t)表示電池存儲(chǔ)系統(tǒng)在t時(shí)間內(nèi)的電能存儲(chǔ)量。
[0029]
進(jìn)一步，所述可再生能源發(fā)電系統(tǒng)包括外部電網(wǎng)、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和微熱電聯(lián)產(chǎn)，所述用電器的能耗約束條件的表達(dá)式如下所示：
[0030]
[0031][0032][0033]
0≤bss
min
≤bss
max
[0034]
上式中，l表示用電器工作時(shí)間持續(xù)時(shí)間，an表示具體地用電器，α表示用電器在時(shí)間t內(nèi)的啟動(dòng)時(shí)間，η表示用電器在時(shí)間t內(nèi)的持續(xù)操作時(shí)間，β表示用電器停止使用的時(shí)間，表示可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的總發(fā)電量，p
wd
(t)表示風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在時(shí)間t內(nèi)的發(fā)電量；p
chp
(t)表示微熱電聯(lián)產(chǎn)在時(shí)間t內(nèi)的發(fā)電量，p
pv
(t)表示太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)在時(shí)間t內(nèi)的發(fā)電量，bss
min
表示電池存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量的下限，bss
max
表示電池存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量的上限。
[0035]
進(jìn)一步，所述用戶舒適度包括延遲舒適度、視覺(jué)舒適度、室內(nèi)熱舒適度和空氣質(zhì)量舒適度，其中：
[0036]
所述延遲舒適度由用電器的預(yù)定使用時(shí)間確定；
[0037]
所述視覺(jué)舒適度由照明用電器的使用功率確定；
[0038]
所述室內(nèi)熱舒適度由用電器的高壓交流調(diào)諧消耗、室內(nèi)等效熱和空氣比熱容確定；
[0039]
所述空氣質(zhì)量舒適度由室內(nèi)空氣的二氧化碳濃度確定。
[0040]
進(jìn)一步，所述基于混合優(yōu)化算法對(duì)調(diào)整后的用電調(diào)度模式進(jìn)行優(yōu)化處理，得到最優(yōu)用電調(diào)度模式這一步驟，其具體包括：
[0041]
設(shè)置種的參數(shù)，所述參數(shù)包括用戶的舒適度、電力價(jià)格和可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量；
[0042]
通過(guò)二元粒子算法對(duì)種的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到種參數(shù)的全局最優(yōu)值；
[0043]
將種參數(shù)的全局最優(yōu)值對(duì)應(yīng)的種個(gè)體輸入至遺傳算法進(jìn)行交叉與突變，得到處理后的種個(gè)體；
[0044]
通過(guò)驅(qū)動(dòng)算法對(duì)處理后的種個(gè)體更新至種，確定最優(yōu)用電調(diào)度模式。
[0045]
本發(fā)明所采用的第二技術(shù)方案是：基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，包括：
[0046]
可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，用于產(chǎn)生用電器所需的負(fù)荷電量；
[0047]
用電器負(fù)荷消耗系統(tǒng)，用于通過(guò)消耗一定的負(fù)荷電量滿足用戶的舒適度條件；
[0048]
電池存儲(chǔ)系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)多余的發(fā)電量或釋放用電器所需用電量；
[0049]
用戶舒適度系統(tǒng)，用于根據(jù)用戶自身情況對(duì)用電調(diào)度模式進(jìn)行調(diào)整。
[0050]
本發(fā)明方法及系統(tǒng)的有益效果是：本發(fā)明通過(guò)實(shí)時(shí)響應(yīng)，能夠?qū)稍偕茉聪到y(tǒng)的發(fā)電量進(jìn)行可控的電源管理，考慮電力價(jià)格與用電器的使用必然性構(gòu)建用電器的能源成本模型，能夠?qū)τ秒娖鞯挠秒娏窟M(jìn)行合理調(diào)度，再根據(jù)用戶的舒適度對(duì)用電調(diào)度進(jìn)行調(diào)整，使用戶在溫度舒適、視覺(jué)舒適、空氣質(zhì)量和延遲方面最大化，同時(shí)減少延遲、降低成本，再通過(guò)混合優(yōu)化算法為用戶尋最佳電力調(diào)度方案，從而降低電費(fèi)成本、co2排放量和par，同時(shí)進(jìn)一步提高用戶在熱、視覺(jué)和空氣質(zhì)量方面的舒適度。
附圖說(shuō)明
[0051]
圖1是本發(fā)明基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度方法的步驟流程圖；
[0052]
圖2是本發(fā)明基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0053]
附圖標(biāo)記：1、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)；2、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；3、微熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電系統(tǒng)；4、逆變器；5、電池存儲(chǔ)系統(tǒng)；6、智能電表；7、外部電網(wǎng)；8、用戶舒適度系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
[0054]
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。對(duì)于以下實(shí)施例中的步驟編號(hào)，其僅為了便于闡述說(shuō)明而設(shè)置，對(duì)步驟之間的順序不做任何限定，實(shí)施例中的各步驟的執(zhí)行順序均可根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解來(lái)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。
[0055]
本方案的外部并網(wǎng)的智能房屋配備了采用電器調(diào)度器和能源管理控制器(asemc)的智能電表，該電表具備一定的邊緣計(jì)算能力，并可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部清潔能源的產(chǎn)出和具體電表所負(fù)責(zé)的家居單元的電力負(fù)荷做預(yù)測(cè)；asemc收集各種信息，如家電的額定功率、家電的使用偏好(緊急、可延遲、不間斷、可中斷)、用戶舒適信號(hào)(室內(nèi)溫度和空氣質(zhì)量值)、本地可再生能源(太陽(yáng)能、熱電聯(lián)產(chǎn)、風(fēng)能)和電池存儲(chǔ)系統(tǒng)(家用電池存儲(chǔ)和電動(dòng)汽車電池存儲(chǔ))等。通過(guò)家庭局域網(wǎng)，家電與控制器進(jìn)行通信，asemc根據(jù)所提出的方法對(duì)家電的調(diào)度進(jìn)行管理，連接到外部電網(wǎng)的智能房屋由asemc控制，控制器收集以下數(shù)據(jù)：
[0056]
用戶舒適度信號(hào)相對(duì)于負(fù)載使用情況(如緊急或計(jì)劃的、運(yùn)行時(shí)間、容忍延遲、開(kāi)始時(shí)間、到達(dá)時(shí)間、結(jié)束時(shí)間等)和舒適度(視覺(jué)、熱、亮度、熱、通風(fēng)和空氣質(zhì)量)；
[0057]
太陽(yáng)能、風(fēng)能、微熱電聯(lián)產(chǎn)的發(fā)電輸出值和相關(guān)約束；
[0058]
電池儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車儲(chǔ)能的能級(jí)、狀態(tài)及其充放電深度約束；
[0059]
電力價(jià)格信號(hào)，即平價(jià)或日前價(jià)格和外部電網(wǎng)約束；
[0060]
asemc在交換上述信息后，使用邊緣計(jì)算能力對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度和管理。asemc的所有活動(dòng)都應(yīng)在一個(gè)固定的時(shí)間窗口內(nèi)進(jìn)行，所有重要信息都應(yīng)通過(guò)一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)安全、及時(shí)地發(fā)送出去；此外，提出了一種智能電表基礎(chǔ)設(shè)施，允許用戶和分銷商雙向通信基礎(chǔ)設(shè)施；客戶共享可以共享配電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商價(jià)格信號(hào)，如固定價(jià)格、日前價(jià)格、使用時(shí)間定價(jià)等系統(tǒng)穩(wěn)定信息，如高峰、非高峰和負(fù)荷信息；
[0061]
還需要說(shuō)明的是本方案所述的系統(tǒng)是在線的，可以實(shí)時(shí)根據(jù)負(fù)荷等因素的變化調(diào)節(jié)用電調(diào)度的方法即本方案系統(tǒng)是實(shí)時(shí)響應(yīng)的。
[0062]
參照?qǐng)D1，本發(fā)明提供了基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度方法，該方法包括以下步驟：
[0063]
s1、構(gòu)建可再生能源發(fā)電系統(tǒng)；
[0064]
s11、外部電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)；
[0065]
具體地，非計(jì)劃、緊急和計(jì)劃負(fù)荷的能源是由住宅區(qū)內(nèi)的智能住宅從外部電網(wǎng)、現(xiàn)場(chǎng)可再生能源，如太陽(yáng)能、風(fēng)能和熱電聯(lián)產(chǎn)獲得的，在高峰時(shí)段，可使用bss作為備用電源；如下一小節(jié)所述，智能住宅以特定的價(jià)格從外部電網(wǎng)獲取電力，智能住宅的電力來(lái)自地區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)，設(shè)e
ex
(t)表示在t時(shí)點(diǎn)從外部電網(wǎng)獲得的能量，其約束條件如下所示：
[0066]
0≤e
ex
(t)≤e
ex,max
[0067]
s12、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)；
[0068]
具體地，在邊緣計(jì)算系統(tǒng)的支持下，決策中心可以預(yù)測(cè)指導(dǎo)產(chǎn)生的太陽(yáng)能電量，主要取決于截獲的太陽(yáng)輻射量、傳輸效率和電池板的方向和位置，產(chǎn)生的能量通常在24小時(shí)內(nèi)的每個(gè)時(shí)隙給予計(jì)劃負(fù)載，定義如下所示：
[0069][0070]
上式中，γ
pv
表示太陽(yáng)能電池板的能效轉(zhuǎn)換系數(shù)，a
pv
表示電池板表面積，單位為m2，i
rd
(t)表示t時(shí)隙的太陽(yáng)輻射度，單位為kw/m2，0.005表示溫度修正系數(shù)，t0(t)表示t時(shí)隙的外部溫度，25℃為標(biāo)準(zhǔn)室溫；
[0071]
太陽(yáng)小時(shí)輻照度分布的雙峰分布可以量化為兩個(gè)單峰分布函數(shù)的線性組合，可以用威布爾概率密度函數(shù)來(lái)證明，證明過(guò)程如下所示：
[0072][0073]
0《ir(t)《∞
[0074]
上式中，ζ表示平衡因子，α1和α2分別表示形狀因子，β1和β2分別表示比例因子。
[0075]
s13、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；
[0076]
具體地，風(fēng)力發(fā)電主要受氣象條件和風(fēng)向的影響。在邊緣計(jì)算系統(tǒng)支持下，決策中心可以從風(fēng)力渦輪機(jī)獲得的能量估計(jì)為：
[0077][0078]
上式中，ρ、a
tb
和v
s3
(t)分別表示空氣密度、渦輪葉片面積和空氣速度，單位為m/s。
[0079]
s14、微熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電系統(tǒng)；
[0080]
具體地，為了滿足能源需求，建筑也將使用其現(xiàn)場(chǎng)安裝的控制微熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能源，使用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)電將平均減少32％的燃料消耗，及50％的碳排放，甲烷ch4沼氣可用于供熱、發(fā)電或運(yùn)輸燃料，如果想進(jìn)一步減少碳排放，可采用例如生物天然氣、可再生氫氣(rh)和可再生天然氣(rng)等可再生燃料，熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的效率表達(dá)式如下所示：
[0081][0082]
上式中，表示總系統(tǒng)效率，ωe表示有效的電力輸出，q
th
表示總熱輸出，qf表示燃料能量輸入；
[0083]
熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的效率范圍為60％到80％，沼氣的主要成分是ch4，ch4的含量在30％到65％之間變化，甲烷是沼氣的主要物質(zhì)，可作為熱能和發(fā)電的燃料，構(gòu)建方程，此方程與沼氣轉(zhuǎn)化為電能和熱能的有用能源有關(guān)，具體如下所示：
[0084][0085]
上式中，l、γe和q
br
分別表示沼氣低熱量收益、可用性、效率和沼氣回收率，e
bio
(t)表示t時(shí)間內(nèi)以kwh為單位的發(fā)電量；
[0086]
綜上，微型熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機(jī)總功率如下所示：
[0087][0088]
上式中，p
chp
表示微型熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電機(jī)總功率。
[0089]
s15、電池存儲(chǔ)系統(tǒng)；
[0090]
具體地，剩余的可再生能源儲(chǔ)存在bss中，作為高峰時(shí)段的備用能源。考慮自放電速率、放電能量和充電能量，t時(shí)隙電池中存儲(chǔ)的能量如下所示：
[0091][0092]
上式中，bss表示在t時(shí)隙ah存儲(chǔ)的能量，kd表示以小時(shí)為單位的持續(xù)時(shí)間，δ
bss
表示電池效率，pe
ch
和pe
dch
分別表示ress在t時(shí)隙向電池存儲(chǔ)系統(tǒng)提供的電量kw和利用電池服務(wù)負(fù)載的電量kw；
[0093]
綜上，電池放電充電約束條件如下所示：
[0094][0095][0096][0097]
上式中，表示電池充電上限，表示電池放電下限，表示電池儲(chǔ)能上限；
[0098]
為保持bss良好的工作狀態(tài)，防止過(guò)充或泄露，電能的充放電速率以及電池儲(chǔ)能中充電的能量不應(yīng)超過(guò)廠商批準(zhǔn)的限值。
[0099]
s2、構(gòu)建電器的能源成本模型；
[0100]
s21、用電器負(fù)荷消耗模型；
[0101]
具體地，考慮到智能家居包括l
sch
和l
nsch
兩種主要家電集合，其中l(wèi)
sc
為可調(diào)度家電集合，即可以調(diào)整為在非高峰時(shí)段提供服務(wù)，l
sc
(t)＝{p1,p2,p3，
…
，pm}，l
nsc
表示固定的、不可調(diào)度的家用電器集合，即根據(jù)消費(fèi)者的時(shí)間和偏好立即服務(wù)，l
nsch
(t)＝{q1,q2,q3，
…
，qn}的周期t＝{1,2,3，
…
,24}，可調(diào)度的智能家電又進(jìn)一步分為可延遲家電和不可延遲家電，下面式子分別表示可調(diào)度負(fù)荷和不可調(diào)度負(fù)荷的24小時(shí)能耗，所述可調(diào)度用電器和不可調(diào)度用電器的負(fù)荷能耗模型的表達(dá)式如下所示：
[0102][0103][0104]
上式中，l
sch
表示可調(diào)度用電器的集合，l
nsch
表示不可調(diào)度用電器的集合，t表示用電器的用電時(shí)間周期，m、n表示總的用電器數(shù)量。
[0105]
s22、電力價(jià)格模型；
[0106]
具體地，采用統(tǒng)一價(jià)格(fp)和一日價(jià)格(dap)，在fp中，電力價(jià)格以小時(shí)為基礎(chǔ)變化，并在一小時(shí)內(nèi)保持穩(wěn)定，而dap是通過(guò)軟件提供給消費(fèi)者的預(yù)告價(jià)格，通過(guò)計(jì)算智能可
調(diào)度家電l
sc
和非可調(diào)度家電l
nsch
在24小時(shí)內(nèi)的能源成本可以得到：
[0107][0108]
上式中，表示m個(gè)可調(diào)度和不可調(diào)度智能家電的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)，ep(t)表示特定時(shí)間段t的電價(jià)，表示各時(shí)段t的電費(fèi)賬單，表示a＝{sch,nsch}；
[0109]
其中，
[0110]
a＝{sch,nsch}
[0111][0112]
各時(shí)段t的電費(fèi)賬單計(jì)算公式如下所示：
[0113][0114]
上式中，τ表示ress不可用或不足導(dǎo)致負(fù)載從bss提取能量的時(shí)間段。
[0115]
s23、基于調(diào)度函數(shù)，根據(jù)發(fā)電量和用電器的能源成本模型確定用電器的能耗約束條件，得到用電調(diào)度模式；
[0116]
具體地，所述調(diào)度函數(shù)的表達(dá)式如下所示：
[0117][0118]
上式中，bss(t)表示電池存儲(chǔ)系統(tǒng)在t時(shí)間內(nèi)的電能存儲(chǔ)量；
[0119]
進(jìn)一步，所述用電器的能耗約束條件的表達(dá)式如下所示：
[0120][0121][0122][0123]
0≤bss
min
≤bss
max
[0124]
上式中，l表示用電器工作時(shí)間持續(xù)時(shí)間，an表示具體地用電器，α表示用電器在時(shí)間t內(nèi)的啟動(dòng)時(shí)間，η表示用電器在時(shí)間t內(nèi)的持續(xù)操作時(shí)間，β表示用電器停止使用的時(shí)間，表示可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的總發(fā)電量，p
wd
(t)表示風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在時(shí)間t內(nèi)的發(fā)電量；p
chp
(t)表示微熱電聯(lián)產(chǎn)在時(shí)間t內(nèi)的發(fā)電量，p
pv
(t)表示太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)在時(shí)間t內(nèi)的發(fā)電量，bss
min
表示電池存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量的下限，bss
max
表示電池存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量的上限；
[0125]
其中，所述用電調(diào)度模式包括二氧化碳的排放量以及峰均比(par)，所示二氧化碳排放量的估算估算如下所示：
[0126][0127]
上式中，avg(e
price
(t))表示每月的平均電力成本，符號(hào)ψ表示每千瓦時(shí)電價(jià)，γe表示電力排放系數(shù)，m表示一年中的月份；
[0128]
所述峰均比的計(jì)算公式如下所示：
[0129][0130]
其中，par被定義為某一時(shí)隙t中使用的峰值負(fù)載與計(jì)劃小時(shí)內(nèi)使用的總負(fù)載平均值的比率；
[0131]
s3、用戶舒適度系統(tǒng)；
[0132]
s31、延遲舒適度；
[0133]
具體地，各家電產(chǎn)品的服務(wù)和預(yù)定時(shí)間與延遲舒適度有關(guān)，所示延遲舒適度的表達(dá)式如下所示：
[0134][0135]
上式中，delay
comfort
表示用戶延遲舒適度，app
unsch
(t)表示以非計(jì)劃方式分配的時(shí)點(diǎn)，app
sch
(t)表示計(jì)劃技術(shù)中分配的時(shí)點(diǎn)，表示可用的總調(diào)度時(shí)點(diǎn)，能耗成本和延遲都與用戶舒適度有關(guān)。
[0136]
s32、視覺(jué)舒適度；
[0137]
具體地，燈光的數(shù)量和服務(wù)所需的時(shí)間與視覺(jué)舒適度有關(guān)，可以根據(jù)用戶喜好進(jìn)行調(diào)整，其中，所述用戶的視覺(jué)舒適度的表達(dá)式如下所示：
[0138][0139]
上式中，n
l
表示照明器具數(shù)量，visual
comfort
(t)表示ar照明室內(nèi)空間的室內(nèi)亮度，符號(hào)le(t)表示每一項(xiàng)照明設(shè)備所消耗的能量，每一項(xiàng)照明設(shè)備具有相應(yīng)的源通量值fs、使用維護(hù)因子和m，可用于修改房間的發(fā)光水平。
[0140]
s33、室內(nèi)熱舒適度；
[0141]
具體地，定制的高壓交流系統(tǒng)的溫度根據(jù)用戶的喜好控制在特定的范圍內(nèi)，室內(nèi)溫度從20度～25度變化時(shí)，個(gè)人在智能房屋中感到舒適，所述室內(nèi)熱舒適度的計(jì)算公式如下所示：
[0142][0143]
上式中，tc取決于室內(nèi)外溫度t
in
、t
out
、高壓交流調(diào)諧消耗hq
t
、房間等效熱rq
eq
、空氣比熱容c
p
和室內(nèi)空氣質(zhì)量ma。
[0144]
s34、空氣質(zhì)量舒適度；
[0145]
具體地，環(huán)境中的碳排放被用來(lái)量化空氣質(zhì)量舒適度(aqc)，智能住宅的室內(nèi)碳濃
度可以通過(guò)自適應(yīng)通風(fēng)系統(tǒng)來(lái)控制，因此，根據(jù)用戶的喜好，可以通過(guò)對(duì)有新風(fēng)的室內(nèi)區(qū)域進(jìn)行通風(fēng)來(lái)保持室內(nèi)潔凈空氣質(zhì)量，室內(nèi)碳濃度參數(shù)可以用數(shù)學(xué)表達(dá)式如下所示：
[0146][0147]
上式中，ζ
t+1
表示co2濃度，可通過(guò)改變?cè)搮^(qū)域內(nèi)新鮮空氣的成分來(lái)調(diào)整其碳濃度累積值，ζ
t
相取決于室外的co2濃度，ζ
out
和ζ
in
表示室內(nèi)的ce，v表示封閉區(qū)域內(nèi)的容積；
[0148]
當(dāng)要求采用冷卻方式時(shí)，可調(diào)節(jié)新風(fēng)和熱舒適度，室內(nèi)新鮮空氣的理想范圍是用740ppm～780ppm的co2濃度來(lái)衡量的。
[0149]
s4、基于混合優(yōu)化算法對(duì)用電調(diào)度模式進(jìn)行優(yōu)化；
[0150]
具體地，本方案提出的算法結(jié)合了遺傳算法(ga)、二元粒子算法(bpso)及風(fēng)驅(qū)動(dòng)算法(wdo)，該方法結(jié)合了遺傳算法的交叉和變異、bpso的探索性搜索和wdo的魯棒性及微調(diào)自由度的特征，采用該方法為用戶尋最佳電力調(diào)度方案，從而降低電費(fèi)成本、co2排放量和par，同時(shí)提高用戶在熱舒適度、視覺(jué)舒適度和空氣質(zhì)量舒適度方面的舒適度，本算法中，對(duì)于ga的進(jìn)行隨機(jī)初始化，pso和wdo利用搜索算子包含了隨機(jī)效應(yīng)。除遺傳算法外，利用粒子算法和wdo優(yōu)化搜索覆蓋分布和組織，以抵消隨機(jī)初始化的偏差。選擇遺傳算法、粒子算法和風(fēng)力優(yōu)化算法，是因?yàn)樗鼈兡苡行Ы档湍茉闯杀荆行Ы档蚿ar，并分別在室內(nèi)熱、空氣清新質(zhì)量和視覺(jué)舒適度方面提供最佳的用戶舒適度；
[0151]
混合優(yōu)化算法分為三個(gè)步驟，第一步進(jìn)行算法的初始化及接收輸入量，如用戶設(shè)備的舒適度偏好、價(jià)格信號(hào)、溫度和ress輸出發(fā)電值，參數(shù)設(shè)置包括輸入，即最大迭代次數(shù)、種規(guī)模和體規(guī)模、速度限制、上下限和維度等，供ga、bpso和wdo算法使用，然后將bpso返回的全局最優(yōu)值加入到ga的交叉和突變中，使得到的種具有更廣泛的多樣性，從而更不容易陷入局部最優(yōu)；第二步則遵循wdo算法的步驟，wdo算法在速度更新方程中采用了ga算法的交叉和突變操作，目的是使固定系數(shù)隨機(jī)化，從而產(chǎn)生種的隨機(jī)性；第三步，將交叉和變異ga特征應(yīng)用于bpso和wdo求得的全局最佳當(dāng)前位置，以確定最終的最優(yōu)調(diào)度模式，根據(jù)家庭電器的最佳時(shí)間模式和時(shí)間計(jì)算主要目標(biāo)，即能源賬單成本、par、延遲時(shí)間和舒適度。
[0152]
參照?qǐng)D2，基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，包括：
[0153]
可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，用于產(chǎn)生用電器所需的負(fù)荷電量；
[0154]
用電器負(fù)荷消耗系統(tǒng)，用于通過(guò)消耗一定的負(fù)荷電量滿足用戶的舒適度條件；
[0155]
電池存儲(chǔ)系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)多余的發(fā)電量或釋放用電器所需用電量；
[0156]
用戶舒適度系統(tǒng)，用于根據(jù)用戶自身情況對(duì)用電調(diào)度模式進(jìn)行調(diào)整。
[0157]
上述方法實(shí)施例中的內(nèi)容均適用于本系統(tǒng)實(shí)施例中，本系統(tǒng)實(shí)施例所具體實(shí)現(xiàn)的功能與上述方法實(shí)施例相同，并且達(dá)到的有益效果與上述方法實(shí)施例所達(dá)到的有益效果也相同。
[0158]
以上是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說(shuō)明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本技術(shù)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
技術(shù)特征：
1.基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度方法，其特征在于，包括以下步驟：基于實(shí)時(shí)響應(yīng)原理，構(gòu)建用電器的能源成本模型；根據(jù)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)對(duì)用電器的能源成本模型進(jìn)行調(diào)度，得到用電調(diào)度模式；基于用戶舒適度對(duì)用電調(diào)度模式進(jìn)行調(diào)整，輸出調(diào)整后的用電調(diào)度模式；基于混合優(yōu)化算法對(duì)調(diào)整后的用電調(diào)度模式進(jìn)行優(yōu)化處理，得到最優(yōu)用電調(diào)度模式。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度方法，其特征在于，所述基于實(shí)時(shí)響應(yīng)原理，構(gòu)建用電器的能源成本模型這一步驟，其具體包括：根據(jù)用電器的使用必然性對(duì)用電器進(jìn)行分類處理，得到可調(diào)度用電器和不可調(diào)度用電器；根據(jù)用電器的負(fù)荷消耗，分別構(gòu)建可調(diào)度用電器和不可調(diào)度用電器的負(fù)荷能耗模型；根據(jù)電力價(jià)格和用電器的負(fù)荷能耗模型，構(gòu)建用電器的能源成本模型。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度方法，其特征在于，所述可調(diào)度用電器和不可調(diào)度用電器的負(fù)荷能耗模型的表達(dá)式如下所示：所示：上式中，l
sch
表示可調(diào)度用電器的集合，l
nsch
表示不可調(diào)度用電器的集合，t表示用電器的用電時(shí)間周期，m、n表示總的用電器數(shù)量。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度方法，其特征在于，所述用電器的能源成本模型的表達(dá)式如下所示：上式中，表示m個(gè)可調(diào)度和不可調(diào)度智能家電的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)，ep(t)表示特定時(shí)間段t的電價(jià)，表示各時(shí)段t的電費(fèi)賬單。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度方法，其特征在于，所述根據(jù)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)對(duì)用電器的能源成本模型進(jìn)行調(diào)度，得到用電調(diào)度模式這一步驟，其具體包括：構(gòu)建可再生能源發(fā)電系統(tǒng)并計(jì)算其單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)電量；對(duì)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的單位時(shí)間發(fā)電量與用電器的單位時(shí)間用電量進(jìn)行判斷；判斷到可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的單位時(shí)間發(fā)電量大于用電器的單位時(shí)間用電量，將剩余單位時(shí)間發(fā)電量存儲(chǔ)至電池存儲(chǔ)系統(tǒng)；判斷到可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的單位時(shí)間發(fā)電量小于用電器的單位時(shí)間用電量，從電池存儲(chǔ)系統(tǒng)獲取相應(yīng)的發(fā)電量；基于調(diào)度函數(shù)，根據(jù)發(fā)電量和用電器的能源成本模型確定用電器的能耗約束條件，得到用電調(diào)度模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度方法，其特征在于，所述調(diào)度函數(shù)的表達(dá)式如下所示：上式中，bss(t)表示電池存儲(chǔ)系統(tǒng)在t時(shí)間內(nèi)的電能存儲(chǔ)量。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度方法，其特征在于，所述可再生能源發(fā)電系統(tǒng)包括外部電網(wǎng)、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和微熱電聯(lián)產(chǎn)，所述用電器的能耗約束條件的表達(dá)式如下所示：所示：所示：0≤bss
min
≤bss
max
上式中，l表示用電器工作時(shí)間持續(xù)時(shí)間，a
n
表示具體地用電器，α表示用電器在時(shí)間t內(nèi)的啟動(dòng)時(shí)間，η表示用電器在時(shí)間t內(nèi)的持續(xù)操作時(shí)間，β表示用電器停止使用的時(shí)間，表示可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的總發(fā)電量，p
wd
(t)表示風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在時(shí)間t內(nèi)的發(fā)電量；p
chp
(t)表示微熱電聯(lián)產(chǎn)在時(shí)間t內(nèi)的發(fā)電量，p
pv
(t)表示太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)在時(shí)間t內(nèi)的發(fā)電量，bss
min
表示電池存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量的下限，bss
max
表示電池存儲(chǔ)系統(tǒng)的容量的上限。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度方法，其特征在于，所述用戶舒適度包括延遲舒適度、視覺(jué)舒適度、室內(nèi)熱舒適度和空氣質(zhì)量舒適度，其中：所述延遲舒適度由用電器的預(yù)定使用時(shí)間確定；所述視覺(jué)舒適度由照明用電器的使用功率確定；所述室內(nèi)熱舒適度由用電器的高壓交流調(diào)諧消耗、室內(nèi)等效熱和空氣比熱容確定；所述空氣質(zhì)量舒適度由室內(nèi)空氣的二氧化碳濃度確定。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度方法，其特征在于，所述基于混合優(yōu)化算法對(duì)調(diào)整后的用電調(diào)度模式進(jìn)行優(yōu)化處理，得到最優(yōu)用電調(diào)度模式這一步驟，其具體包括：設(shè)置種的參數(shù)，所述參數(shù)包括用戶的舒適度、電力價(jià)格和可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量；通過(guò)二元粒子算法對(duì)種的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到種參數(shù)的全局最優(yōu)值；將種參數(shù)的全局最優(yōu)值對(duì)應(yīng)的種個(gè)體輸入至遺傳算法進(jìn)行交叉與突變，得到處理后的種個(gè)體；通過(guò)驅(qū)動(dòng)算法對(duì)處理后的種個(gè)體更新至種，確定最優(yōu)用電調(diào)度模式。10.基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于，包括以下模塊：可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，用于產(chǎn)生用電器所需的負(fù)荷電量；
用電器負(fù)荷消耗系統(tǒng)，用于通過(guò)消耗一定的負(fù)荷電量滿足用戶的舒適度條件；電池存儲(chǔ)系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)多余的發(fā)電量或釋放用電器所需用電量；用戶舒適度系統(tǒng)，用于根據(jù)用戶自身情況對(duì)用電調(diào)度模式進(jìn)行調(diào)整。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度方法及系統(tǒng)，該方法包括：基于實(shí)時(shí)響應(yīng)原理，構(gòu)建用電器的能源成本模型；根據(jù)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)對(duì)用電器的能源成本模型進(jìn)行調(diào)度，得到用電調(diào)度模式；基于用戶舒適度對(duì)用電調(diào)度模式進(jìn)行調(diào)整，輸出調(diào)整后的用電調(diào)度模式；基于混合優(yōu)化算法對(duì)調(diào)整后的用電調(diào)度模式進(jìn)行優(yōu)化處理，得到最優(yōu)用電調(diào)度模式。通過(guò)使用本發(fā)明，能夠在降低電費(fèi)成本、CO2排放量和PAR的同時(shí)提高用戶在熱、視覺(jué)和空氣質(zhì)量方面的舒適度。本發(fā)明作為基于可再生能源管理控制器的智能電網(wǎng)調(diào)度方法及系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。于智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。于智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。
