家庭能量管理系统中能量优化调度模型与算法的研究

摘要

随着全球变暖和化石燃料气体排放的日益严重，人们越来越需要减少二氧化碳排放和节约能源消耗。在地球化石能源有限的情况下，如何有效地管理能源是当前的重要课题之一。与此同时，伴随着家庭用电需求的不断增大，家庭能量管理系统(home energy management system，HEMS)等相关节能减排技术越来越引起大家的重视。
　　本文针对HEMS中能量的优化调度问题展开研究，通过优化调度在保证用户满意度的基础上实现节约电费、减少二氧化碳排放的目标。
　　本文在现有的家庭能量管理系统的基础上增加储能模块组成新的HEMS，并在此基础上提出了一种基于0-1线性整数规划方法的家电最优调度模型。通过此调度模型，用户可以根据各自需求分别实现用电费用最省、用电费用最省同时兼顾满意度或者二氧化碳排放最少的目标。该调度模型无论是在目标函数还是在约束条件上都采用线性化表示的方法，在使用极短的运算时间的同时能够保证调度结果是最优结果。最后通过仿真实验验证了该调度模型的有效性，以及验证了该调度模型能够很好的应对电力公司的削峰填谷要求，具有重要的实际应用价值。实验结果表明，提出的调度模型能够比以往相关研究取得更好地节约费用、保证用户满意度与减少二氧化碳排放的效果。
　　在基于0-1线性整数规划方法的家电最优调度模型的基础上考虑到光伏发电预测有误差的情况，本文又提出了一种光伏发电预测误差下的家电优化调度算法。该算法采用0-1线性整数规划方法中的用电费用最省调度模型作为基础调度模型，同时结合滚动优化的方法完成对家电与储能设备的工作任务调度。最后通过仿真实验验证了提出算法的有效性，并以用电费用最省为例验证了该算法能够很好的解决光伏发电预测误差的问题，同时能够达到节约费用的目的。
　　本文的调度模型与算法，充分考虑了家电的各种类型，而且将正在推广普及的太阳能发电系统和分布式储能设备与允许网上出售剩余电力统一考虑，并且考虑分时电价以及电力公司的需求响应限制等因素，具有重要的实际意义。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 家庭能量管理系统

1．2．1 家庭能量管理系统概述

1．2．2 家庭能量管理系统发展现状

1．3 研究目的及意义

1．4 国内外研究现状

1．4．1 国外研究现状

1．4．2 国内研究现状

1．5 主要研究内容

1．6 论文结构

第2章 HEMS相关技术及其调度理论基础

2．1 HEMS相关技术

2．1．1 智能家电

2．1．2 智能家居

2．1．3 智能电网

2．1．4 需求晌应

2．2 HEMS调度理论基础

2．2．1 智能优化算法

2．2．2 数学规划方法

第3章 基于0-1线性整数规划方法的家电最优调度模型

3．1 系统模型

3．1．1 系统模型结构

3．1．2 调度基础

3．1．3 调度对象与调度目标

3．2 用电费用最省模型

3．2．1 目标函数的线性化

3．2．2 约束条件的线性化

3．2．3 用电费用最省0-1调度数学模型

3．3 用电费用最省同时兼顾满意度调度模型

3．3．1 满意度评价模型

3．3．2 兼顾满意度0-1调度数学模型

3．4 二氧化碳排放最小化调度模型

3．4．1 二氧化碳排放最小化0-1调度数学模型

3．5 调度模型使用流程

3．6 仿真实验与分析

3．6．1 实验环境与调度基本数据信息

3．6．2 用电费用最省调度

3．6．3 兼顾用户满意度调度

3．6．4 二氧化碳排放最小化调度

3．6．5 结果分析

3．7 小结

第4章 光伏发电预测误差下的家电优化调度算法

4．1 系统模型

4．1．1 光伏发电预测简介

4．1．2 系统模型结构

4．1．3 调度基础

4．1．4 调度对象与调度目标

4．2 基本调度模型

4．3 调度算法

4．4 调度模型使用流程

4．5 仿真实验与分析

4．5．1 实验环境与调度基本数据信息

4．5．2 调度结果及其分析

4．6 小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及所参加项目

致谢