一种家庭负荷能量管理网关建模方法与流程

技术特征：

1.一种家庭负荷能量管理网关建模方法，其特征在于，所述方法建模的约束条件包括每个时间间隔负荷需求的使用约束和每类家庭负荷的运行约束，求解各负荷在不同时刻的优化运行状态及功率的单目标函数表示如下：

$J_1=\underset{t\∈T}{\mathrm{\Σ}}\[\underset{i\∉\{li,esd,pv\}}{\underset{i\∈A}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{ed}\left(t\right)P_i{S}_i\left(t\right)+\underset{z\∈li}{\mathrm{\Σ}}{c}_{ed}\left(t\right)P_{{\mathrm{li}}_z}{L}_z\left(t\right)-\underset{i\∈\{esd,pv\}}{\mathrm{\Σ}}{c}_{es}\left(t\right)P_i{S}_i\left(t\right)+\underset{i\∈\{cs,wh\}}{\mathrm{\Σ}}{c}_{gd}\left(t\right)Q_i{S}_i\left(t\right)\];$

$J_2=\underset{t\∈T}{\mathrm{\Σ}}\[\underset{i\∉\{li,esd,pv\}}{\underset{i\∈A}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i{S}_i\left(t\right)+\underset{z\∈li}{\mathrm{\Σ}}{P}_{{\mathrm{li}}_z}{L}_z\left(t\right)-\underset{i\∈\{esd,pv\}}{\mathrm{\Σ}}{P}_i{S}_i\left(t\right)+\underset{i\∈\{cs,wh\}}{\mathrm{\Σ}}{Q}_i{S}_i\left(t\right)\];$

$J_3=\underset{t\∈T}{\mathrm{\Σ}}\[\underset{i\∉\{li,ese,pv\}}{\underset{i\∈A}{\mathrm{\Σ}}}{c}_{em}\left(t\right)P_i{S}_i\left(t\right)+\underset{z\∈li}{\mathrm{\Σ}}{c}_{em}\left(t\right)P_{{\mathrm{li}}_z}{L}_z\left(t\right)-\underset{i\∈\{esd,pv\}}{\mathrm{\Σ}}{c}_{em}\left(t\right)P_i{S}_i\left(t\right)+\underset{i\∈\{wh,cs\}}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{sccR}}_g{Q}_i{S}_i\left(t\right)\];$

J₄＝Dmd·c_dc；

其中，J₁表示用户总用能成本目标函数，J₂表示用户总用能量目标函数，J₃表示碳排放量目标函数，J₄表示峰值负荷目标函数；t为时刻标识，T为时刻集合T＝{1,…,96}，i表示负荷类型，A表示家庭负荷集合，li表示照明负荷，esd表示储能设备，pv表示光伏系统，c_ed(t)表示在t时刻的电能价格，P_i表示第i类负荷的额定功率，S_i(t)表示t时刻第i类负荷的开关状态，取值为0或1，z为区域标识，表示区域z内照明系统功率，L_z(t)表示在区域z内t时刻的照明水平，c_es(t)为t时刻向电网送电电价，wh表示热水器负荷，cs表示炉灶负荷，c_gd(t)表示在t时刻的天然气价格，Q_i表示第i类负荷的热转换效率，c_em(t)表示t时刻的碳排放边际成本，scc表示碳排放的社会成本；R_g表示燃气电厂的单位折算碳排放量，c_dc表示峰值负荷费率，Dmd表示峰值负荷；

对所述单目标函数进行单目标函数加权得到多目标函数，表示如下：

J＝ω₁J₁+ω₂J₂+ω₃J₃+ω₄J₄

其中，J表示总目标函数，ω₁，ω₂，ω₃和ω₄分别各单目标函数的加权因子。

2.根据权利要求1所述一种家庭负荷能量管理网关建模方法，其特征在于，所述每类家庭负荷的运行约束如下：

(1)冰箱负荷的约束条件：

$S_i\left(t\right)=\left\{\begin{array}{ccc}0or1& if& t\∈T_i\\ 0& if& t\∉T_i\end{array}\right.$

$S_i(t=1)=\left\{\begin{array}{ccc}1& if& {\mathrm{\θ}}_{fr}(t=0)\>{\mathrm{\θ}}_{fr}^{\max }\\ 0& if& {\mathrm{\θ}}_{fr}(t=0)\<{\mathrm{\θ}}_{fr}^{\min }\end{array}\right.$

${\mathrm{\θ}}_{fr}^{\min }\≤{\mathrm{\θ}}_{fr}\left(t\right)\≤{\mathrm{\θ}}_{fr}^{\max }$

其中，fr表示冰箱负荷，θ_fr(t)表示时刻t冰箱负荷设定温度，表示最大设定温度值，表示最小设定温度值；

(2)空调负荷的约束条件：

$S_i\left(t\right)=\left\{\begin{array}{ccc}0or1& if& t\∈T_i,i=ac\\ 0& if& t\∉T_i,i=ac\end{array}\right.$

$S_i(t=1)=\left\{\begin{array}{ccc}1& if& {\mathrm{\θ}}_{in}(t=0)\>{\mathrm{\θ}}_{in}^{\max },i=ac\\ 0& if& {\mathrm{\θ}}_{in}(t=0)\<{\mathrm{\θ}}_{in}^{\min },i=ac\end{array}\right.$

${\mathrm{\θ}}_{in}^{\min }\≤{\mathrm{\θ}}_{in}\left(t\right)\≤{\mathrm{\θ}}_{in}^{\max }$

U_i(t)-D_i(t)＝S_i(t)-S_i(t-1)

U_i(t)+D_i(t)≤1

$\underset{k=t}{\overset{t+{\mathrm{mu}}_i}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i\left(k\right)\≥{\mathrm{mu}}_i-M(1-U_i(t\left)\right)$

$\underset{k=t}{\overset{t+{\mathrm{md}}_i-1}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i\left(k\right)\≤M(1-D_i(t\left)\right)$

其中，ac表示空调负荷，θ_in(t)表示时刻t的室内温度，表示设定最高温度值，表示设定最低温度值，U_i(t)表示在时刻t是否开启第i类负荷，若开启则取值1，否则为0，D_i(t)表示在时刻t是否关停第i类负荷，若关停则取值1，否则为0，mu_i表示第i类负荷最小升档时间，md_i表示第i类负荷最小降档时间，M表示最大正值

(3)热水器负荷的约束条件：

$S_i\left(t\right)=\left\{\begin{array}{ccc}0or1& if& t\∈T_i,i=wh\\ 0& if& t\∉T_i,i=wh\end{array}\right.$

$S_i(t=1)=\left\{\begin{array}{ccc}1& if& {\mathrm{\θ}}_{wh}(t=0)\<{\mathrm{\θ}}_{wh}^{\min }\\ 0& if& {\mathrm{\θ}}_{wh}(t=0)\>{\mathrm{\θ}}_{wh}^{\max }\end{array}\right.$

${\mathrm{\θ}}_{wh}^{\min }\≤{\mathrm{\θ}}_{wh}\left(t\right)\≤{\mathrm{\θ}}_{wh}^{\max }$

其中，wh表示热水器负荷，θ_wh表示时刻t水温值，表示最大水温设定值，表示最小水温设定值；

(4)洗衣机负荷的约束条件：

$S_i\left(t\right)=\left\{\begin{array}{ccc}0or1& if& t\∈T_i,i=wr\\ 0& if& t\∉T_i,i=wr\end{array}\right.$

U_i(t)-D_i(t)＝S_i(t)-S_i(t-1),i＝wr

U_i(t)+D_i(t)≤1,i＝wr

$\underset{t\∈T_i}{\mathrm{\Σ}}{S}_i\left(k\right)={\mathrm{rot}}_i$

$\underset{k=t}{\overset{t+{\mathrm{mso}}_i}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i\left(k\right)\≤{\mathrm{mso}}_i+M(1-U_i(t\left)\right)$

$\underset{k=t-mu+1}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}{U}_i\≤S_i\left(k\right)$

$\underset{k=t-md+1}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}{D}_i\left(t\right)\≤1-S_i\left(k\right)$

其中，wr表示洗衣机负荷，rot_i表示负荷需要的运行时间。

3.根据权利要求1所述一种家庭负荷能量管理网关建模方法，其特征在于，所述每个时间间隔负荷需求的储能系统和光伏系统使用约束如下：

(1)储能系统的约束条件

ESL_esd＝(1-η_esd)ESL_esd(t-1)+τ[chd_esd(t)-S_i(t)dch_esd]

${\mathrm{SL}}_{esd}^{\min }\≤{\mathrm{ESL}}_{esd}\left(t\right)\≤{\mathrm{ESL}}_{esd}^{\max }$

U_i(t)≥S_i(t)-S_i(t-1)

$\underset{k=t-mu+1}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}{U}_i\≤S_i\left(t\right)$

$\underset{k=t-md+1}{\overset{t}{\mathrm{\Σ}}}{D}_i\left(t\right)\≤1-S_i(t-{\mathrm{md}}_i)$

其中，esd表示储能系统，η_esd表示储能系统的自放电率，ESL_esd(t)表示储能系统在时刻t的容量，chd_i(t)表示第i类负荷时间间隔t内储能充电容量，dch_esd表示第i类负荷时间间隔t内储能放电容量，τ表示时间间隔周期；

(2)光伏系统的约束条件：

$S_i\left(t\right)=\left\{\begin{array}{ccc}0or1& if& t\∈T_i,i=pv\\ 0& if& t\∉T_i,i=pv\end{array}\right.$

${\mathrm{chd}}_{pv}\left(t\right)=\left\{\begin{array}{ccc}{P}_{chd}& if& P_{pv}\left(t\right)\≥P_{chd}\\ P_{pv}& if& P_{pv}\≤P_{chd}\end{array}\right.$

其中，pv表示光伏系统，chd_pv(t)表示在t时间内的充电量，P_chd表示额定充电量。

4.根据权利要求1所述一种家庭负荷能量管理网关建模方法，其特征在于，所述求解各负荷在不同时刻的优化运行状态及功率如下：

min J

s.t.C_i i∈A

其中，J表示多目标函数，C_i表示每个时间间隔负荷需求的使用约束和每类家庭负荷的运行约束，i表示负荷索引，A表示负荷集合。