一种基于需求响应的居民家庭微电网协调互动方法及系统与流程

本发明属于智能用电，更具体地，涉及一种基于需求响应的居民家庭微电网协调互动方法及系统。

背景技术：

1、在能源互联网背景下，随着市场开放力度扩大和未来配用电结构和功能形态的持续演变，能源互联网业务体系将全面渗透设备、人、信息等要素，用户需求从单纯的“用能消费”向“能源+服务”的模式转变，客户对服务的诉求逐步向数字化、智能化、多元化发展，获得感和满意度成为电力服务重要指标。

2、家庭智能用电是未来用能高质量供给和提高客户服务黏性的重要手段，随着再电气化进程的推进和终端电能消费持续提升，居民侧智慧用电与主业耦合性进一步提高，家庭智慧用电发展的数字化、平台化、市场化趋势明显，业务价值逐步显现。另一方面，通过构建家庭智能用电新业态和服务新体系，可以聚合家庭可调节负荷资源，深度参与电网互动业务，为电网运行更安全、管理更精益、投资更精准、服务更优质开辟了一条新路径。

3、家庭微电网是指将分布式电源、储能、可控负荷(空调、热水器、电动汽车等)及其控制装置相互融合而形成的一个相对独立、微小型系统，可作为典型的信息物理系统(cyberhysical system,cps)，是集信息采集、管理决策、控制与通信为一体的综合系统，家庭微电网系统可通过智能互动装置实现电能与信息的交互，实现新能源发电、储能设备充放电以及余电上网，降低家庭微网的运行成本，可最大限度地发挥分布式能源在经济、能源和环境中的优势，实现居民用户与电网系统的友好互动，实现居民用户利益与节能的双赢。

4、考虑动态电价机制下，不同偏好用户的用电行为习惯各有不同，对需求响应的积极度也不同，基于需求响应对居民家庭负荷的优化控制不仅决策变量过多，而且调节模型复杂，随着分布式光伏发电系统和储能系统的接入，居民用户的用电需要家庭微电网的优化调节，如何在需求响应期间实现分时电价、分布式光伏发电系统、储能系统以及居民用电负荷之间的协调互动仍需要深入研究，目前也未提出一种可实践的居民家庭微电网系统协调互动方法。

5、综上所述，亟需开展基于需求响应居民家庭微电网系统协调互动方法，以家庭可调节负荷、电动汽车和家用蓄电池为负荷调节对象，提出基于需求响应的家庭微电网系统负荷控制策略，实现家庭微电网系统与电网系统的友好互动，提高居民用能的经济性和台区运行的稳定性，为今后家庭微电网参与系统调频等辅助服务提供技术支撑，有利于推动能源互联网战略在用户侧落地应用。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的不足，本发明提供了一种基于需求响应的居民家庭微电网协调互动方法及系统，通过家庭微电网负荷控制网关监测家庭用户的实时用电数据，分析用户的用电行为，根据用户对需求响应的灵敏度对其分类，根据用户敏感度和家庭微电网储能类型的不同对用户定制日前负荷协调互动策略，然后依据家庭可调负荷的用电特性和用户用电习惯建立需求响应负荷控制最优计划，并向所属负荷聚合商平台实时报告。当电网公司下发的需求响应计划后，负荷聚合商综合考虑所辖用户报告的负荷控制最优计划，分解电网公司下发的需求响应计划，向所辖用户发布需求响应任务；用户通过家庭微电网负荷控制网关执行需求响应任务，实现家庭微电网系统与电网系统的友好互动，为今后家庭微电网参与系统调频等辅助服务提供技术支撑。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、一种基于需求响应的居民家庭微电网协调互动方法，具体包括：

4、监测家庭微电网系统内的实时用电数据，分析用户用电行为，判定用户对需求响应的敏感度；

5、若确定出家庭微电网系统内存在预先设定的负荷，分析历史分布式光伏出力数据和/或用户充电习惯，并定制日前负荷协调互动策略；

6、以定制的负荷协调互动策略为基础，根据需求响应的敏感度生成家庭微电网需求响应负荷控制计划；

7、采集系统内分布式能源和家庭负荷设备的负荷信息，每隔一预设时间段将采集的信息与所述需求响应负荷控制计划报告给所注册的负荷聚合商平台；

8、根据负荷限制要求，调用需求响应负荷控制计划，设置家庭中可调负荷的控制优先级和时间戳，并通过路由器和智能插座实现设备调节控制，完成需求响应任务。

9、优选地，判定用户对需求响应的敏感度，通过用户满意度分布来判定用户对需求响应的敏感度；构建用户满意度函数，用户满意度函数由用户对于用电舒适度的满意度scom,i及对所支付用电费用的满意度scost,j两部分组成，该用户满意度函数定义为：

10、

11、

12、其中，psell,j为第j时段的电价，δloadij为第i类用户在第j时段满意度内可接受的最大负荷变化量，qinit,j为用户在固定电价下初始无优化时第j时段用电量，qinit,ij为第i类用户在初始无优化时第j时段用电量，quse,ij是第i类用户在j时段的用电量，pinit,j为初始无优化的第j时段固定电价；t为时段总数；

13、scom,i量化用户对每时段用电舒适度的满意度，用电变化量δloadij越小则满意度越大，表明负荷运行贴合用户的用电习惯；scost,i描述用户对用电费用的满意度，在电价允许变动范围内，用电费用的支出越高则满意度越低。

14、优选地，用户满意度分布为考虑到天气变化对用户用电行为的影响，取半个月为一次计算周期，根据历史用电数据计算6个月内总共12次该用户的满意度结果分布，判定规则定义为：

15、

16、其中，m表示用户对用电舒适满意度的比例，n表示用户对用电费用满意度的比例；high_sen表示对需求响应高敏感用户，此类用户对用电舒适度关注较少而更加注重节约用电费用；middle_sen表示对需求响应适度敏感用户，此类用户不仅注重用电费用也对用电舒适度给予相当程度的重视；low_sen表示对需求响应低敏感用户，此类用户对用电舒适度关注远高于用电费用。

17、优选地，所述日前负荷协调互动策略是根据分时电价动态调整家用蓄电池和电动汽车的充放电行为。

18、优选地，当家庭微电网系统存在分布式光伏、蓄电池、电动汽车负荷，所述分析历史分布式光伏出力数据和/或用户充电习惯是指：

19、计算分布式能源出力与负荷功率偏差δp(t)，定义为

20、δp(t)＝pdg(t)-[pno(t)+∑pi(t)]

21、其中，pdg(t)为时段t分布式能源发电功率，pno(t)为时段t的不可调节负荷的总功率，∑pi(t)为时段t可调节负荷的总功率。

22、优选地，所述日前负荷协调互动策略为：

23、1)当δp(t)＞0时，优先给电动汽车充电，如果功率偏差δp(t)大于电动汽车充电功率，则可给蓄电池充电；

24、2)当δp(t)＜0时，若处于谷时电价时段，则从电网购电对电动汽车和蓄电池进行充电；若处于平时电价时段，电动汽车和蓄电池不动作；若处于峰时电价时段，则由蓄电池优先补充用电不足部分，蓄电池补充不够时由电动汽车放电补充，两者放电后均不满足缺额时则由电网补充缺额。

25、优选地，对于不同敏感度的用户来说，可进行热水器、空调协调运行、负荷转移调节与负荷控制；

26、1)多设备协调运行：在需求响应时段，将热水器的加热时间和空调交替送风模式结合起来，运用空调和热水器错时运行、多台空调错时运行的模式，降低家庭微电网系统的用电负荷；或者通过预约模式错峰使用洗碗机、洗衣机设备；

27、2)负荷转移调节：电热水器在进入需求响应时段前，尽可能预先速热或慢热，限制时段以保温运行或者停止工作；空调尽量在进入需求响应时段前制冷或者制热，限制时段控制空调运行在eco节能模式，并将预计平均热感觉指标值pmv处于1或者-1状态，对于所述高敏感用户可将pmv达到2或者-2状态；

28、3)负荷控制：用户可通过家庭微电网负荷控制网关设置负荷优先级，需求响应期间将按照由低到高的顺序依次关闭负荷，直到满足电网负荷限制要求；对于所述低敏感用户来说，采取多设备协调运行，用户所获得的响应激励也较少。

29、一种基于需求响应的居民家庭微电网协调互动系统，包括需求响应平台、智慧用电云平台、负荷聚合商、家庭微电网负荷控制网关。

30、需求响应平台运行于国网内网环境，根据电网和台区运行需求，分配负荷响应额度，制定需求响应策略，与智慧用能云平台配合，实现家电与台区电网柔性互动；

31、智慧用能云平台运行于国网外网环境，负责对接外部负荷聚合商，汇聚负荷聚合商的居民负荷信息并传输至需求响应平台，接收需求响应平台转发的需求响应、家庭用能调节指令，并将相应指令下发至负荷聚合商；

32、负荷聚合商作为用户与智慧用能云平台间的第三方，统一管理签约用户家中可调节的负荷资源，接收智慧用能云平台下发的负荷调节指令，根据调控策略整合签约家庭用户的可调负荷资源，生成用能调节指令下发给居民家庭智能家电。负荷聚合商作为电网与用户互动的中介，参与主体不受限制，可以是家电厂商、电力公司或者其他愿意参与用能互动的社会资本；

33、家庭微电网负荷控制网关负责对具体家庭用电负荷基于负荷聚合商分解的需求响应任务进行动态调节，同时接收家庭用电运行状态和数据的反馈。

34、本发明的有益效果在于，与现有技术相比：

35、1、通过用户满意度函数对广大不同偏好用户进行需求响应敏感度分类，将对所有用户的整体通用性研究拆解成对各类用户的定制化；

36、2、建立了家庭微电网系统，根据历史光伏出力和储能出力数据，制定日前负荷协调互动策略，结合可调负荷的工作特性，定制家庭微电网系统负荷控制最优计划；

37、3、需求响应期间，家庭微电网系统通过部署的家庭微电网负荷控制网关，实现对分布式光伏发电、家用蓄电池、电动汽车、家庭负荷设备的自动化和智能化控制，实现家庭用户与电网系统的友好互动，为今后家庭微电网参与系统调频等辅助服务提供技术支撑。