1.家庭能量管理的協(xié)同調(diào)度策略

對于接入分布式能源的家庭能量管理系統(tǒng)，其實現(xiàn)經(jīng)濟運行的方式主要包括四種途徑：

①分布式電源發(fā)電，減少電網(wǎng)供電比例;

②主動負(fù)荷轉(zhuǎn)移，提高分布式電源利用率;

③儲能設(shè)備充放電，實現(xiàn)削峰填谷;

④多電價模式，提供需求響應(yīng)條件。

現(xiàn)階段家庭用戶主要采取光伏直接并網(wǎng)發(fā)電，然而余電上網(wǎng)的售電收入往往無法抵消夜間產(chǎn)生的市電電費，所以用戶會自覺地轉(zhuǎn)移夜間負(fù)荷，提高光伏的自發(fā)自用比例。但用戶無法準(zhǔn)確預(yù)測光伏發(fā)電，且大量剛性負(fù)荷缺乏轉(zhuǎn)移能力。因此，合理地加入蓄電池等儲能設(shè)備實現(xiàn)光伏能量的轉(zhuǎn)移是十分必要的。

從負(fù)荷角度考慮，雖然不同家庭的負(fù)荷特性各異，但各類負(fù)荷比例相對固定，而且由典型的家庭能耗比例可知溫控負(fù)荷與可控負(fù)荷占家庭能耗的80%。因此，通過合理調(diào)度溫控負(fù)荷、確定可控負(fù)荷最優(yōu)工作點以及利用蓄電池轉(zhuǎn)移光伏電能，就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的經(jīng)濟運行和光伏發(fā)電的最大就地消納。

在家庭能量管理中，首先，通過歷史數(shù)據(jù)及氣象數(shù)據(jù)，預(yù)測下一日的光伏出力和負(fù)荷數(shù)據(jù)，特別是對溫控負(fù)荷的預(yù)測。然后，利用系統(tǒng)的人機交互供能獲取用戶對空調(diào)等溫控負(fù)荷的需求以及洗衣機等主動可控負(fù)荷的定時任務(wù)需求。最后，根據(jù)光伏出力曲線和排除需調(diào)度負(fù)荷后的負(fù)荷曲線，在滿足用戶對溫度、設(shè)備使用需求等舒適度約束條件前提下，求解系統(tǒng)的最大收益目標(biāo)函數(shù)，得到每一調(diào)度周期的儲能充放電狀態(tài)以及調(diào)度負(fù)荷的工作狀態(tài)，生成最優(yōu)用電計劃。

2.計入蓄電池老化費用的最大收益目標(biāo)函數(shù)

對于實現(xiàn)光伏上網(wǎng)的家庭用戶，其能量管理的經(jīng)濟運行體現(xiàn)在通過“自發(fā)自用”的電價補貼和“余電上網(wǎng)”的售電收入，因此，宜采用最大收益函數(shù)。此外，由于蓄電池的壽命遠(yuǎn)低于其他設(shè)備的設(shè)計使用壽命，并且和它的使用方式密切相關(guān)，不合理地使用將導(dǎo)致設(shè)備頻換更換，增加系統(tǒng)成本。因此，在最大收益函數(shù)中加入蓄電池老化費用，生成最大收益目標(biāo)可以進一步優(yōu)化蓄電池的使用，減少充放電狀態(tài)頻繁切換次數(shù)，使協(xié)同調(diào)度策略更加合理。目標(biāo)函數(shù)定義為

(6-7) 式中：△t為調(diào)度周期持續(xù)時間;PPV(t)、PB(t)、PG(t)分別為調(diào)度周期內(nèi)光伏、蓄電池、市電的有功功率;CG(t)為上網(wǎng)電價;CPV為光狀補貼價格;CB為蓄電池老化費用價格。

其中，PB(t)>0表示蓄電池放電，PB(t)<0表示充電;PG(t)>0表示市電供電，PG(t)<0表示光伏饋電。

當(dāng)蓄電池放電時，有

(6-8)

式中：i為放電循環(huán)的開始時刻;i+n為放電循環(huán)的結(jié)束時刻;Di+n為此次放電循環(huán)中，蓄電池所處放電深度對應(yīng)的壽命消耗;fB為蓄電池的價格。當(dāng)蓄電池充電時，認(rèn)為其老化費用為0。

3.系統(tǒng)運行約束條件

(1)有功功率平衡約束

(6-9)

式中：Pi(t)為調(diào)度周期內(nèi)負(fù)荷設(shè)備的有功功率，包括調(diào)度負(fù)荷和不可控負(fù)荷的總功率。

(2)蓄電池約束。蓄電池約束是目標(biāo)函數(shù)中蓄電池老化費用的補充，為保證蓄電池的正常工作和光伏發(fā)電量的充分利用，還需要滿足其最大充放電功率約束、荷電狀態(tài)約束和每日循環(huán)狀態(tài)約束。

(6-10)

式中：Pdis-max 為最大放電功率，大于0;Pch-max為最大充電功率，小于0;SSOC，max和SSOC,max分別為剩余容量的上下限;SSOC(1)和SSOC(n)分別為每日最初和最后的荷電狀態(tài);m為每日蓄電池荷電狀態(tài)誤差。

4.舒適度約束條件

模型的舒適度約束條件是為了保證負(fù)荷使用時間的轉(zhuǎn)移不影響用戶對家電設(shè)備的正常使用。

溫控型負(fù)荷溫度約束

Tdown(t)

式中：Tup(t)和Tdown(t)分別為當(dāng)前時刻用戶對該溫控設(shè)備的溫度需求上下限。

主動型負(fù)荷需要在一定工作周期內(nèi)連續(xù)運行，完成用戶設(shè)定的任務(wù)，運行周期約束可表示如下

(6-12)

式中：Xi(t)為主動型負(fù)荷的工作狀態(tài);ton(Xi)為該設(shè)備開始工作的時間;N(xi)為該設(shè)備需要持續(xù)的調(diào)度周期數(shù)。