摘要(yào)：現如今(jīn)，分(fēn)時(shí)電(diàn)價的盛(shèng)行改(gǎi)變了原(yuán)來(lái)的(dí)用電(diàn)模式，不僅要保(bǎo)證用電(diàn)費用降低(dī)，更要保證用戶用電的(dí)舒適(shì)度。因(yīn)此(cǐ)提出(chū)了(liǎo)基於分(fēn)時電價和多(duō)目標優化的(dí)家(jiā)庭電能管理係(xì)統。首先(xiān) ，將(jiāng)常用的家(jiā)用(yòng)設備(bèi)按照家用設備(bèi)的用(yòng)電特(tè)性(xìng)進(jìn)行了(liǎo)分(fēn)類(lèi)。然後，家庭電能(néng)管(guǎn)理係統(tǒng)優(yōu)化(huà)調(tiáo)度(dù)模型(xíng)的(dí)建立以家(jiā)庭用(yòng)電成(chéng)本的(dí)優化(huà)，用戶舒(shū)適度(dù)的(dí)提升(shēng)和(hé)碳(tàn)排放(fàng)量的追蹤(zōng)為(wéi)目標。對家庭電能管理係統模(mó)型(xíng)使用改進的(dí)粒子群算(suàn)法(fǎ)進行優化驗證。通(tōng)過使用(yòng) Matlab 進行仿真(zhēn)實(shí)驗(yàn) ，驗(yàn)證該方(fāng)法在(zài)降低用電成本提(tí)高用戶(hù)舒(shū)適度和追(zhuī)蹤碳排(pái)放量方麵(miàn)有顯(xiǎn)著的優化(huà)效(xiào)果。

關鍵詞：家庭電(diàn)能管理(lǐ)；分時(shí)電價；多(duō)目標(biāo)優化(huà)；改進的粒子群算(suàn)法；優(yōu)化(huà)調(tiáo)度

0 引言(yán)

從目前國內外的研究(jiū)來(lái)看，對(duì)於(yú)家庭微(wēi)電網優化調(tiáo)度問題有大量(liáng)的(dí)研究，提出如何(hé)將(jiāng)居民用電設備進行分(fēn)類(lèi)。本文在沒有(yǒu)光(guāng)伏(fú)發電與(yǔ)風(fēng)力發(fā)電等能源(yuán)裝(zhuāng)置，結(jié)合了已有(yǒu)的(dí)家庭電能(néng)管理係統(tǒng)研究基礎，考慮(lǜ)優化(huà)目(mù)標用(yòng)戶(hù)舒適度，電價(jià)成本和碳(tàn)排放量(liáng)的追蹤建立(lì)在(zài)分時電價下(xià)的多目(mù)標(biāo)模(mó)型(xíng)，以保證不同(tóng)家(jiā)電用(yòng)電(diàn)行為下的調度。因此提出(chū)了基於(yú)分時(shí)電價(jià)和多目標優的家庭電能管理(lǐ)係統的(dí)優化(huà)模(mó)型，該(gāi)模型對(duì)家(jiā)用設(shè)備(bèi)進行(háng)了分類，並對(duì)設備(bèi)進行監(jiān)控(kòng)，管理(lǐ)使其(qí)合理(lǐ)的運(yùn)行達到(dào)的運(yùn)行(háng)狀(zhuàng)態(tài)。*後通過Matlab仿(fǎng)真算例(lì)驗證(zhèng)該(gāi)模(mó)型(xíng)對家(jiā)庭用電(diàn)設備有較好的(dí)適應性，也(yě)保(bǎo)證(zhèng)用戶舒(shū)適(shì)度(dù)。

1，家庭電能(néng)管(guǎn)理(lǐ)係(xì)統架(jià)構

家庭電能管(guǎn)理(lǐ)係統(tǒng)是(shì)電網在用戶(hù)消(xiāo)費(fèi)側(cè)的(dí)重(zhòng)要組(zǔ)成部(bù)分，它利用(yòng)一(yī)定(dìng)的技(jì)術手段來實(shí)現(xiàn)用戶(hù)對家庭(tíng)用電設備的檢測(cè)，管理和減(jiǎn)少電費(fèi)開支。在(zài)分(fēn)時電價的大環境下(xià)合理(lǐ)地使用電器來達(dá)到(dào)減(jiǎn)少電費，控(kòng)製以家(jiā)庭(tíng)為主(zhǔ)的碳(tàn)排放，起到保(bǎo)護環(huán)境(jìng)的作(zuò)用。利(lì)用多(duō)目標優化(huà)算法使(shǐ)用戶舒適(shì)度 ，電(diàn)能消(xiāo)耗(hào)和碳(tàn)排(pái)放達到其(qí)架構如圖 1所示。

係(xì)統(tǒng)主要包(bāo)括智能插座，智能電(diàn)表(biǎo)。智(zhì)能電(diàn)表(biǎo)可以把家(jiā)庭(tíng)的(dí)用電(diàn)情況上(shàng)傳給國(guó)家(jiā)能(néng)源網(wǎng)），電網(wǎng)通過智能電(diàn)表給用戶(hù)家庭提供電能和(hé)提供(gōng)分(fēn)時(shí)電價的(dí)價格。智能插座(zuò)連(lián)接(jiē)用戶(hù)的用電設備(bèi)，獲取用電(diàn)設(shè)備的(dí)基本數據，例(lì)如功率，電(diàn)壓(yā)和(hé)用電時長(cháng)等，並且通過電閘進(jìn)一步(bù)來(lái)控製(zhì)設備。收集(jí)到(dào)的數據(jù)通過智能(néng)插(chā)座上傳給多目標優化(huà)器來進(jìn)行分(fēn)析。多(duō)目標優化控(kòng)製器(qì)將(jiāng)得(dé)到的數(shù)據結合三個(gè)優化(huà)條(tiáo)件(jiàn)（用戶(hù)舒(shū)適度(dù)碳排(pái)放(fàng)量和(hé)電能(néng)的(dí)消耗）和(hé)電網公(gōng)布(bù)的分時電價及用戶(hù)對(duì)設備的(dí)使用(yòng)意向(xiàng)來(lái)進行優(yōu)化，並把(bǎ)優(yōu)化的(dí)結(jié)果傳送給智能插座來(lái)控(kòng)製設(shè)備(bèi)的使(shǐ)用。

2，家庭電能管(guǎn)理(lǐ)係統優(yōu)化模型

家庭(tíng)電(diàn)能管(guǎn)理係統是(shì)針(zhēn)對(duì)擁有(yǒu)多(duō)個(gè)家居用電設(shè)備的單(dān)個(gè)用戶(hù)，這些設備通(tōng)過智能插座全(quán)部與管理係統相連(lián)。當HEMS開始運(yùn)行(háng)後，這些設備(bèi)就會立(lì)即(jí)作(zuò)出(chū)反應(yīng)，在整(zhěng)個優化(huà)過程裏，係統(tǒng)會將優化的時間劃(huá)分為長(cháng)度相(xiāng)同(tóng)的(dí)子時間(jiān)段。

2 .1 用(yòng)電(diàn)負荷模(mó)型

在(zài)日常生活(huó)裏，每個(gè)用電(diàn)設(shè)備都(dū)有(yǒu)不同的用電(diàn)方(fāng)式，本(běn)文依據設(shè)備間的(dí)用電特(tè)性(xìng)將所有家用設(shè)備(bèi)分為剛(gāng)性設備柔(róu)性設備和 HVAC設(shè)備(bèi)。剛(gāng)性設(shè)備表示(shì)用電設(shè)備的使(shǐ)用時間不(bù)會(huì)根(gēn) 據優化係(xì)統(tǒng)而(ér)改變(biàn)，例(lì)如(rú)冰箱，電燈等(děng)。柔性設(shè)備(bèi)又(yòu)根據(jù)設(shè)備(bèi)使(shǐ)用時間在(zài)平(píng)移過程中可否中(zhōng) 斷(duàn)分為兩(liǎng)類： ①可平(píng)移不可中斷設備(bèi)，如(rú)洗碗機，洗(xǐ)衣機(jī)，其運行時段可以進(jìn)行移動(dòng)，調整，但(dàn)工(gōng)作期間(jiān)設(shè)備(bèi)不(bù)可中(zhōng)斷；②可平(píng)移可(kě)中(zhōng)斷(duàn)設(shè)備，表示此類家(jiā)用(yòng)設(shè)備的使用時間根據優化係(xì)統(tǒng)而(ér)發生變化，並且(qiě)在(zài)運(yùn)行(háng)期間(jiān)可中斷使用(yòng)，如(rú)電(diàn)動(dòng)車(chē)，熱水(shuǐ)器。HVAC 設備(bèi)表示此(cǐ)類(lèi)設(shè)備的(dí)使用情況隻與溫(wēn)度有關(guān)，如空(kōng)調(tiáo)。

2.1.1 剛(gāng)性設備(bèi)

該(gāi)類(lèi)設備(bèi)直接(jiē)影(yǐng)響(xiǎng)著用戶的正常生(shēng)活(huó)，不(bù)會(huì)隨著優(yōu)化發生改變，例如(rú)電冰箱，電(diàn)燈等。

剛性設備模型：

2.1.2 柔(róu)性設(shè)備(bèi)

該(gāi)類(lèi)設(shè)備(bèi)的用電(diàn)時間較為靈(líng)活(huó)，依據用電特(tè)性(xìng)和(hé)用(yòng)電(diàn)過程中可否中斷(duàn)分為(wéi)可(kě)平移不可中斷(duàn)設備(bèi)和可平(píng)移可中斷(duàn)設備(bèi)。

可平移可中斷(duàn)設備模型：

2.1.3 HAVC設備

暖通(tōng)空調係統（heating，ventilation and aircon- ditioning，HVAC）是包含溫度(dù)，濕度(dù)，空(kōng)氣(qì)清淨度以(yǐ)及空(kōng)氣(qì)循(xún)環的(dí)控製係(xì)統(tǒng)，因(yīn)此室(shì)內(nèi)外溫(wēn)度(dù)，以(yǐ)及用(yòng)戶自(zì)行設置(zhì)的(dí)*佳(jiā)溫度(dù)值和(hé)房屋(wū)的(dí)熱(rè)參數(shù)決(jué)定了(liǎo)該(gāi)類設備的運行時間 。

2 .2 優化(huà)調度(dù)目(mù)標函(hán)數(shù)

2.2.1 經濟目(mù)標函數(shù)

經濟(jì)目標函(hán)數是(shì)把(bǎ)家庭用電(diàn)費(fèi)用作(zuò)為(wéi)優(yōu)化目(mù)標。優(yōu)化後的(dí)值越(yuè)小表示(shì)優(yōu)化效果(guǒ)越(yuè)好(hǎo)。

2.2.2 用戶(hù)舒(shū)適(shì)度函數(shù)

用(yòng)戶舒適度(dù)函數(shù)是(shì)將(jiāng)用(yòng)戶對(duì)用電(diàn)設備(bèi)優化後的使(shǐ)用(yòng)時間段的(dí)滿意(yì)度作為優化(huà)目標(biāo)。優化(huà) 後的(dí)數(shù)值越大(dà)，表示用(yòng)戶對於(yú)優化(huà)後的設備(bèi)使(shǐ)用(yòng)時(shí)間(jiān)滿(mǎn)意(yì)度越(yuè)高。

2.2.3 碳排(pái)放量函數(shù)

家(jiā)庭側(cè)碳排放(fàng)有(yǒu)很(hěn)多(duō)種，例(lì)如(rú)汽(qì)車尾(wěi)氣排放(fàng)，煤氣(qì)灶生(shēng)活做(zuò)飯(fàn)等(děng)，本(běn)文選擇(zé)煤炭(tàn)發電導 致的碳(tàn)排放，根據市場調查(chá)每消耗(hào)一度電的(dí)碳(tàn)排放量(liáng)是(shì) 0.785 kg。就(jiù)目前國(guó)內(nèi)的情況，小區沒(méi)有安裝光伏發(fā)電(diàn)裝置，碳(tàn)排放量(liáng)與用電量消耗(hào)的(dí)綫性(xìng)關(guān)係如下：

在以(yǐ)後(hòu)的(dí)發(fā)展中，小區(qū)裏有(yǒu)了光伏發(fā)電裝(zhuāng)置後(hòu)，碳排(pái)放量與光伏發電的(dí)使(shǐ)用(yòng)效率有關，當(dāng)光伏發(fā)電(diàn)的(dí)用(yòng)電(diàn)效率(shuài)達(dá)到碳(tàn)排放(fàng)量；反之(zhī)當(dāng)光(guāng)伏發(fā)電(diàn)的用(yòng)電效率達(dá)到，碳排放(fàng)量達到*大。在光伏發(fā)電裝置(zhì)中，需要有發電，儲(chǔ)電的過程。本(běn)文(wén)不再(zài)贅(zhuì)述(shù)。

2 .3 約(yuē)束條(tiáo)件

2.3.1 功(gōng)率對(duì)等(děng)約束條件

在家庭(tíng)係統(tǒng)中(zhōng)電能需要(yào)守(shǒu)恒(héng)，即生產的電(diàn)能與消耗(hào)的電(diàn)能(néng)應該保持(chí)平衡(héng)。功率(shuài)平(píng)衡約束(shù)如下(xià)：

2.3.2 溫度設備約束(shù)條件

用(yòng)戶對於溫(wēn)控設備的運(yùn)作(zuò)時(shí)間(jiān)與(yǔ)工作時(shí)段並不關(guān)心(xīn)，關(guān)心的(dí)是在(zài)特定的(dí)時間內由(yóu)溫控設 備控製(zhì)的溫度有沒有(yǒu)達到(dào)要求(qiú)。所(suǒ)以(yǐ)對溫控(kòng)設 備(bèi)來說不存(cún)在時間(jiān)約束(shù)，隻(zhī)存在溫(wēn)度約(yuē)束。其溫度約束(shù)如(rú)下：

2.3.3 工作時間(jiān)約(yuē)束(shù)條(tiáo)件

對某(mǒu)一電(diàn)器(qì)設(shè)備(bèi)來說(shuō)，需(xū)要工作的時(shí)間片數為(wéi) N，HEMS需(xū)要保證每一個電(diàn)器設備(bèi)都能(néng)夠完成(chéng)工(gōng)作。所(suǒ)以每(měi)個(gè)電(diàn)器設備(bèi)工作的時間片數應(yīng)該(gāi)與 N 相等(děng)，即：

2 .4 多(duō)目標(biāo)優化調度(dù)策略(lüè)

2.4.1 多目(mù)標(biāo)優(yōu)化(huà)算(suàn)法

在 2.2節(jié)介(jiè)紹(shào)的(dí)3個(gè)目標（用電(diàn)費用(yòng)戶(hù)舒適(shì)度和碳(tàn)排(pái)放(fàng)量）中，如果(guǒ)僅將用電費(fèi)用優(yōu)化(huà)到(dào)低，在電價較低時才使(shǐ)用電(diàn)，不(bù)可(kě)避(bì)免地會(huì)引起(qǐ)用(yòng)戶(hù)的不滿(mǎn)。同(tóng)樣，當(dāng)一個(gè)目標達(dá)到佳(jiā)時，會對其(qí)他兩個優(yōu)化目標產(chǎn)生一定的(dí)影(yǐng)響(xiǎng)。本文的(dí)多目(mù)標優化(huà)調(tiáo)度(dù)策(cè)略(lüè)綜合考(kǎo)慮用電費(fèi)用(yòng)戶舒適度以(yǐ)及(jí)碳排放量(liáng)的因(yīn)素，使得(dé)達到(dào)優(yōu)。

傳統(tǒng)多(duō)目標優化方法都(dū)是(shì)根(gēn)據(jù)對(duì)不同目標的(dí)不(bù)同要求，將(jiāng)目標(biāo)通過某(mǒu)種方式轉(zhuǎn)變為單(dān)目(mù)標(biāo)優化(huà)可(kě)以求解(jiě)的(dí)問題。缺(quē)點(diǎn)是僅能求出優(yōu)化(huà)問(wèn)題(tí)的(dí)局部(bù)優(yōu)解(jiě)，求解(jiě)的(dí)結(jié)果強(qiáng)烈(liè)依(yī)賴於初始值。智能優化算法的(dí)提出改(gǎi)善了這(zhè)方(fāng)麵(miàn)的問(wèn)題(tí)。目前的(dí)智(zhì)能算法(fǎ)就是(shì)粒(lì)子群(qún)算法(fǎ)。

2.4.2 粒(lì)子群(qún)算(suàn)法

粒(lì)子群（particleswarm optimization ，PSO）算法(fǎ)從隨機(jī)觸發，通過(guò)迭代尋找(zhǎo)到(dào)優解(jiě)。粒子群(qún)的標(biāo)準(zhǔn)算法容(róng)易陷入局部優，導致結(jié)果(guǒ)不準確，且不(bù)能(néng)解決離散及(jí)組(zǔ)合優(yōu)化(huà)問(wèn)題(tí)。因(yīn)此本(běn)文使(shǐ)用改進(jìn)的多(duō)目標(biāo)粒子群(qún)算法，在該算法(fǎ)中每(měi)個粒子(zǐ)的速(sù)度和(hé)位(wèi)置(zhì)按照如下(xià)方程來更(gēng)新(xīn)：

2.4.3 算法(fǎ)比(bǐ)較

圖2是(shì)標(biāo)準的粒子群(qún)算(suàn)法流(liú)程圖，圖(tú),3是(shì)改進(jìn)的粒子(zǐ)群算法流程(chéng)圖。比(bǐ)對(duì)圖2與圖(tú)3能看出(chū)，改(gǎi)進的粒(lì)子群算(suàn)法(fǎ)，在標準(zhǔn)的粒(lì)子群算法基礎上(shàng)，改變了權重(zhòng)因子(zǐ)w和學習因(yīn)子c的取值方法，提高(gāo)了粒子(zǐ)群算法的(dí)全(quán)局搜索能力，避免(miǎn)陷入(rù)局(jú)部(bù)優。

3，家(jiā)庭電能(néng)管理(lǐ)係(xì)統

家庭(tíng)電(diàn)能管理(lǐ)係統(tǒng)運作流程如下(xià)：

（1）在(zài)優化前，多目標(biāo)優(yōu)化控製(zhì)器獲取到設(shè)備的(dí)所(suǒ)有參(cān)數(shù)，其(qí)包括(kuò)用電設(shè)備(bèi)的額(é)定(dìng)功(gōng)率(shuài)和(hé)工作時長，以(yǐ)及(jí)用(yòng)戶希望設(shè)備(bèi)工作(zuò)的時間(jiān)段。

（2）智能電(diàn)表(biǎo)將獲取(qǔ)到(dào)的(dí)分(fēn)時(shí)電價(jià)信息上(shàng)傳(chuán)給多(duō)目(mù)標(biāo)優(yōu)化(huà)控製(zhì)器(qì)。

（3）多目(mù)標(biāo)優(yōu)化器通過平(píng)移柔(róu)性(xìng)設(shè)備的(dí)運(yùn)行時(shí)間(jiān)來節省電費(fèi)，通過(guò)每(měi)一天的(dí)電(diàn)量使用檢測(cè)追(zhuī)蹤用戶(hù)側的(dí)碳排(pái)放量，通過使設備在用戶理想的(dí)時(shí)間(jiān)段運(yùn)行來保證用戶滿意度，後(hòu)結(jié)合約束條(tiáo)件，製訂(dìng)各柔性負荷的(dí)調(tiáo)度(dù)計劃(huá)。

（4）多(duō)目(mù)標優(yōu)化控製器(qì)把調度計劃上傳(chuán)給智能插(chā)座 ，使(shǐ)其在相(xiāng)應的(dí)時(shí)間段(duàn)運行各用電(diàn)設備。

調(tiáo)度(dù)流(liú)程圖如圖 4 所示(shì)。

4，實例(lì)分析

4 . 1 算(suàn)例參(cān)數(shù)

本(běn)文以某一家庭(tíng)數據為例進行分析(xī)。該(gāi)用戶(hù)家庭安(ān)裝有智能(néng)電表和多目標(biāo)優化(huà)控製器(qì)，根據設備的特(tè)性不同，其(qí)家庭用(yòng)電負荷(hé)情況(kuàng)不同(tóng)，剛(gāng)性負荷如表1所示(shì)，柔性(xìng)負荷如(rú)表2所示(shì)。

家(jiā)居設(shè)備優化(huà)的目的在於保證各(gè)設(shè)備(bèi)完成(chéng)既(jì)定工(gōng)作(zuò)的前(qián)提下(xià)，盡(jìn)可能(néng)壓縮用戶(hù)的電能成(chéng) 本(běn)，同時保(bǎo)證負荷(hé)曲(qū)綫(xiàn)峰(fēng)穀差不(bù)致過大；用戶(hù)可以(yǐ)根據各(gè)自的(dí)習慣在(zài)HEMS中設(shè)置(zhì)設(shè)備(bèi)優化(huà) 參(cān)數，根據這些(xiē)參數(shù)以及電網提(tí)供的分(fēn)時電價信息，HEMS可對家居(jū)用電(diàn)設(shè)備進行運行(háng)優(yōu)化。 例(lì)如(rú)，用(yòng)戶(hù)可(kě)設(shè)置(zhì)在晚上(shàng)回家後(hòu)的18；00至(zhì)次日(rì)7：00之間對(duì)電動車(chē)進行(háng)充電操作(zuò)，為(wéi)了不(bù)影響用戶(hù)在隔天對(duì)電動(dòng)自行車(chē)的(dí)正常(cháng)使用

須保證(zhèng)充(chōng)電結束時充電(diàn)量達到其總容(róng)量的(dí)90%以上(shàng)，HEMS會(huì)根據(jù)電網(wǎng)提供的分(fēn)時(shí)電價(jià)信(xìn)息選(xuǎn)擇(zé)合(hé)適的(dí)充電時段，達(dá)到壓縮電(diàn)能(néng)成(chéng)本(běn)的(dí)目(mù)標(biāo)。其次(cì)對於空(kōng)調(tiáo)的使(shǐ)用(yòng)，全時段待機等(děng)候命令(líng)，當室(shì)內溫(wēn)度(dù)不在規定的溫度範圍時，空調開(kāi)始(shǐ)運作(zuò)，直到溫度達(dá)到(dào)用戶(hù)設定的(dí)溫(wēn)度(dù)則停止(zhǐ)運作(zuò)。空(kōng)調的參數設(shè)置(zhì)如表 3 所(suǒ)示(shì)。

4 .2 仿(fǎng)真(zhēn)結果(guǒ)

在對(duì)整個數據進行分析的過(guò)程(chéng)中，使用(yòng)了Matlab軟件(jiàn)，並(bìng)將得到(dào)的結果以(yǐ)圖(tú)的(dí)方式表現(xiàn)出來。從(cóng)圖(tú) 5 可(kě)以看(kàn)出，當(dāng)室外(wài)溫度(dù)大(dà)於室(shì)內溫(wēn)度時，空調(tiáo)開(kāi)始運作，直到室(shì)溫保(bǎo)持(chí)在溫度設定(dìng)範(fàn)圍(wéi)內(nèi)則停止工作當(dāng)空調(tiáo)處(chǔ)於待機狀態時(shí)消耗的電量可忽略不計。圖(tú) 6 是標準(zhǔn)的(dí)粒(lì)子群算(suàn)法(fǎ)下(xià)的優化調度結(jié)果(guǒ)，圖7是改進(jìn)的(dí)粒(lì)子群算法優(yōu)化後調度結(jié)果。從(cóng)兩(liǎng)幅圖(tú)可(kě)知，將負荷(hé)從(cóng)峰時段(duàn)平移(yí)到穀時段或(huò)者平(píng)時段，來減(jiǎn)少(shǎo)電(diàn)費(fèi)。

圖(tú)8為使用多(duō)目(mù)標(biāo)優化係統(tǒng)前後各個時段(duàn)的電(diàn)量(liáng)費(fèi)用對(duì)比，家(jiā)庭(tíng)電能(néng)管理(lǐ)係統(tǒng)負荷(hé)優化調度(dù)結(jié)果(guǒ)充分說明了係(xì)統策略調度的經濟性電費大(dà)部分都(dū)產生在(zài)峰時段，而(ér)優化(huà)後HEMS係統 將(jiāng)一(yī)部(bù)分負(fù)荷(hé)轉(zhuǎn)移(yí)到平時(shí)段和(hé)穀時段，從而(ér)減少(shǎo)了峰(fēng)時段(duàn)電量的高(gāo)運作(zuò)。圖9多目標優(yōu)化(huà)係統前後(hòu)各(gè)個時(shí)段(duàn)的電量(liáng)總(zǒng)費(fèi)用對(duì)比(bǐ)，可以(yǐ)看出優化後的費用增(zēng)加平(píng)緩 ， 並(bìng)低(dī)於(yú)優化(huà)前電費(fèi)。從兩幅圖中能夠(gòu)明顯地對比(bǐ)出，峰時段(duàn)和(hé)平(píng)時(shí)段(duàn)購(gòu)電(diàn)支(zhī)出都有所降(jiàng)低(dī) ， 穀(gǔ)時段略有升高。從(cóng)圖8和圖9能(néng)看出，使用(yòng)標(biāo)準的粒子群(qún)算法和(hé)改(gǎi)進的粒子群算法都能夠(gòu)減少(shǎo)電費，標(biāo)準(zhǔn)的(dí)粒(lì)子群算法比優化前減(jiǎn)少了(liǎo)7.2%，改(gǎi)進的粒子(zǐ)群算法減少了4.3%。

圖(tú)10 為使(shǐ)用多(duō)目(mù)標優化(huà)係(xì)統(tǒng)前(qián)後各個時段的功(gōng)率(shuài)對比(bǐ)圖，使用(yòng)優化係統之前，大(dà)部(bù)分(fēn)的(dí)柔性(xìng)設(shè)備都集中(zhōng)在(zài)了峰時段(duàn)，也就是(shì)11：00— 13：00， 19：00—21：00；在(zài)優(yōu)化後(hòu)，將(jiāng)一部分設備從峰時段移(yí)動到穀時(shí)段，有(yǒu)效避開了峰值電價時(shí)間(jiān)段，達到了(liǎo)設備(bèi)平移的目的起(qǐ)到(dào)了有效的(dí)削峰(fēng)填(tián)穀(gǔ)作(zuò)用(yòng)。

表(biǎo) 5 為優化(huà)前後關(guān)於電費(fèi)，滿意(yì)度和(hé)碳(tàn)排(pái)放量(liáng)的數(shù)據(jù)對(duì)比(bǐ)。從表中可以(yǐ)清晰(xī)地(dì)看(kàn)出使(shǐ)用了(liǎo)優(yōu)化(huà)算法(fǎ)後電(diàn)費都減少(shǎo)了，但(dàn)用戶(hù)對設備的(dí)使用時(shí)間(jiān)滿意度(dù)，改(gǎi)進(jìn)的(dí)粒子(zǐ)群算法(fǎ)比標(biāo)準(zhǔn)的粒子群算(suàn)法要(yào)高，標(biāo)準(zhǔn)的粒子(zǐ)群算法(fǎ)的電(diàn)費降低了7.2%，滿意度(dù)降低了23.9%，改(gǎi)進(jìn)的粒子(zǐ)群算法電(diàn)費降低(dī)了4.3%，滿意(yì)度(dù)降(jiàng)低(dī)了11.8%，從數(shù)據能夠看(kàn)出(chū)，標準(zhǔn)的(dí)粒(lì)子(zǐ)群(qún)算法(fǎ)容易陷(xiàn)入(rù)局(jú)部的優(yōu)化結果不是很理(lǐ)想(xiǎng)。

5，安科瑞電(diàn)能管(guǎn)理係統

5.1概(gài)述

用戶端消耗著(zhuó)整個(gè)電網(wǎng)百分(fēn)之八十的電能，用(yòng)戶端(duān)智能(néng)化(huà)用電(diàn)管(guǎn)理(lǐ)對用(yòng)戶(hù)可(kě)靠(kào)，節約用電有(yǒu)十分(fēn)重要的意(yì)義。構(gòu)建智(zhì)能用電服(fú)務體(tǐ)係(xì)，推(tuī)廣(guǎng)用戶(hù)端(duān)智(zhì)能(néng)儀表(biǎo)，智(zhì)能用電(diàn)管(guǎn)理終端(duān)等(děng)設備用(yòng)電管理解決方(fāng)案，實(shí)現電網(wǎng)與(yǔ)用戶的雙向良性互(hù)動。用(yòng)戶(hù)端(duān)急需解(jiě)決的研(yán)究內容主要包括：表(biǎo)計，智能樓宇，智能(néng)電(diàn)器，增值服務，客戶用電管理係(xì)統，需求側管理等(děng)課(kè)題(tí)。

Acrel-3000WEB電能管理解(jiě)決(jué)方(fāng)案通(tōng)過對用戶端用電(diàn)情(qíng)況(kuàng)進(jìn)行(háng)細分和(hé)統計，以直(zhí)觀的數據和圖(tú)表向管理人員(yuán)或決(jué)策(cè)層(céng)展示(shì)各分項用電(diàn)的使用消(xiāo)耗(hào)情況(kuàng)，便(biàn)於(yú)找出(chū)高耗能點或不合(hé)理(lǐ)的(dí)耗能(néng)習慣，節約(yuē)電(diàn)能(néng)，為(wéi)用戶(hù)進一步(bù)節能改(gǎi)造或(huò)設備升級(jí)提(tí)供準確的數據支撐。

5.2應用(yòng)場(cháng)所

（1）辦公建(jiàn)築（商(shāng)務(wù)辦公(gōng)，大型公共(gòng)建築等）；

（2）商(shāng)業建築(zhù)（商(shāng)場，金融(róng)機構建築等(děng)）；

（3）旅遊(yóu)建(jiàn)築（賓館飯店，娛(yú)樂(lè)場所等）；

（4）科教(jiào)文(wén)衛建(jiàn)築(zhù)（文化，教(jiào)育(yù)，科研(yán)，醫(yī)用(yòng)衛生，體育建築(zhù)等）；

（5）通(tōng)信建(jiàn)築（郵電，通(tōng)信(xìn)，廣(guǎng)播，電視等(děng)）；

（6）交通(tōng)運輸建(jiàn)築(zhù)（機場，車站，碼(mǎ)頭(tóu)建築(zhù)等）。

5.3係統(tǒng)結(jié)構

5.4係(xì)統(tǒng)功(gōng)能

1）實時監測

係統人(rén)機(jī)界麵友好(hǎo)，以(yǐ)配電一(yī)次圖(tú)的(dí)形(xíng)式直觀顯(xiǎn)示配電綫(xiàn)路的(dí)運(yùn)行(háng)狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各回(huí)路電(diàn)壓(yā)，電流(liú)，功率，功(gōng)率因數，電能等(děng)電參數(shù)信息(xī)，動態監(jiān)視各配電回路(lù)斷(duàn)路(lù)器，隔離開(kāi)關(guān)，地刀等合，分狀態，以及有(yǒu)關故障(zhàng)，告警等信(xìn)號。

2）電(diàn)能統(tǒng)計(jì)報(bào)表

係統(tǒng)以豐(fēng)富(fù)的報表支(zhī)撐計量(liáng)體係的完(wán)整性。係(xì)統(tǒng)具(jù)備定(dìng)時(shí)抄表(biǎo)匯總(zǒng)統計功能，用(yòng)戶可以(yǐ)查(chá)詢自係統正常運行以來(lái)任(rèn)意時間段(duàn)內各(gè)配(pèi)電(diàn)節(jié)點(diǎn)的用電情況，即(jí)該(gāi)節(jié)點進(jìn)綫(xiàn)用(yòng)電量(liáng)與各(gè)分支(zhī)回(huí)路消耗電量的(dí)統計分(fēn)析(xī)報表(biǎo)。該(gāi)功能(néng)使(shǐ)得用電(diàn)可(kě)視透明，並在(zài)用(yòng)電(diàn)誤差偏大時可分析追(zhuī)溯(sù)，維護計量(liáng)體係(xì)的正確(què)性(xìng)。

3）詳細(xì)電參量查詢(xún)

在配電(diàn)一(yī)次圖中(zhōng)，當(dāng)鼠標(biāo)移動到每(měi)個回路附(fù)近時，鼠(shǔ)標(biāo)指(zhǐ)針(zhēn)變(biàn)為手形，鼠(shǔ)標單擊(jī)可查看該回(huí)路(lù)詳(xiáng)細電(diàn)參量，包(bāo)括三(sān)相電流，三相電(diàn)壓，三相總有(yǒu)功(gōng)功(gōng)率(shuài)，總無(wú)功(gōng)功率，總功(gōng)率(shuài)因(yīn)數(shù)，正向有功電能(néng)，並可(kě)以查看24小時(shí)相電流趨勢(shì)曲(qū)綫(xiàn)及(jí)24小(xiǎo)時電壓(yā)趨(qū)勢(shì)曲綫。

4）運行(háng)報(bào)表(biǎo)

係(xì)統具有實(shí)時電(diàn)力(lì)參(cān)數和歷(lì)史(shǐ)電(diàn)力(lì)參數的存(cún)儲和管理功(gōng)能，所有實(shí)時采(cǎi)集(jí)的數據，順序事(shì)件(jiàn)記錄等(děng)均(jūn)可(kě)保存到數據庫，在查詢界麵中能夠自定義(yì)需要查(chá)詢(xún)的參數，時(shí)間或(huò)選(xuǎn)擇(zé)查詢更新的記(jì)錄(lù)數據等，並(bìng)通過報(bào)表(biǎo)方式顯(xiǎn)示出來。用(yòng)戶可以根據(jù)需要定(dìng)製(zhì)運(yùn)行日報，月報(bào)，支持導(dǎo)出Excel格式文(wén)件(jiàn)，還可以根據(jù)用(yòng)戶(hù)要(yào)求導出(chū)PDF格(gé)式(shì)文件(jiàn)。

5）變壓(yā)器運(yùn)行監視

係(xì)統對配(pèi)電係(xì)統(tǒng)總進綫(xiàn)，主變壓器(qì)，重要負荷(hé)出綫(xiàn)的(dí)運行(háng)狀態(tài)進行(háng)在綫實(shí)時(shí)監(jiān)視，用(yòng)曲(qū)綫顯(xiǎn)示電流(liú)，變(biàn)壓器運(yùn)行溫(wēn)度，有(yǒu)功需量，有功(gōng)功率(shuài)，視(shì)在功(gōng)率，變(biàn)壓(yā)器負(fù)荷率等運行(háng)趨(qū)勢，分(fēn)析變(biàn)壓器負荷(hé)率及損耗(hào)，方(fāng)便(biàn)運行維(wéi)護(hù)人(rén)員及時掌握運(yùn)行(háng)水平和(hé)用電(diàn)需(xū)求(qiú)，確(què)保(bǎo)供電(diàn)可靠。

6）實時提醒

係(xì)統具有實(shí)時提(tí)醒(xǐng)功能，係(xì)統(tǒng)能夠對(duì)配(pèi)電(diàn)回路斷路(lù)器(qì)，隔離(lí)開關，接地(dì)刀(dāo)分(fēn)，合動作(zuò)等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作，事(shì)故跳閘，以(yǐ)及(jí)電(diàn)壓，電(diàn)流(liú)，功(gōng)率(shuài)，功(gōng)率(shuài)因(yīn)數越限(xiàn)等事(shì)件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，並根(gēn)據事(shì)件等(děng)級發出(chū)告警。係統(tǒng)提醒(xǐng)時自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)提醒窗(chuāng)口(kǒu)，並發(fā)出(chū)聲(shēng)音(yīn)提醒(xǐng)。

7）歷(lì)史(shǐ)事件查詢(xún)

係統能(néng)夠對(duì)遙信(xìn)變位(wèi)，保護動作(zuò)，事(shì)故跳閘(zhá)，以(yǐ)及電壓，電流，功率(shuài)，功(gōng)率因(yīn)數(shù)越(yuè)限(xiàn)等(děng)事件記錄(lù)進(jìn)行(háng)存儲和管理，方便用戶對係統(tǒng)事件(jiàn)和(hé)提(tí)醒(xǐng)進行(háng)歷(lì)史追溯，查詢(xún)統計(jì)，事(shì)故分析。

8）電(diàn)能(néng)質(zhì)量監(jiān)測(cè)

係(xì)統(tǒng)可以對(duì)整(zhěng)個(gè)配(pèi)電係(xì)統(tǒng)範(fàn)圍內(nèi)的電能質量進(jìn)行持續性的(dí)監(jiān)測(cè)，運(yùn)行維護人(rén)員(yuán)可以(yǐ)通(tōng)過(guò)諧(xié)波分析(xī)棒(bàng)圖(tú)，報(bào)表掌握(wò)進綫，變(biàn)壓(yā)器(qì)，重要回路(lù)的電(diàn)壓(yā)，電流(liú)諧(xié)波(bō)畸(jī)變(biàn)率，諧波(bō)含(hán)量(liáng)，電壓(yā)不平(píng)衡度等，及時采(cǎi)取(qǔ)相應的(dí)措(cuò)施(shī)，降(jiàng)低(dī)諧(xié)波損耗，減少因諧波造成的異(yì)常(cháng)和(hé)事(shì)故(該(gāi)功(gōng)能(néng)需(xū)要選配帶(dài)諧波(bō)監測(cè)功能的電力儀表(biǎo)，不(bù)需(xū)要(yào)可刪(shān)除(chú)。

9）遙控操作

係(xì)統(tǒng)支持對斷(duàn)路器，隔離開關，接地刀(dāo)等(děng)進行分，合(hé)遙(yáo)控操(cāo)作。係(xì)統具(jù)有嚴格的(dí)保護和操(cāo)作權(quán)限(xiàn)管(guǎn)理(lǐ)功能(néng)，對於每(měi)次(cì)遙控(kòng)操作(zuò)，係統自(zì)動生成操作(zuò)記錄，記(jì)錄內(nèi)容包含操(cāo)作人(rén)，操(cāo)作(zuò)時間(jiān)，操作類型(xíng)等。實現該(gāi)功(gōng)能(néng)需要斷路器本身具(jù)有電操機構及保護(hù)保測(cè)控(kòng)裝置具備遙(yáo)控功能等硬件設(shè)備的支(zhī)持(chí)。

10）用(yòng)戶(hù)權限(xiàn)管理(lǐ)

係統(tǒng)為保障係(xì)統(tǒng)安全穩定運(yùn)行，設(shè)置(zhì)了用戶(hù)權(quán)限(xiàn)管(guǎn)理功能。通過用戶(hù)權限管理能夠防止(zhǐ)未經(jīng)授權(quán)的操作（如配(pèi)電回(huí)路(lù)名稱修(xiū)改(gǎi)等）。可以(yǐ)定(dìng)義(yì)不同級別用戶(hù)的登(dēng)錄名，密(mì)碼及(jí)操作權(quán)限，為(wéi)係(xì)統運(yùn)行，維(wéi)護，管理提(tí)供(gōng)可靠(kào)的(dí)安(ān)全(quán)保(bǎo)障(zhàng)。

11）通(tōng)訊狀態(tài)圖(tú)

係統(tǒng)支(zhī)持(chí)實時監(jiān)視接(jiē)入(rù)係統的各(gè)設(shè)備(bèi)的通(tōng)訊(xùn)狀態(tài)，能夠(gòu)完(wán)整的顯示(shì)整(zhěng)個係統網(wǎng)絡(luò)結構(gòu)；可在綫(xiàn)診(zhěn)斷設(shè)備通訊狀態，發(fā)生網(wǎng)絡異常時(shí)能自動(dòng)在界麵(miàn)上顯示(shì)故障(zhàng)設備(bèi)或元(yuán)件及其(qí)故(gù)障部(bù)位(wèi)。從而方(fāng)便(biàn)運行(háng)維(wéi)護人(rén)員實時掌(zhǎng)握現(xiàn)場(cháng)各設備的(dí)通(tōng)訊狀(zhuàng)態(tài)，及時(shí)維護(hù)出(chū)現(xiàn)異常的(dí)設備，保證(zhèng)係統(tǒng)的(dí)穩(wěn)定運(yùn)行。

12）畫麵監控

畫麵(miàn)監控展示(shì)了當前(qián)實時畫(huà)麵(miàn)（畫(huà)麵(miàn)直(zhí)播），選(xuǎn)中某(mǒu)一個變(biàn)配電站，即可(kě)查(chá)看該變配電站內畫(huà)麵信(xìn)息。

13）用(yòng)戶報告

用(yòng)戶(hù)報(bào)告(gào)頁(yè)麵(miàn)主要(yào)用於對(duì)選(xuǎn)定(dìng)的變配電(diàn)站(zhàn)自(zì)動匯(huì)總(zǒng)一個(gè)月的運行(háng)數據，對(duì)變壓(yā)器負荷(hé)，配電回路(lù)用(yòng)電量，功率因數，報(bào)警事件等進(jìn)行(háng)統計分析(xī)。

14）APP支(zhī)持

電(diàn)力運(yùn)維手機支持(chí)“監控係(xì)統(tǒng)"，“設備檔(dàng)案"，“待辦事(shì)項(xiàng)"，“巡檢(jiǎn)記錄(lù)"和“缺陷(xiàn)記(jì)錄(lù)"五大(dà)模(mó)塊，支持一次圖，需量(liáng)，用電量，視頻(pín)，曲綫，溫濕(shī)度，同比(bǐ)，環比(bǐ)，電能(néng)質量(liáng)，各種(zhǒng)事件報警(jǐng)查詢，設(shè)備檔案(àn)查(chá)詢，待辦事件(jiàn)處理，巡檢記錄查(chá)詢等。

5.5係統硬件(jiàn)配置(zhì)

                                                                                                                                                                                                                                                     6，結語

本文在構(gòu)建(jiàn)家庭電能(néng)管(guǎn)理(lǐ)係(xì)統(tǒng)架構，家庭用電(diàn)負荷模(mó)型(xíng)的基礎上(shàng)，提出(chū)了一種基於實(shí)時電價(jià)和多目(mù)標(biāo)優化(huà)的家庭(tíng)電能(néng)管(guǎn)理(lǐ)係統的(dí)調度(dù)與實(shí)現。以(yǐ)某一個家(jiā)庭用(yòng)戶為例，在Matlab平台下進行了數據(jù)的仿真(zhēn)模(mó)擬(nǐ)。通(tōng)過數(shù)據(jù)的仿真(zhēn)結果，我們可以(yǐ)得(dé)出(chū)：本(běn)文提出的家庭電能(néng)管(guǎn)理係統能夠更(gēng)好地(dì)兼顧用戶側的用電成(chéng)本(běn)和(hé)用戶對用(yòng)電設備的(dí)舒適度，也從(cóng)家庭方麵針對(duì)碳(tàn)排(pái)放做了檢(jiǎn)測(cè)與追蹤(zōng)，對(duì)環境(jìng)保(bǎo)護(hù)起到一定的作用(yòng)，對(duì)以後減少(shǎo)碳排(pái)放(fàng)做(zuò)出貢(gòng)獻。在未來，以小區(qū)為單位(wèi)有了光伏(fú)發(fā)電裝(zhuāng)置之(zhī)後(hòu)，可進一(yī)步(bù)優化電費(fèi)，同時對(duì)碳(tàn)排放量(liáng)的減少也(yě)可進行優化(huà)，來增(zēng)加HEMS的經濟(jì)效(xiào)益。並且小區(qū)的所有(yǒu)用(yòng)戶都使用了能(néng)量管(guǎn)理(lǐ)係(xì)統後，與區塊鏈技術(shù)相結合，以此(cǐ)來共享發(fā)電成(chéng)本(běn)。每個(gè)家(jiā)庭都采用其(qí)*佳(jiā)策略(lüè)來*小化能(néng)源(yuán)消耗(hào)成本(běn)，用戶可以維(wéi)護自(zì)己(jǐ)的(dí)能(néng)源(yuán)消耗隱私。此(cǐ)外，能(néng)量管理(lǐ)係(xì)統分布(bù)在區塊鏈上，為參與者提供(gōng)一(yī)個可(kě)信的通信(xìn)媒介(jiè)。穩(wěn)固智能(néng)合約旨在(zài)交易的(dí)執行(háng)，無需(xū)智(zhì)能社(shè)區(qū)第三(sān)方(fāng)的(dí)參與(yǔ)。

【參考(kǎo)文(wén)獻(xiàn)】

【1】者(zhě)佳(jiā)男(nán).吳(wú) 瑩.李(lǐ) 皎(jiǎo).基於(yú)分時(shí)電(diàn)價和多(duō)目(mù)標優化(huà)的家庭電能管理係統的設計與實現

【2】武(wǔ)東升. 家(jiā)庭能量管(guǎn)理係(xì)統(tǒng)用電與(yǔ)電(diàn)能調度優化策略(lüè)研究［D］. 哈爾(ěr)濱(bīn)：哈(hā)爾(ěr)濱工業大學，2017.

【3】周中.智能電(diàn)網用戶端電力監(jiān)控與電能(néng)管(guǎn)理係統 產品選型及(jí)解決(jué)方(fāng)案[M] .北京(jīng)：機械工業出(chū)版社，2012.

【4】安科瑞企(qǐ)業微電(diàn)網設計與(yǔ)應(yīng)用手冊.2022.05

作(zuò)者(zhě)簡介(jiè)：魏健(jiàn)輝(huī)，女，現(xiàn)任(rèn)職於安(ān)科(kē)瑞電氣股(gǔ)份(fèn)有(yǒu)限(xiàn)公司，主(zhǔ)要從(cóng)事電(diàn)能管(guǎn)理研(yán)究發展(zhǎn)。