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摘要：电能是人们日常生活中不可或缺的重要能源之一，随着我国社会经济迅猛发展，对电力系统的供电能力、供电质量提出了越来越高的要求。作为智能电网的重要组成部分，居民用户智能用电系统对提高能源利用效率、促进可再生分布式发电的利用具有重要意义。本文主要分析了居民用户智能用电建模及优化仿真分析。
关键词：智能用电；建模；分析
智能用电是智能电网的重要组成部分，是建设坚强智能电网的着力点和落脚点，直接面向社会、面向客户，在坚强智能电网的建设中具有十分重要的地位和作用。智能用电，是指通过对电力的智能化掌控和支配，实现电力的优化配置、节能环保。电网可以利用用户参与智能用电计划，结合其他需求响应策略，调整用电负荷曲线，从而削峰填谷，减少负荷波动。用户可以根据电网和服务商提供的智能用电策略，调整用电方式，主动参与市场竞争，获得相应的经济效益。笔者结合实际经验，分析了智能家电用电特性，及其居民用户智能用电系统相关模型，对居民用户智能用电建模提出了几点思考。
1智能家电用电特性
一般来讲，除了必需的生活用电需求，居民用户希望在电价低时段使用家电。对于必需的生活用电需求，例如用户想下午下班到家后能有热水洗澡，那热水器必须在用户到家之前把水加热到设定的温度值；对于非生活必需的用电需求，例如夜间电价较低时段，人们可能会安排电动汽车充电。从这一点考虑，对于居民用户智能家电的用电特性，用户需要设定每个智能家电的持续用电时长、希望的用电时段以及单位小时智能家电的耗电量。另外，对于一些智能家电的用电特性，需要考虑在用电过程中可以根据实际需求临时中断用电任务。例如：正在充电的电动汽车在电价较高时停止充电，待电价降到可接受的程度后继续充电，这类智能家电称为可中断负荷。同时，也存在一些智能家电在用电任务一旦开始后就不能中断或者是用户不想其中断，例如已经开始进入煮饭模式的电饭锅，无论电价如何变化都不能中断其煮饭行为，这类智能家电称为不可中断负荷。
2居民用户智能用电系统相关模型
家庭智能用电系统包含分布式发电（风力发电机、光伏发电）、蓄电池、负荷和市电。
2.1风力发电模型
风力发电机是将风动能转化为机械能，进而转化为电能的装置。风力发电机的输出功率与风速的关系为：
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2.2光伏发电模型
光伏发电等效为由太阳电池组件串并联构成，而太阳电池组件由单体太阳电池串并联构成。
光伏发电功率为:.png)
2.3蓄电池模型
设SOC为蓄电池荷电状态；SOC0为蓄电池初始荷电状态；Cr为蓄电池实际电量；CN为蓄电池额定电量；Ie为蓄电池充放电电流，；Δt为蓄电池充放电时间；ηich为蓄电池充电效率，则蓄电池的模型可表示为：
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2.4负荷模型
家庭智能用电系统中负荷按照与输出功率与环境参数的关系可以分为以下3类。
（1）开关型负荷开关型负荷只有开和关两种状态，用0表示关，1表示开。当负荷状态为开时，实际功率为额定功率；当负荷状态为关时，实际功率为0。负荷参数为负荷的开关状态。
（2）分档型负荷分档型负荷包括可进行开关操作的开关型负荷和可进行档位调节的多级分段负荷。负荷参数为负荷的额定功率和负荷的总档位数。
（3）调节型负荷调节性负荷可以工作在不同的工作状态上，且负荷的工作状态与环境参数（如温度、照度）有关。
2.5市电模型
设Pload为负荷消耗的总功率，PDG为分布式发电（或蓄电池）提供的总功率，则电网供给系统的功率Pgrid可表示为:.png)
3智能家居用电策略模型
3.1假设前提
为了更简单地建立和求解模型，我们需要做如下一些基本假设。
（1）已知各时段电价智能电网的特点之一就是采用分时电价计费模式。在我国某些地区已经实行了分时电价计费模式，例如广州14∶00～17∶00，19∶00～22∶00，实行的是峰时电价，为98.75分/度；8∶00～14∶00，17∶00～19∶00，22∶00～24∶00实行的是平段电价，为61.00分/度；0∶00～8∶00实行的是谷时电价，为31.97分/度。
（2）用户总用电量不变假设用户每天的总用电量不变，只改变其用电计划。用户可以通过将可控智能家电的使用时间从用电峰时改变到用电谷时来规避高电价。
（3）用户安装有智能家电假设用户的电器都具有智能模式，用户可以根据用电计划预先设置电器起停时间及工作模式，且每个家电在某一种工作模式下相同时间段内均以额定功率运行，即在每个时段内的用电量一定。
（4）用户按照自身情况给出合理参数假设用户均为理性的，能够按照自身情况给出合理的参数，以便求解适合自己的用电策略。
（5）用户使用各个智能家电的起停时刻均为整点在实际生活中各个家电开始工作或结束工作的时间都是随机的，这里假设各个智能家电的工作时间均为整小时数，且开始和结束时间均为整时刻。以下模型建立和求解过程均以上述5个假设为前提而进行。
3.2参数说明
（1）可控家电集合，如洗衣机，热水器，空调，消毒柜，电动汽车，蒸汽挂烫机等；（2）具体单个可控家电；（3）一天24个时段；（4）时段内的电价；（5）可控家电在一个时段内的用电量；（6）可控家电的用电计划，为0-1变量，当在时段使用了可控家电，当在时段没有使用可控家电。
3.3用户电费缴纳满意度
用户电费缴纳满意度即为用户缴纳电费的多少，在同等总用电量情况下，缴纳电费越少的用电计划用户越满意。根据上述原则建立了用户电费缴纳满意度模型。每天的电费等于各个可控家电与不可控家电的电费的总和，由于优化前后不可控家电用电计划不改变，其缴纳的电费也不变，为了简化分析，可以只考虑可控家电缴纳的电费，则模型的目标函数如下：
约束条件为：
式（2）表示可控家电i每天用电量。其中，Hi为定值。式（3）表示各时段所有可控家电总用电功率上限。其中，Wmax表示用户线路最大容量，wconstant表示该时段不可控家电功率。
3.4用户用电方式满意度
用户是电力营销的对象，是电力市场的重要组成部分，在进行用电计划制定时，应当充分考虑用户对用电方式满意度的变化，从而定量评估其对用电计划变化的反应程度。本文给出了用户满意度的一种评估方法，用户电力消费的满意度包括充盈度和舒适度两个方面。充盈度表征用户总电量需求的满足程度，而舒适度则反映用户用电习惯改变的多少。由前面假设可知，用户改变用电计划，但其总用电量不变，即充盈度是不变的。这里可认为用电舒适度即为用电方式的满意度。
一般来讲，考虑到用户对电价的自适应性，可以认为，在相对稳定的电价水平下，用户将会自主选择其舒适度最大的用电方式。因此，假定在不进行智能用电的情况下，用户选择的用电方式满意度最高，并以此确定用户在不同的用电计划中的满意度大小。在同等条件下，用电计划改变越多，用户用电方式满意度越低；用电计划改变越少，用电方式满意度越高。
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论文作者:李红梅 王晓棠 张悦 宋万军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/3/21
标签：家电论文; 用户论文; 电价论文; 智能论文; 负荷论文; 满意度论文; 可控论文; 《电力设备》2017年第35期论文;