1.家庭能量管理的協(xié)同調度策略

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，減少電網供電比例;

②主動負荷轉移，提高分布式電源利用率;

③儲能設備充放電，實現(xiàn)削峰填谷;

④多電價模式，提供需求響應條件。

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

從負荷角度考慮，雖然不同家庭的負荷特性各異，但各類負荷比例相對固定，而且由典型的家庭能耗比例可知溫控負荷與可控負荷占家庭能耗的80%。因此，通過合理調度溫控負荷、確定可控負荷最優(yōu)工作點以及利用蓄電池轉移光伏電能，就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的經濟運行和光伏發(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)據及氣象數(shù)據，預測下一日的光伏出力和負荷數(shù)據，特別是對溫控負荷的預測。然后，利用系統(tǒng)的人機交互供能獲取用戶對空調等溫控負荷的需求以及洗衣機等主動可控負荷的定時任務需求。最后，根據光伏出力曲線和排除需調度負荷后的負荷曲線，在滿足用戶對溫度、設備使用需求等舒適度約束條件前提下，求解系統(tǒng)的最大收益目標函數(shù)，得到每一調度周期的儲能充放電狀態(tài)以及調度負荷的工作狀態(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函數(shù)

對于實現(xiàn)光伏上網的家庭用戶，其能量管理的經濟運行體現(xiàn)在通過“自發(fā)自用”的電價補貼和“余電上網”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低于其他設備的設計使用壽命，并且和它的使用方式密切相關，不合理地使用將導致設備頻換更換，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)同調度策略更加合理。目標函數(shù)定義為

(6-7) 式中：△t為調度周期持續(xù)時間;PPV(t)、PB(t)、PG(t)分別為調度周期內光伏、蓄電池、市電的有功功率;CG(t)為上網電價;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的壽命消耗;fB為蓄電池的價格。當蓄電池充電時，認為其老化費用為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)為調度周期內負荷設備的有功功率，包括調度負荷和不可控負荷的總功率。

(2)蓄電池約束。蓄電池約束是目標函數(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荷使用時間的轉移不影響用戶對家電設備的正常使用。

溫控型負荷溫度約束

Tdown(t)

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

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

(6-12)

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