任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：現(xiàn)如今，分時(shí)電價(jià)的盛行改變了原來(lái)的用電模式，不僅要保證用電費(fèi)用降低，更要保證用戶用電的舒適度。因此提出了基于分時(shí)電價(jià)和多目標(biāo)優(yōu)化的家庭電能管理系統(tǒng)。首先 ，將常用的家用設(shè)備按照家用設(shè)備的用電特性進(jìn)行了分類。然后，家庭電能管理系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型的建立以家庭用電成本的優(yōu)化，用戶舒適度的提升和碳排放量的追蹤為目標(biāo)。對(duì)家庭電能管理系統(tǒng)模型使用改進(jìn)的粒子群算法進(jìn)行優(yōu)化驗(yàn)證。通過(guò)使用 Matlab 進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn) ，驗(yàn)證該方法在降低用電成本提高用戶舒適度和追蹤碳排放量方面有顯著的優(yōu)化效果。

關(guān)鍵詞：家庭電能管理；分時(shí)電價(jià)；多目標(biāo)優(yōu)化；改進(jìn)的粒子群算法；優(yōu)化調(diào)度

0 引言

從目前國(guó)內(nèi)外的研究來(lái)看，對(duì)于家庭微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度問(wèn)題有大量的研究，提出如何將居民用電設(shè)備進(jìn)行分類。本文在沒(méi)有光伏發(fā)電與風(fēng)力發(fā)電等能源裝置，結(jié)合了已有的家庭電能管理系統(tǒng)研究基礎(chǔ)，考慮優(yōu)化目標(biāo)用戶舒適度、電價(jià)成本和碳排放量的追蹤建立在分時(shí)電價(jià)下的多目標(biāo)模型，以保證不同家電用電行為下的調(diào)度。因此提出了基于分時(shí)電價(jià)和多目標(biāo)優(yōu)的家庭電能管理系統(tǒng)的優(yōu)化模型，該模型對(duì)家用設(shè)備進(jìn)行了分類，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，管理使其合理的運(yùn)行達(dá)到的運(yùn)行狀態(tài)。*后通過(guò)Matlab仿真算例驗(yàn)證該模型對(duì)家庭用電設(shè)備有較好的適應(yīng)性，也保證用戶舒適度。

1 家庭電能管理系統(tǒng)架構(gòu)

家庭電能管理系統(tǒng)是電網(wǎng)在用戶消費(fèi)側(cè)的重要組成部分，它利用一定的技術(shù)手段來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)家庭用電設(shè)備的檢測(cè)、管理和減少電費(fèi)開(kāi)支。在分時(shí)電價(jià)的大環(huán)境下合理地使用電器來(lái)達(dá)到減少電費(fèi)，控制以家庭為主的碳排放，起到保護(hù)環(huán)境的作用。利用多目標(biāo)優(yōu)化算法使用戶舒適度 、電能消耗和碳排放達(dá)到其架構(gòu)如圖 1所示。

系統(tǒng)主要包括智能插座，智能電表。智能電表可以把家庭的用電情況上傳給國(guó)家能源網(wǎng)），電網(wǎng)通過(guò)智能電表給用戶家庭提供電能和提供分時(shí)電價(jià)的價(jià)格。智能插座連接用戶的用電設(shè)備，獲取用電設(shè)備的基本數(shù)據(jù)，例如功率，電壓和用電時(shí)長(zhǎng)等，并且通過(guò)電閘進(jìn)一步來(lái)控制設(shè)備。收集到的數(shù)據(jù)通過(guò)智能插座上傳給多目標(biāo)優(yōu)化器來(lái)進(jìn)行分析。多目標(biāo)優(yōu)化控制器將得到的數(shù)據(jù)結(jié)合三個(gè)優(yōu)化條件（用戶舒適度碳排放量和電能的消耗）和電網(wǎng)公布的分時(shí)電價(jià)及用戶對(duì)設(shè)備的使用意向來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，并把優(yōu)化的結(jié)果傳送給智能插座來(lái)控制設(shè)備的使用。

2 家庭電能管理系統(tǒng)優(yōu)化模型

家庭電能管理系統(tǒng)是針對(duì)擁有多個(gè)家居用電設(shè)備的單個(gè)用戶，這些設(shè)備通過(guò)智能插座全部與管理系統(tǒng)相連。當(dāng)HEMS開(kāi)始運(yùn)行后，這些設(shè)備就會(huì)立即作出反應(yīng)，在整個(gè)優(yōu)化過(guò)程里，系統(tǒng)會(huì)將優(yōu)化的時(shí)間劃分為長(zhǎng)度相同的子時(shí)間段。

2 .1 用電負(fù)荷模型

在日常生活里，每個(gè)用電設(shè)備都有不同的用電方式，本文依據(jù)設(shè)備間的用電特性將所有家用設(shè)備分為剛性設(shè)備柔性設(shè)備和 HVAC設(shè)備。剛性設(shè)備表示用電設(shè)備的使用時(shí)間不會(huì)根 據(jù)優(yōu)化系統(tǒng)而改變，例如冰箱、電燈等。柔性設(shè)備又根據(jù)設(shè)備使用時(shí)間在平移過(guò)程中可否中 斷分為兩類： ①可平移不可中斷設(shè)備，如洗碗機(jī)、洗衣機(jī)，其運(yùn)行時(shí)段可以進(jìn)行移動(dòng)、調(diào)整，但工作期間設(shè)備不可中斷；②可平移可中斷設(shè)備，表示此類家用設(shè)備的使用時(shí)間根據(jù)優(yōu)化系統(tǒng)而發(fā)生變化，并且在運(yùn)行期間可中斷使用，如電動(dòng)車，熱水器。HVAC 設(shè)備表示此類設(shè)備的使用情況只與溫度有關(guān)，如空調(diào)。

2.1.1 剛性設(shè)備

該類設(shè)備直接影響著用戶的正常生活，不會(huì)隨著優(yōu)化發(fā)生改變，例如電冰箱，電燈等。

剛性設(shè)備模型：

2.1.2 柔性設(shè)備

該類設(shè)備的用電時(shí)間較為靈活，依據(jù)用電特性和用電過(guò)程中可否中斷分為可平移不可中斷設(shè)備和可平移可中斷設(shè)備。

可平移可中斷設(shè)備模型：

2.1.3 HAVC設(shè)備

暖通空調(diào)系統(tǒng)（heating，ventilation and aircon- ditioning，HVAC）是包含溫度、濕度、空氣清凈度以及空氣循環(huán)的控制系統(tǒng)，因此室內(nèi)外溫度，以及用戶自行設(shè)置的*佳溫度值和房屋的熱參數(shù)決定了該類設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間 。

2 .2 優(yōu)化調(diào)度目標(biāo)函數(shù)

2.2.1 經(jīng)濟(jì)目標(biāo)函數(shù)

經(jīng)濟(jì)目標(biāo)函數(shù)是把家庭用電費(fèi)用作為優(yōu)化目標(biāo)。優(yōu)化后的值越小表示優(yōu)化效果越好。

2.2.2 用戶舒適度函數(shù)

用戶舒適度函數(shù)是將用戶對(duì)用電設(shè)備優(yōu)化后的使用時(shí)間段的滿意度作為優(yōu)化目標(biāo)。優(yōu)化 后的數(shù)值越大，表示用戶對(duì)于優(yōu)化后的設(shè)備使用時(shí)間滿意度越高。

2.2.3 碳排放量函數(shù)

家庭側(cè)碳排放有很多種，例如汽車尾氣排放，煤氣灶生活做飯等，本文選擇煤炭發(fā)電導(dǎo) 致的碳排放，根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查每消耗一度電的碳排放量是 0.785 kg。就目前國(guó)內(nèi)的情況，小區(qū)沒(méi)有安裝光伏發(fā)電裝置，碳排放量與用電量消耗的線性關(guān)系如下：

在以后的發(fā)展中，小區(qū)里有了光伏發(fā)電裝置后，碳排放量與光伏發(fā)電的使用效率有關(guān)，當(dāng)光伏發(fā)電的用電效率達(dá)到碳排放量；反之當(dāng)光伏發(fā)電的用電效率達(dá)到，碳排放量達(dá)到*大。在光伏發(fā)電裝置中，需要有發(fā)電、儲(chǔ)電的過(guò)程。本文不再贅述。

2 .3 約束條件

2.3.1 功率對(duì)等約束條件

在家庭系統(tǒng)中電能需要守恒，即生產(chǎn)的電能與消耗的電能應(yīng)該保持平衡。功率平衡約束如下：

2.3.2 溫度設(shè)備約束條件

用戶對(duì)于溫控設(shè)備的運(yùn)作時(shí)間與工作時(shí)段并不關(guān)心，關(guān)心的是在特定的時(shí)間內(nèi)由溫控設(shè) 備控制的溫度有沒(méi)有達(dá)到要求。所以對(duì)溫控設(shè) 備來(lái)說(shuō)不存在時(shí)間約束，只存在溫度約束。其溫度約束如下：

2.3.3 工作時(shí)間約束條件

對(duì)某一電器設(shè)備來(lái)說(shuō)，需要工作的時(shí)間片數(shù)為 N，HEMS需要保證每一個(gè)電器設(shè)備都能夠完成工作。所以每個(gè)電器設(shè)備工作的時(shí)間片數(shù)應(yīng)該與 N 相等，即：

2 .4 多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度策略

2.4.1 多目標(biāo)優(yōu)化算法

在 2.2節(jié)介紹的3個(gè)目標(biāo)（用電費(fèi)用戶舒適度和碳排放量）中，如果僅將用電費(fèi)用優(yōu)化到低，在電價(jià)較低時(shí)才使用電，不可避免地會(huì)引起用戶的不滿。同樣，當(dāng)一個(gè)目標(biāo)達(dá)到佳時(shí)，會(huì)對(duì)其他兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)產(chǎn)生一定的影響。本文的多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度策略綜合考慮用電費(fèi)用戶舒適度以及碳排放量的因素，使得達(dá)到優(yōu)。

傳統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化方法都是根據(jù)對(duì)不同目標(biāo)的不同要求，將目標(biāo)通過(guò)某種方式轉(zhuǎn)變?yōu)閱文繕?biāo)優(yōu)化可以求解的問(wèn)題。缺點(diǎn)是僅能求出優(yōu)化問(wèn)題的局部?jī)?yōu)解，求解的結(jié)果強(qiáng)烈依賴于初始值。智能優(yōu)化算法的提出改善了這方面的問(wèn)題。目前的智能算法就是粒子群算法。

2.4.2 粒子群算法

粒子群（particleswarm optimization ，PSO）算法從隨機(jī)觸發(fā)，通過(guò)迭代尋找到優(yōu)解。粒子群的標(biāo)準(zhǔn)算法容易陷入局部?jī)?yōu)，導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確，且不能解決離散及組合優(yōu)化問(wèn)題。因此本文使用改進(jìn)的多目標(biāo)粒子群算法，在該算法中每個(gè)粒子的速度和位置按照如下方程來(lái)更新：

2.4.3 算法比較

圖2是標(biāo)準(zhǔn)的粒子群算法流程圖，圖,3是改進(jìn)的粒子群算法流程圖。比對(duì)圖2與圖3能看出，改進(jìn)的粒子群算法，在標(biāo)準(zhǔn)的粒子群算法基礎(chǔ)上，改變了權(quán)重因子w和學(xué)習(xí)因子c的取值方法，提高了粒子群算法的全局搜索能力，避免陷入局部?jī)?yōu)。

3 家庭電能管理系統(tǒng)

家庭電能管理系統(tǒng)運(yùn)作流程如下：

（1）在優(yōu)化前，多目標(biāo)優(yōu)化控制器獲取到設(shè)備的所有參數(shù)，其包括用電設(shè)備的額定功率和工作時(shí)長(zhǎng)，以及用戶希望設(shè)備工作的時(shí)間段。

（2）智能電表將獲取到的分時(shí)電價(jià)信息上傳給多目標(biāo)優(yōu)化控制器。

（3）多目標(biāo)優(yōu)化器通過(guò)平移柔性設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間來(lái)節(jié)省電費(fèi)，通過(guò)每一天的電量使用檢測(cè)追蹤用戶側(cè)的碳排放量，通過(guò)使設(shè)備在用戶理想的時(shí)間段運(yùn)行來(lái)保證用戶滿意度，后結(jié)合約束條件，制訂各柔性負(fù)荷的調(diào)度計(jì)劃。

（4）多目標(biāo)優(yōu)化控制器把調(diào)度計(jì)劃上傳給智能插座 ，使其在相應(yīng)的時(shí)間段運(yùn)行各用電設(shè)備。

調(diào)度流程圖如圖 4 所示。

4 實(shí)例分析

4 . 1 算例參數(shù)

本文以某一家庭數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析。該用戶家庭安裝有智能電表和多目標(biāo)優(yōu)化控制器，根據(jù)設(shè)備的特性不同，其家庭用電負(fù)荷情況不同，剛性負(fù)荷如表1所示，柔性負(fù)荷如表2所示。

家居設(shè)備優(yōu)化的目的在于保證各設(shè)備完成既定工作的前提下，盡可能壓縮用戶的電能成 本，同時(shí)保證負(fù)荷曲線峰谷差不致過(guò)大；用戶可以根據(jù)各自的習(xí)慣在HEMS中設(shè)置設(shè)備優(yōu)化 參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)以及電網(wǎng)提供的分時(shí)電價(jià)信息，HEMS可對(duì)家居用電設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行優(yōu)化。 例如，用戶可設(shè)置在晚上回家后的18；00至次日7：00之間對(duì)電動(dòng)車進(jìn)行充電操作，為了不影響用戶在第二天對(duì)電動(dòng)自行車的正常使用

須保證充電結(jié)束時(shí)充電量達(dá)到其總?cè)萘康?0%以上，HEMS會(huì)根據(jù)電網(wǎng)提供的分時(shí)電價(jià)信息選擇合適的充電時(shí)段，達(dá)到壓縮電能成本的目標(biāo)。其次對(duì)于空調(diào)的使用，全時(shí)段待機(jī)等候命令，當(dāng)室內(nèi)溫度不在規(guī)定的溫度范圍時(shí)，空調(diào)開(kāi)始運(yùn)作，直到溫度達(dá)到用戶設(shè)定的溫度則停止運(yùn)作。空調(diào)的參數(shù)設(shè)置如表 3 所示。

4 .2 仿真結(jié)果

在對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的過(guò)程中，使用了Matlab軟件，并將得到的結(jié)果以圖的方式表現(xiàn)出來(lái)。從圖 5 可以看出，當(dāng)室外溫度大于室內(nèi)溫度時(shí)，空調(diào)開(kāi)始運(yùn)作，直到室溫保持在溫度設(shè)定范圍內(nèi)則停止工作當(dāng)空調(diào)處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)消耗的電量可忽略不計(jì)。圖 6 是標(biāo)準(zhǔn)的粒子群算法下的優(yōu)化調(diào)度結(jié)果，圖7是改進(jìn)的粒子群算法優(yōu)化后調(diào)度結(jié)果。從兩幅圖可知，將負(fù)荷從峰時(shí)段平移到谷時(shí)段或者平時(shí)段，來(lái)減少電費(fèi)。

圖8為使用多目標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)前后各個(gè)時(shí)段的電量費(fèi)用對(duì)比，家庭電能管理系統(tǒng)負(fù)荷優(yōu)化調(diào)度結(jié)果充分說(shuō)明了系統(tǒng)策略調(diào)度的經(jīng)濟(jì)性電費(fèi)大部分都產(chǎn)生在峰時(shí)段，而優(yōu)化后HEMS系統(tǒng) 將一部分負(fù)荷轉(zhuǎn)移到平時(shí)段和谷時(shí)段，從而減少了峰時(shí)段電量的高運(yùn)作。圖9多目標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)前后各個(gè)時(shí)段的電量總費(fèi)用對(duì)比，可以看出優(yōu)化后的費(fèi)用增加平緩 ， 并低于優(yōu)化前電費(fèi)。從兩幅圖中能夠明顯地對(duì)比出，峰時(shí)段和平時(shí)段購(gòu)電支出都有所降低 ， 谷時(shí)段略有升高。從圖8和圖9能看出，使用標(biāo)準(zhǔn)的粒子群算法和改進(jìn)的粒子群算法都能夠減少電費(fèi)，標(biāo)準(zhǔn)的粒子群算法比優(yōu)化前減少了7.2%，改進(jìn)的粒子群算法減少了4.3%。

圖10 為使用多目標(biāo)優(yōu)化系統(tǒng)前后各個(gè)時(shí)段的功率對(duì)比圖，使用優(yōu)化系統(tǒng)之前，大部分的柔性設(shè)備都集中在了峰時(shí)段，也就是11：00— 13：00， 19：00—21：00；在優(yōu)化后，將一部分設(shè)備從峰時(shí)段移動(dòng)到谷時(shí)段，有效避開(kāi)了峰值電價(jià)時(shí)間段，達(dá)到了設(shè)備平移的目的起到了有效的削峰填谷作用。

表 5 為優(yōu)化前后關(guān)于電費(fèi)、滿意度和碳排放量的數(shù)據(jù)對(duì)比。從表中可以清晰地看出使用了優(yōu)化算法后電費(fèi)都減少了，但用戶對(duì)設(shè)備的使用時(shí)間滿意度，改進(jìn)的粒子群算法比標(biāo)準(zhǔn)的粒子群算法要高，標(biāo)準(zhǔn)的粒子群算法的電費(fèi)降低了7.2%，滿意度降低了23.9%，改進(jìn)的粒子群算法電費(fèi)降低了4.3%，滿意度降低了11.8%，從數(shù)據(jù)能夠看出，標(biāo)準(zhǔn)的粒子群算法容易陷入局部的優(yōu)化結(jié)果不是很理想。

5 安科瑞電能管理系統(tǒng)

5.1概述

用戶端消耗著整個(gè)電網(wǎng)百分之八十的電能，用戶端智能化用電管理對(duì)用戶可靠、節(jié)約用電有十分重要的意義。構(gòu)建智能用電服務(wù)體系，推廣用戶端智能儀表、智能用電管理終端等設(shè)備用電管理解決方案，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向良性互動(dòng)。用戶端急需解決的研究?jī)?nèi)容主要包括：表計(jì)，智能樓宇、智能電器、增值服務(wù)、客戶用電管理系統(tǒng)、需求側(cè)管理等課題。

Acrel-3000WEB電能管理解決方案通過(guò)對(duì)用戶端用電情況進(jìn)行細(xì)分和統(tǒng)計(jì)，以直觀的數(shù)據(jù)和圖表向管理人員或決策層展示各分項(xiàng)用電的使用消耗情況，便于找出高耗能點(diǎn)或不合理的耗能習(xí)慣，節(jié)約電能，為用戶進(jìn)一步節(jié)能改造或設(shè)備升級(jí)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

5.2應(yīng)用場(chǎng)所

（1）辦公建筑（商務(wù)辦公、大型公共建筑等）；

（2）商業(yè)建筑（商場(chǎng)、金融機(jī)構(gòu)建筑等）；

（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂(lè)場(chǎng)所等）；

（4）科教文衛(wèi)建筑（文化、教育、科研、醫(yī)用衛(wèi)生、體育建筑等）；

（5）通信建筑（郵電、通信、廣播、電視等）；

（6）交通運(yùn)輸建筑（機(jī)場(chǎng)、車站、碼頭建筑等）。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.4系統(tǒng)功能

1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)人機(jī)界面友好，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。

2）電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表

系統(tǒng)以豐富的報(bào)表支撐計(jì)量體系的完整性。系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。該功能使得用電可視透明，并在用電誤差偏大時(shí)可分析追溯，維護(hù)計(jì)量體系的正確性。

3）詳細(xì)電參量查詢

在配電一次圖中，當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中危髽?biāo)單擊可查看該回路詳細(xì)電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢(shì)曲線及24小時(shí)電壓趨勢(shì)曲線。

4）運(yùn)行報(bào)表

系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)電力參數(shù)和歷史電力參數(shù)的存儲(chǔ)和管理功能，所有實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)、順序事件記錄等均可保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、指ding時(shí)間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過(guò)報(bào)表方式顯示出來(lái)。用戶可以根據(jù)需要定制運(yùn)行日?qǐng)?bào)、月報(bào)，支持導(dǎo)出Excel格式文件，還可以根據(jù)用戶要求導(dǎo)出PDF格式文件。

5）變壓器運(yùn)行監(jiān)視

系統(tǒng)對(duì)配電系統(tǒng)總進(jìn)線、主變壓器、重要負(fù)荷出線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)視，用曲線顯示電流、變壓器運(yùn)行溫度、有功需量、有功功率、視在功率、變壓器負(fù)荷率等運(yùn)行趨勢(shì)，分析變壓器負(fù)荷率及損耗，方便運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)掌握運(yùn)行水平和用電需求，確保供電可靠。

6）實(shí)時(shí)提醒

系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)提醒功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲?、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀分、合動(dòng)作等遙信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)事件等級(jí)發(fā)出告警。系統(tǒng)提醒時(shí)自動(dòng)彈出實(shí)時(shí)提醒窗口，并發(fā)出聲音提醒。

7）歷史事件查詢

系統(tǒng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶對(duì)系統(tǒng)事件和提醒進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

8）電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

系統(tǒng)可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測(cè)，運(yùn)行維護(hù)人員可以通過(guò)諧波分析棒圖、報(bào)表掌握進(jìn)線、變壓器、重要回路的電壓、電流諧波畸變率、諧波含量、電壓不平衡度等，及時(shí)采取相應(yīng)的措施，降低諧波損耗，減少因諧波造成的異常和事故(該功能需要選配帶諧波監(jiān)測(cè)功能的電力儀表，不需要可刪除。

9）遙控操作

系統(tǒng)支持對(duì)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地刀等進(jìn)行分、合遙控操作。系統(tǒng)具有嚴(yán)格的保護(hù)和操作權(quán)限管理功能，對(duì)于每次遙控操作，系統(tǒng)自動(dòng)生成操作記錄，記錄內(nèi)容包含操作人、操作時(shí)間、操作類型等。實(shí)現(xiàn)該功能需要斷路器本身具有電操機(jī)構(gòu)及保護(hù)保測(cè)控裝置具備遙控功能等硬件設(shè)備的支持。

10）用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如配電回路名稱修改等）?？梢远x不同級(jí)別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

11）通訊狀態(tài)圖

系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。從而方便運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的通訊狀態(tài)，及時(shí)維護(hù)出現(xiàn)異常的設(shè)備，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

12）畫(huà)面監(jiān)控

畫(huà)面監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫(huà)面（畫(huà)面直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)畫(huà)面信息。

13）用戶報(bào)告

用戶報(bào)告頁(yè)面主要用于對(duì)選定的變配電站自動(dòng)匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)變壓器負(fù)荷、配電回路用電量、功率因數(shù)、報(bào)警事件等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

14）APP支持

電力運(yùn)維手機(jī)支持“監(jiān)控系統(tǒng)"、“設(shè)備檔案"、“待辦事項(xiàng)"、“巡檢記錄"和“缺陷記錄"五大模塊，支持一次圖、需量、用電量、視頻、曲線、溫濕度、同比、環(huán)比、電能質(zhì)量、各種事件報(bào)警查詢，設(shè)備檔案查詢、待辦事件處理、巡檢記錄查詢等。

5.5系統(tǒng)硬件配置

6 結(jié)語(yǔ)

本文在構(gòu)建家庭電能管理系統(tǒng)架構(gòu)，家庭用電負(fù)荷模型的基礎(chǔ)上，提出了一種基于實(shí)時(shí)電價(jià)和多目標(biāo)優(yōu)化的家庭電能管理系統(tǒng)的調(diào)度與實(shí)現(xiàn)。以某一個(gè)家庭用戶為例，在Matlab平臺(tái)下進(jìn)行了數(shù)據(jù)的仿真模擬。通過(guò)數(shù)據(jù)的仿真結(jié)果，我們可以得出：本文提出的家庭電能管理系統(tǒng)能夠更好地兼顧用戶側(cè)的用電成本和用戶對(duì)用電設(shè)備的舒適度，也從家庭方面針對(duì)碳排放做了檢測(cè)與追蹤，對(duì)環(huán)境保護(hù)起到一定的作用，對(duì)以后減少碳排放做出貢獻(xiàn)。在未來(lái)，以小區(qū)為單位有了光伏發(fā)電裝置之后，可進(jìn)一步優(yōu)化電費(fèi)，同時(shí)對(duì)碳排放量的減少也可進(jìn)行優(yōu)化，來(lái)增加HEMS的經(jīng)濟(jì)效益。并且小區(qū)的所有用戶都使用了能量管理系統(tǒng)后，與區(qū)塊鏈技術(shù)相結(jié)合，以此來(lái)共享發(fā)電成本。每個(gè)家庭都采用其*佳策略來(lái)*小化能源消耗成本，用戶可以維護(hù)自己的能源消耗隱私。此外，能量管理系統(tǒng)分布在區(qū)塊鏈上，為參與者提供一個(gè)可信的通信媒介。穩(wěn)固智能合約旨在交易的執(zhí)行，無(wú)需智能社區(qū)第三方的參與。

【參考文獻(xiàn)】

【1】者佳男.吳 瑩.李 皎.基于分時(shí)電價(jià)和多目標(biāo)優(yōu)化的家庭電能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

【2】武東升. 家庭能量管理系統(tǒng)用電與電能調(diào)度優(yōu)化策略研究［D］. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2017.

【3】周中.智能電網(wǎng)用戶端電力監(jiān)控與電能管理系統(tǒng) 產(chǎn)品選型及解決方案[M] .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

【4】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05

作者簡(jiǎn)介：任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電能管理研究發(fā)展。