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王蘭
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
從目前國內(nèi)外的研究來看，對于家庭微電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度問題有大量的研究，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，該模型對家用設(shè)備進(jìn)行了分類，并對設(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Matlab仿真算例驗(yàn)證該模型對家庭用電設(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)手段來實(shí)現(xiàn)用戶對家庭用電設(shè)備的檢測、管理和減少電費(fèi)開支。在分時(shí)電價(jià)的大環(huán)境下合理地使用電器來達(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家能源網(wǎng)），電網(wǎng)通過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)長等，并且通過電閘進(jìn)一步來控制設(shè)備。收集到的數(shù)據(jù)通過智能插座上傳給多目標(biāo)優(yōu)化器來進(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)及用戶對設(shè)備的使用意向來進(jìn)行優(yōu)化，并把優(yōu)化的結(jié)果傳送給智能插座來控制設(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)備通過智能插座全部與管理系統(tǒng)相連。當(dāng)HEMS開始運(yùn)行后，這些設(shè)備就會立即作出反應(yīng)，在整個(gè)優(yōu)化過程里，系統(tǒng)會將優(yōu)化的時(shí)間劃分為長度相同的子時(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、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)市場調(diào)查每消耗一度電的碳排放量是 0.785 kg。就目前國內(nèi)的情況，小區(qū)沒有安裝光伏發(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、儲電的過程。本文不再贅述。
2 .3 約束條件
2.3.1 功率對等約束條件
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) 備控制的溫度有沒有達(dá)到要求。所以對溫控設(shè) 備來說不存在時(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
對某一電器設(shè)備來說，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，不可避免地會引起用戶的不滿。同樣，當(dāng)一個(gè)目標(biāo)達(dá)到佳時(shí)，會對其他兩個(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)對不同目標(biāo)的不同要求，將目標(biāo)通過某種方式轉(zhuǎn)變?yōu)閱文繕?biāo)優(yōu)化可以求解的問題。缺點(diǎn)是僅能求出優(yōu)化問題的局部優(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)，通過迭代尋找到優(yōu)解。粒子群的標(biāo)準(zhǔn)算法容易陷入局部優(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，避免陷入局部優(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，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)化器通過平移柔性設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間來節(jié)省電費(fèi)，通過每一天的電量使用檢測追蹤用戶側(cè)的碳排放量，通過使設(shè)備在用戶理想的時(shí)間段運(yùn)行來保證用戶滿意度，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之間對電動車進(jìn)行充電操作，為了不影響用戶在第二天對電動自行車的正常使用
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
在對整個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的過程中，使用了Matlab軟件，并將得到的結(jié)果以圖的方式表現(xiàn)出來。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比出，峰時(shí)段和平時(shí)段購電支出都有所降低 ， 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)段移動到谷時(shí)段，有效避開了峰值電價(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。用戶端急需解決的研究內(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對用戶端用電情況進(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)備升級提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。
5.2應(yīng)用場所
（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、金融機(jī)構(gòu)建筑等）；
（3）旅游建筑（賓館飯店、娛樂場所等）；
（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、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
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)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電能等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分狀態(tài)，以及有關(guān)故障、告警等信號。
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)移動到每個(gè)回路附近時(shí)，鼠標(biāo)指針變?yōu)槭中?，鼠?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)相電流趨勢曲線及24小時(shí)電壓趨勢曲線。
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，在查詢界面中能夠自定義需要查詢的參數(shù)、規(guī)定時(shí)間或選擇查詢更新的記錄數(shù)據(jù)等，并通過報(bào)表方式顯示出來。用戶可以根據(jù)需要定制運(yùn)行日報(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，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?、隔離開關(guān)、接地刀分、合動作等遙信變位，保護(hù)動作、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，并根據(jù)事件等級發(fā)出告警。系統(tǒng)提醒時(shí)自動彈出實(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)行存儲和管理，方便用戶對系統(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
系統(tǒng)可以對整個(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，運(yùn)行維護(hù)人員可以通過諧波分析棒圖、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)測功能的電力儀表，不需要可刪除。
9）遙控操作
系統(tǒng)支持對斷路器、隔離開關(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，對于每次遙控操作，系統(tǒng)自動生成操作記錄，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）。可以定義不同級別用戶的登錄名、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）畫面監(jiān)控
畫面監(jiān)控展示了當(dāng)前實(shí)時(shí)畫面（畫面直播），選中某一個(gè)變配電站，即可查看該變配電站內(nèi)畫面信息。
13）用戶報(bào)告
用戶報(bào)告頁面主要用于對選定的變配電站自動匯總一個(gè)月的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對變壓器負(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
應(yīng)用場合 | 型號 | 圖 片 | 功能 |
電能管理軟件 | Acrel-3000WEB |
| Acrel-3000WEB電能管理軟件全方監(jiān)視用戶配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和電量數(shù)據(jù)，為用戶提供更好的運(yùn)維服務(wù)。平臺提供用戶概況、電力數(shù)據(jù)監(jiān)測、電能質(zhì)量分析、用電分析、日/月/年用能數(shù)據(jù)報(bào)表、異常事件報(bào)警和記錄、運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測等功能，并支持多平臺、多終端數(shù)據(jù)訪問。 |
智能網(wǎng)關(guān) | Anet-2E8S1 |
| 8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP.DL/T645-1997、DL/1645-2007、CJT188-2004、OPC UA等協(xié)議的數(shù)據(jù)接入，ModbusT-c(主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT等協(xié)議上傳，支持不同協(xié)議向多平臺轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù);輸入電源:AC/DC 22ov，導(dǎo)軌式安裝。 |
ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、從）、104(主、從）、建筑能耗、SNMP、MOTT;（主模塊）輸入電源:DC 12 V ~36 V .支持4G擴(kuò)展模塊，485擴(kuò)展模塊。 | |
ANet-485 | M485模塊:4路光耦隔離RS485 | ||
ANet-M4G | M4G模塊:支持4G全網(wǎng)通 | ||
35kV/10kV/6kV微機(jī)保護(hù)裝置 | AM6系列 |
| 35kV及以下配電系統(tǒng)線路、主變、配電變壓器、電動機(jī)、電容器、PT監(jiān)測/PT并列、母聯(lián)/備自投等保護(hù)。 |
35kV/10kV/6kV弧光保護(hù) | ARB5-M |
| 主控單元，可接20路弧光信號或4個(gè)擴(kuò)展單元，弧光保護(hù)<8組）、失靈保護(hù)(4組）、TA斷線監(jiān)測（4組）、非電量保護(hù)、裝置故障告警 |
ARB5-E | 擴(kuò)展單元，每個(gè)擴(kuò)展插件可以采集5路弧光信號 | ||
ARB5-S |
| 弧光探頭，建議安裝地點(diǎn)包括（但不僅限于）斷路器室、電纜室、母線室，可面板開孔安裝，亦可支架式安裝。弧光探頭的檢測范圍是一個(gè)角度為180°，半徑0.5m的扇形區(qū)域。 | |
35kV/10kV/6kV進(jìn)線柜電能質(zhì)量在線監(jiān)測 | APView500 |
| 裝置1024點(diǎn)波形采樣，集諧波分析、波形采樣、電壓暫降/暫升/中斷、閃變監(jiān)測、電壓不平衡度監(jiān)測、事件記錄、測量控制等功能為一體，能夠滿足110kV及以下供電系統(tǒng)電能質(zhì)量監(jiān)測的要求。 |
35kV/10kV/6kV間隔智能操控、節(jié)點(diǎn)測溫 | ASD500 |
| 液晶屏顯示一次回路動態(tài)模擬圖、彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗(yàn)電、核相、3路溫濕度控制及顯示、遠(yuǎn)方/就地、分合閘、儲能旋鈕、預(yù)分預(yù)合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應(yīng)、柜內(nèi)照明控制、1路以太網(wǎng)、2路RS485、1路USB接口、GPS對時(shí)、高壓內(nèi)電氣接點(diǎn)無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4~20mA輸出 |
35kV/10kV/6kV傳感器 | ATE400 |
| 合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃;傳輸距離空曠150米 |
35kV/10kV/6kV間隔電參量測量 | APM830 |
| 三相(I、u、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cos） ，零序電流In，四象限電能，電流、電壓不平衡度，66種報(bào)警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD顯示 |
高壓重要回路 或低壓進(jìn)線柜 | APM810 |
| 三相(I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、coso)，零序電流In，四象限電能，電流、電壓不平衡度，負(fù)載電流柱狀圖顯示，66種報(bào)警類型及外部事件（SOE)各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)展記錄，2-63次諧波，2DI+2DO,RS485/Modbus，LCD顯示 |
AEM96 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，正反向無功電能統(tǒng)計(jì);2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率)﹔電流規(guī)格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級 | |
ADW300/4G |
| 三相電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率測量;電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量;電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量當(dāng)月及上三月的電壓、電流、功率記錄;上十二月歷史需量記錄;事件記錄、復(fù)費(fèi)率、四象限電能及歷史電能記錄;支持4路開關(guān)量輸入、2路開關(guān)量輸出;支持4路測溫;支持1路剩余電流測量;支持本地顯示及按鍵設(shè)置;有功電能精度1級。通訊方式:支持RS485通訊、Lora無線通訊、4G通訊;WIFI通訊 | |
0.4kV出線 | AEM72 |
| 三相電參量U、I、P、0、s、PF、F測量，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，正反向無功電能統(tǒng)計(jì);2-31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）﹔電流規(guī)格3×1.5(6)A，有功電能精度0.5S級.無功電能精度2級 |
DTSD1352 |
| 三相電參量u、I、P、Q、s、PF、F測量，分相正向有功電能統(tǒng)計(jì)，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，總正反向無功電能統(tǒng)計(jì)﹔紅外通訊;電流規(guī)格:經(jīng)互感器接入3×1(6)A.直接接入3×10(8o)A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級。 | |
ACR120EL |
| LCD顯示、全電參量測量(U、1、P、Q、PF、F);四象限電能計(jì)量;RS485/Modbus;可選復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì);4DI+2DO;RS485通訊接口、Modbus 協(xié)議 | |
照明箱 | DDSD1352 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計(jì)量;紅外及RS485通訊;電流規(guī)格:10(60）A，有功電能精度1級，無功精度2級;可選配復(fù)費(fèi)率 |
DDS1352 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，正反向電能計(jì)量;RS485通訊;電流規(guī)格:10(60)A，有功電能精度1級，無功精度2級;尺寸:1P | |
電流互感器 | AKH-0.66/K型 |
| 開口式電流互感器 |
6 結(jié)語
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平臺下進(jìn)行了數(shù)據(jù)的仿真模擬。通過數(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用電設(shè)備的舒適度，也從家庭方面針對碳排放做了檢測與追蹤，對環(huán)境保護(hù)起到一定的作用，對以后減少碳排放做出貢獻(xiàn)。在未來，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)對碳排放量的減少也可進(jìn)行優(yōu)化，來增加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，以此來共享發(fā)電成本。每個(gè)家庭都采用其*佳策略來*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.2022.05
