一種基于模糊控制的智能家庭能量管理系統(tǒng)

李德智，董明宇，尹忠東，李曉強(qiáng)，林 摯

(1.需求側(cè)多能互補(bǔ)優(yōu)化與供需互動(dòng)技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100192；2.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京 100192； 3.華北電力大學(xué)，北京 102206；4.國(guó)家電網(wǎng)公司，北京 100031)

0 引 言

智能電網(wǎng)(Smart Grid)的概念最初起源于美國(guó)，美國(guó)電科院(EPRI)最早于2000年提出了這個(gè)概念，并認(rèn)為是21世紀(jì)電網(wǎng)的主要發(fā)展態(tài)勢(shì)[1]。2009年以來，歐盟、美國(guó)、中國(guó)及其他一些國(guó)家根據(jù)本地區(qū)的特點(diǎn)，制定了各自的智能電網(wǎng)發(fā)展路線，并啟動(dòng)了研發(fā)和示范項(xiàng)目。如今，智能電網(wǎng)發(fā)展已步入關(guān)鍵時(shí)期。歐美國(guó)家在政府資金支持下開展的研發(fā)和示范項(xiàng)目大部分已完成，需要總結(jié)成熟技術(shù)、提出合理的市場(chǎng)機(jī)制和商業(yè)模式，建立各方普遍認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)體系，以激勵(lì)電力公司和其他私有資金投入以及用戶的積極參與，為智能電網(wǎng)技術(shù)的大范圍推廣實(shí)施掃清障礙[2]。如果將智能電網(wǎng)稱作“電網(wǎng)2.0”，那么能源互聯(lián)網(wǎng)可理解為“電網(wǎng)3.0”，能源互聯(lián)網(wǎng)除了具有智能電網(wǎng)諸如自愈、安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、兼容、與用戶友好互動(dòng)等特點(diǎn)外，也在智能電網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了升級(jí)與拓展[3]。在由美國(guó)北卡州立大學(xué)提出的未來電網(wǎng)FREEDM(Future Renewable Electric Energy Delivery and Management)系統(tǒng)中，為了加速消納分布式電源，針對(duì)居民側(cè)用戶提出了以家庭為單位與智能電網(wǎng)的接口，也可以稱為分布式智慧(Distributed Intelligence)[4]，或是本文所提到的智能家庭能量管理系統(tǒng)(HEMS, Home Energy Management System)。智能家庭能量管理系統(tǒng)作為擁有智能信息感知能力的電網(wǎng)末梢，將大力推動(dòng)電網(wǎng)發(fā)展。智能電網(wǎng)技術(shù)也為智能家庭能量管理系統(tǒng)帶來新的發(fā)展，在各種傳感器、通訊網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)支持下，可以實(shí)現(xiàn)家用電器的監(jiān)控及投切[5]，為家庭內(nèi)能流優(yōu)化、新能源就地消納打下了基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[6]指出，美國(guó)的用電組成中72%的電能消耗在居民用戶和商業(yè)用戶中，并且其中至少30%的電量是浪費(fèi)的。因此，承擔(dān)著削峰填谷、完成用戶側(cè)需求響應(yīng)等重要任務(wù)的智能家庭能量管理系統(tǒng)是改變能源現(xiàn)狀和用戶能源消費(fèi)模式的重要手段之一。

目前，家庭能量管理方面存在著不同處理方法。文獻(xiàn)[7]根據(jù)設(shè)備的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行開斷，對(duì)電網(wǎng)需求做出響應(yīng)，其缺點(diǎn)在于不能響應(yīng)目前主流的電價(jià)型需求響應(yīng)信號(hào)。文獻(xiàn)[8]根據(jù)分層組控制方法對(duì)家庭電器的投切進(jìn)行控制，但是其目的為防止家庭總負(fù)荷超出額定值，并未進(jìn)行能流優(yōu)化。文獻(xiàn)[9-11]在對(duì)負(fù)荷進(jìn)行分類時(shí)提出了可調(diào)負(fù)荷的概念，并且采用了混合整數(shù)線性規(guī)劃(MILP, Mixed Integer Linear Programming)來進(jìn)行能量管理。但從我國(guó)目前的情況來看，大部分系統(tǒng)無權(quán)對(duì)負(fù)荷進(jìn)行直接功率調(diào)節(jié)，而且在目前大部分家用電器設(shè)備尚無相關(guān)數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)的前提下，能量管理系統(tǒng)對(duì)此類信息的交換較為困難，因此直接通過系統(tǒng)對(duì)可調(diào)負(fù)荷進(jìn)行控制是比較難實(shí)現(xiàn)的，大部分負(fù)荷還需要依賴外部設(shè)備進(jìn)行控制與監(jiān)控。文獻(xiàn)[12]采用模糊數(shù)學(xué)的方法來描述用戶的舒適程度，并且提出了以用戶舒適度為導(dǎo)向的評(píng)價(jià)方法。

本文結(jié)合我國(guó)國(guó)情及實(shí)際情況，提出了一種可行的家庭能量管理系統(tǒng)拓?fù)?，并且在此基礎(chǔ)上，利用不需要提供預(yù)測(cè)信息的模糊控制方法來對(duì)系統(tǒng)的能流進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，最后使用真實(shí)數(shù)據(jù)對(duì)該方法進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真模擬，并驗(yàn)證了該方法的有效性。

1 智能家庭能量管理的現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)

目前來說，智能家庭能量管理的控制方法主要有3種：混合整數(shù)線性規(guī)劃(MILP)，連續(xù)松弛(CR, Continuous Relaxation)以及模糊控制(FLC, Fuzzy Logic Controller)[13]。

混合整數(shù)線性規(guī)劃需要大量的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，例如實(shí)時(shí)電價(jià)日前預(yù)報(bào)、負(fù)荷預(yù)測(cè)、可再生能源的出力預(yù)測(cè)等?；旌险麛?shù)線性規(guī)劃的效果取決于預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確程度，在預(yù)測(cè)準(zhǔn)確的前提下，其效果應(yīng)是最好的?；旌险麛?shù)線性規(guī)劃由于存在計(jì)算復(fù)雜度高，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)的問題，即便目前存在著一些解決辦法，但因?yàn)榉椒ㄟ^于昂貴，不適用于工程實(shí)際與商業(yè)應(yīng)用[13]。

連續(xù)松弛法作為混合整數(shù)線性規(guī)劃的代替方法，很好地降低了混合整數(shù)線性規(guī)劃的復(fù)雜度。簡(jiǎn)單來說，連續(xù)松弛法將混合整數(shù)線性規(guī)劃方法看作取值連續(xù)的普通線性規(guī)劃，犧牲一定性能來節(jié)省計(jì)算時(shí)間。但連續(xù)松弛法與混合整數(shù)線性規(guī)劃一樣依賴外部輸入的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，因此連續(xù)松弛法同樣存在著抗干擾能力差的問題。

相較于上述兩種方法，模糊控制最大的優(yōu)點(diǎn)在于它不依賴于外部輸入的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，這也使得模糊控制更加穩(wěn)定有效，而且對(duì)計(jì)算能力的需求也是最小的。同時(shí)，模糊控制能夠量化用戶的口頭語言，使得不了解家庭系統(tǒng)內(nèi)電氣參數(shù)的用戶也能很好地使用該系統(tǒng)。目前，歐洲能源公司E.ON已經(jīng)開展了采用模糊控制的家庭能量管理器的試點(diǎn)項(xiàng)目。

在現(xiàn)階段推廣家庭能量管理系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)需要突破[14]：

① 即插即用接口(PnP, Plug and Play)。智能家庭能量管理系統(tǒng)需要一個(gè)類似USB的標(biāo)準(zhǔn)即插即用接口，使得任何接入電網(wǎng)的設(shè)備身份能被迅速識(shí)別，并且能被分類成負(fù)荷、儲(chǔ)能以及電源。同時(shí)，根據(jù)電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，這種即插即用接口不但能工作在目前的交流工況下，也需要支持將來的直流工況。

②能量路由器。智能家庭能量管理系統(tǒng)中的能量路由器能夠監(jiān)控實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并且給出控制信號(hào)。目前來看，由能量路由器給出的控制只能控制部分設(shè)備的通斷，而無權(quán)進(jìn)行對(duì)類似于光伏的MPPT系統(tǒng)或是熱水器溫度系統(tǒng)等內(nèi)部控制系統(tǒng)進(jìn)行直接調(diào)整。能量路由器主要包括了整個(gè)系統(tǒng)的電路拓?fù)湟约翱刂品椒ǎ彩潜疚闹亟榻B的部分。能量路由器中應(yīng)包含信息路由器部分，其主要提供系統(tǒng)內(nèi)通訊骨架線路與對(duì)用戶友好的人機(jī)交互界面及操作系統(tǒng)，同時(shí)需要考慮與未來與其他用戶的能量路由器協(xié)調(diào)通訊。

2 智能家庭能量管理系統(tǒng)的拓?fù)浼翱刂七壿?/h2>

2.1 智能家庭能量管理系統(tǒng)的電路拓?fù)?/h3>

基于目前實(shí)際，我們所提出的智能家庭能量管理系統(tǒng)的具體拓?fù)淙鐖D1所示。由于現(xiàn)存負(fù)荷大部分為交流負(fù)荷，系統(tǒng)內(nèi)所有負(fù)荷都放在交流側(cè)，能有效加快負(fù)荷身份識(shí)別；而在直流側(cè)連接家庭的儲(chǔ)能設(shè)備與分布式電源。由于系統(tǒng)中存在交流母線和直流母線，僅需要稍加修改就能適應(yīng)未來有可能出現(xiàn)的直流負(fù)荷、直流配網(wǎng)、交直流配網(wǎng)等。

圖1 智能家庭能量管理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.1 Topology of home energy management system

智能家庭能量管理系統(tǒng)首先由外部電網(wǎng)的入戶220V交流供電，入戶線路上的可控開關(guān)負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)工作在孤島運(yùn)行狀態(tài)。系統(tǒng)中每條支路都安有可控開關(guān)，能量路由器可通過控制開關(guān)來投切設(shè)備或切除故障支路；同時(shí)通過電力電子換流器控制交流母線與直流母線間的能流傳輸與方向，從而控制整個(gè)系統(tǒng)與外界的能量交換。智能家庭能量管理系統(tǒng)需要是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，所以完整的系統(tǒng)內(nèi)除了圖中的負(fù)荷、儲(chǔ)能和電源等一次裝置以外，還包含了監(jiān)控、保護(hù)裝置、通訊線路和控制系統(tǒng)等組成的二次設(shè)備。智能家庭能量管理系統(tǒng)的目的在于實(shí)現(xiàn)分布式電源和負(fù)荷的靈活調(diào)整與高效應(yīng)用，解決數(shù)量龐大、形式多樣的分布式電源消納問題。

2.2 智能家庭能量管理系統(tǒng)的控制邏輯

在上文提出的智能家庭能量管理系統(tǒng)中，能流交換主要集中在分布式電源、外部電網(wǎng)、家庭負(fù)荷與家庭儲(chǔ)能之間。對(duì)于整個(gè)家庭系統(tǒng)來說，其目的是在盡可能消納更多的新能源的同時(shí)保證家庭運(yùn)行成本的最小，表示為具體函數(shù)為

(1)

式中：Pin為家庭向電網(wǎng)購入的功率；δ為實(shí)時(shí)電價(jià)函數(shù)；T為全部運(yùn)行時(shí)間。

對(duì)于普通用戶來說，最關(guān)心的還是電費(fèi)問題，本節(jié)主要通過語言描述幾種較有代表性情況下家庭系統(tǒng)如何通過控制家庭能流減少家庭整體運(yùn)行成本，并作為之后編寫規(guī)則引擎的參考。同時(shí)，由于家庭分布式電源容量配置較小，在規(guī)則編制中我們更鼓勵(lì)自發(fā)自用就地消納。

① 當(dāng)家庭內(nèi)分布式電源發(fā)電量PDG比家庭內(nèi)負(fù)荷需求PL高時(shí)，也就是PDG-PL>0時(shí)，家庭系統(tǒng)主要由分布式電源出力供電，此時(shí)換流器工作在逆變狀態(tài)。為提高家庭內(nèi)系統(tǒng)的可靠性仍保持與電網(wǎng)相連，當(dāng)家庭儲(chǔ)能SOC未達(dá)到較飽和狀態(tài)時(shí)且上網(wǎng)電價(jià)較低，多余電量通過家庭儲(chǔ)能吸收；當(dāng)家庭儲(chǔ)能SOC未達(dá)到較飽和狀態(tài)時(shí)且上網(wǎng)電價(jià)較低，多余電量采用余量上網(wǎng)。

②當(dāng)PDG-PL>0時(shí)，如果此時(shí)家庭儲(chǔ)能SOC已經(jīng)飽和，則考慮余量上網(wǎng)，此時(shí)換流器工作在逆變狀態(tài)，為家庭系統(tǒng)反送電量得到補(bǔ)貼。

③當(dāng)PDG-PL<0時(shí)，系統(tǒng)考慮并網(wǎng)運(yùn)行，如果此時(shí)儲(chǔ)能SOC水平較低且電網(wǎng)電價(jià)也較低，可以考慮大量購入電網(wǎng)電量，此時(shí)換流器工作在整流狀態(tài)，讓儲(chǔ)能設(shè)備儲(chǔ)存低價(jià)的電量。

④家庭凈負(fù)荷PDG-PL<0時(shí),如果此時(shí)電價(jià)較低，但儲(chǔ)能SOC較高，家庭購電較工況3減少，此時(shí)換流器工作在逆變狀態(tài)，使得儲(chǔ)能工作在放電狀態(tài)。

⑤家庭凈負(fù)荷PDG-PL<0時(shí), 如果此時(shí)儲(chǔ)能SOC與電價(jià)都較高，可以考慮讓換流器工作在逆變狀態(tài)使得儲(chǔ)能設(shè)備使用自身儲(chǔ)存的低價(jià)電能提供一部分負(fù)荷功率，因此系統(tǒng)購電量能夠得到減少。

⑥家庭凈負(fù)荷PDG-PL<0時(shí), 如果此時(shí)電價(jià)較高，但儲(chǔ)能SOC低，此時(shí)減少儲(chǔ)能放電速度；當(dāng)儲(chǔ)能SOC過低時(shí)，為防止深放電，則被迫轉(zhuǎn)向充電狀態(tài)。

3 基于模糊控制的智能家庭能量控制策略

鑒于提出的智能家庭能量控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)所涉及元件在不同家庭中的精確建模不盡相同，并且大部分用戶不了解這些詳細(xì)數(shù)據(jù)，我們采取模糊控制來協(xié)調(diào)家庭內(nèi)的能量分配。模糊控制良好的魯棒性可以很好地克服實(shí)際硬件中的隨機(jī)噪聲，由于不需要額外的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)輸入，實(shí)時(shí)性也較強(qiáng)[15]。

模糊控制的主要過程如圖2所示。

圖2 模糊控制流程
Fig.2 Flow chart of fuzzy control

從前文控制邏輯來看，系統(tǒng)從外吸收功率(Pin)主要與家庭凈負(fù)荷(Pnet)、家庭儲(chǔ)能SOC與實(shí)時(shí)電價(jià)(Price)相關(guān)。

3.1 系統(tǒng)變量及其隸屬函數(shù)

基于模糊控制的智能家庭能量控制系統(tǒng)主要有3個(gè)輸入變量：凈負(fù)荷、儲(chǔ)能SOC及實(shí)時(shí)電價(jià)；以及一個(gè)輸出變量：購入功率。

本文將輸入變量依據(jù)大小分為5個(gè)層次，以實(shí)時(shí)電價(jià)為例，將電價(jià)分為較低、低、正常、高以及較高。圖3～圖6為各個(gè)變量的隸屬函數(shù)。

圖3 家庭凈負(fù)荷的隸屬函數(shù)Fig.3 The membership functions of net load

圖4 家庭儲(chǔ)能SOC的隸屬函數(shù)Fig.4 The membership functions of the SOC of home energy storage

圖5 實(shí)時(shí)電價(jià)的隸屬函數(shù)Fig.5 The membership functions of real time electricity price

圖6 系統(tǒng)購入功率的隸屬函數(shù)Fig.6 The membership functions of purchased grid power

圖7為電價(jià)與儲(chǔ)能SOC為變量的曲面視圖，可以看到曲面連續(xù)且較為光滑，控制性能較好。

圖7 推理邏輯的曲面視圖Fig.7 Curved surface of the rule engine

圖8 家庭負(fù)荷曲線Fig.8 Load curve of a random household

圖9 光伏發(fā)電量Fig.9 Photovoltaic output of a random household

圖10 家庭凈負(fù)荷Fig.10 Net load of a random household

圖11 實(shí)時(shí)電價(jià)Fig.11 The input real time electricity price

要注意的是圖8～圖11中輸出變量購入功率也是分為6個(gè)層次：分別為余量上網(wǎng)、無、少、中等、多與極多。為了在解模糊過程中在特定情況下穩(wěn)定判斷為斷網(wǎng)運(yùn)行，“無”的隸屬函數(shù)與Y軸重合。

3.2 規(guī)則引擎的建立

由于輸入變量有家庭凈負(fù)荷、家庭儲(chǔ)能SOC以及實(shí)時(shí)電價(jià)3種，且每種變量被分為5個(gè)層次，所以最終組合方式有53=125種，其詳細(xì)規(guī)則如表1～表5所示。

表1 電價(jià)較低時(shí)的購入電量

表2 電價(jià)低時(shí)的購入電量

表3 電價(jià)中等時(shí)的購入電量

表4 電價(jià)高時(shí)的購入電量

表5 電價(jià)較高時(shí)的購入電量

4 仿真模擬

本文以來自澳大利亞珀斯市中一戶帶光伏逆變器的居民用戶的日負(fù)荷數(shù)據(jù)與光伏發(fā)電量來計(jì)算家庭凈負(fù)荷，數(shù)據(jù)來源為PVOutput網(wǎng)站。電價(jià)數(shù)據(jù)為美國(guó)愛克斯龍旗下ComED公司所提供的日前電價(jià)預(yù)測(cè)曲線經(jīng)處理之后的結(jié)果。

模糊控制器的隸屬函數(shù)與規(guī)則引擎同前文所述，本文中模糊控制器中采用最大隸屬原則，解模糊時(shí)采用重心法。儲(chǔ)能設(shè)備初始SOC設(shè)為75%，容量為10kWh，充放電效率為85%，其主要模型如下：

SOCmin≤SOCbat≤SOCmax

(2)

Pmin≤PESS≤Pmax

(3)

式中：SOCbat為家庭儲(chǔ)能電池SOC，SOCmin與SOCmax為電池充電的SOC上限與下限，在本文設(shè)置的規(guī)則引擎中，SOC將限制在50%～90%中。PESS為儲(chǔ)能的充放電功率，Pmin與Pmax為儲(chǔ)能充放電功率的最大值，本文中取家庭凈負(fù)荷隸屬函數(shù)中自變量的最大值，即±1.2kW。

為了更好地模擬真實(shí)場(chǎng)景，我們采用與嚴(yán)格符合現(xiàn)實(shí)時(shí)鐘的MT 9000實(shí)時(shí)仿真器作為模糊控制器，從上位機(jī)PC下發(fā)響應(yīng)的家庭凈功率與實(shí)時(shí)電價(jià)信號(hào)。具體實(shí)驗(yàn)框圖如圖12所示。

圖12 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖Fig.12 Simulation experiment design

圖13 模糊控制的閉環(huán)結(jié)構(gòu)Fig.13 Close-loop structure of the fuzzy control

上位機(jī)PC發(fā)送模擬信號(hào)的程序采用LabView編寫，MT實(shí)時(shí)仿真器運(yùn)行的程序使用Labview RT進(jìn)行編寫，模擬數(shù)據(jù)的離散點(diǎn)之間采用樣條插值進(jìn)行補(bǔ)全。為了更好地模擬現(xiàn)場(chǎng)工況，所有數(shù)據(jù)交互與控制模擬模塊僅采用控制器的一核進(jìn)行計(jì)算。

圖14和圖15為得到的結(jié)果。

從圖15可以看出，智能家庭能量管理系統(tǒng)在0:00～10：00內(nèi)利用外部低電價(jià)時(shí)段來購入廉價(jià)電力，在11：00～14：00與15：00～20：00這兩段用電高峰，同時(shí)也是電價(jià)較高的時(shí)段內(nèi)，通過釋放儲(chǔ)能內(nèi)的低價(jià)電能，來減少系統(tǒng)對(duì)外部功率的需求，以此來減少家庭的電費(fèi)開銷，并且減少電網(wǎng)用電高峰時(shí)的負(fù)荷，完成自動(dòng)需求響應(yīng)。由于智能家庭能量管理系統(tǒng)將儲(chǔ)能SOC在50%～60%之間視為SOC水平低，系統(tǒng)在用電高峰期間也能防止電池深放電。在21:00過后，實(shí)時(shí)電價(jià)開始下降，智能家庭能量管理系統(tǒng)開始向外部購電，在一天結(jié)束后儲(chǔ)能設(shè)備SOC回到高的狀態(tài)。

圖14 家庭儲(chǔ)能SOC曲線Fig.14 The SOC curve of home energy storage

圖15 家庭購入功率Fig.15 The purchased power of the household

通過仿真計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，原先家庭不采用智能能量管理系統(tǒng)時(shí)，一天家庭系統(tǒng)運(yùn)行成本為3.207元；應(yīng)用了上述能量管理系統(tǒng)時(shí)，全天電費(fèi)為2.791元。適當(dāng)調(diào)整家庭儲(chǔ)能容量，系統(tǒng)將有更好的表現(xiàn)效果。表6為不同儲(chǔ)能容量對(duì)家庭電費(fèi)的影響。

表6 家庭儲(chǔ)能容量與電費(fèi)的關(guān)系

由于模糊控制器除模糊化和去模糊化，主要做出判斷的邏輯引擎使用的是查表法，所以整體響應(yīng)時(shí)間是有保障的。圖16為在MT實(shí)時(shí)仿真器上每次循環(huán)花費(fèi)的時(shí)間，MT實(shí)時(shí)仿真器與現(xiàn)實(shí)嚴(yán)格時(shí)鐘的誤差可控制在微秒內(nèi)。

圖16 每次循環(huán)使用時(shí)間Fig.16 Time consumption of every loop

從圖16可以看出，在單核上運(yùn)行數(shù)據(jù)采集與模糊控制器每次響應(yīng)時(shí)間在265μs左右，整體計(jì)算資源使用較少，完全滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。

同時(shí)，如果合理地調(diào)整隸屬函數(shù)，也可做到優(yōu)化家庭電費(fèi)的作用。對(duì)于用戶來說，可以自行根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)電價(jià)的隸屬函數(shù)進(jìn)行調(diào)整。在上述例子中，由于電價(jià)僅在0.40～0.60元/kWh之間波動(dòng)，如果將圖3的隸屬函數(shù)按比例放在該區(qū)間內(nèi)，在家庭儲(chǔ)能容量為3kWh的情況下，可以將電費(fèi)減少到2.946元；或者用戶按照生活經(jīng)驗(yàn)，合理調(diào)整認(rèn)為便宜或昂貴的電價(jià)范圍，也可以做到更有效的優(yōu)化。

采用i7四代處理器8G內(nèi)存電腦對(duì)帶10kWh儲(chǔ)能的相同場(chǎng)景進(jìn)行全天家庭能量管理優(yōu)化的離線仿真，可以得到如下結(jié)果。

表7為預(yù)測(cè)值與實(shí)際值完全一樣時(shí)的仿真結(jié)果，可以看出此時(shí)線性規(guī)劃代表的最優(yōu)化算法在優(yōu)化效果上是稍微優(yōu)于模糊控制的方法，但計(jì)算成本提高不少。

表7 不同優(yōu)化策略下的優(yōu)化效果

表8為在預(yù)測(cè)值中加入不同幅值的服從正太分布的隨機(jī)誤差后不同算法下的優(yōu)化效果，可以看到雖然通過添加隨機(jī)誤差的方式產(chǎn)生的實(shí)際值與預(yù)測(cè)值的趨勢(shì)還是相似的，峰谷出現(xiàn)的時(shí)段也基本相同，但隨著實(shí)際輸入與預(yù)測(cè)值的偏差增大，線性規(guī)劃的優(yōu)化效果比起模糊控制優(yōu)勢(shì)逐漸減少，當(dāng)最后偏差值過大時(shí)，優(yōu)化效果已經(jīng)不如模糊控制，可以看出模糊控制更具穩(wěn)定性。

表8 隨機(jī)波動(dòng)下不同策略的優(yōu)化效果

5 結(jié)束語

本文經(jīng)過對(duì)家庭能量管理系統(tǒng)與目前電力系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析，提出了一套具有實(shí)用價(jià)值的智能家庭能量控制系統(tǒng)拓?fù)浼捌淇刂品椒ā＝?jīng)過實(shí)際數(shù)據(jù)的仿真驗(yàn)證，結(jié)論表明該方法簡(jiǎn)單有效，有比較好的應(yīng)用前景，可以有效地幫助用戶自動(dòng)進(jìn)行電網(wǎng)互動(dòng)，指導(dǎo)用戶改變能源消費(fèi)組成并減少電費(fèi)開支。