智能電網(wǎng)環(huán)境下家庭能源管理系統(tǒng)研究綜述

許多 宋瑩瑋

國網(wǎng)長春供電公司電力調(diào)度控制中心 吉林長春 130000

傳統(tǒng)電網(wǎng)存在的運(yùn)行效率不高、運(yùn)行質(zhì)量不佳等問題，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行狀況，促使電網(wǎng)運(yùn)行過程常會遇到隱患問題的影響而出現(xiàn)不良問題。為及時補(bǔ)缺傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行不足問題，智能電網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生并成為當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行的主導(dǎo)模式。區(qū)別于傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行的單向能量流，智能電網(wǎng)的能量流呈現(xiàn)出雙向特征，并且在信息通信技術(shù)方面結(jié)合了先進(jìn)技術(shù)要求，解決以往運(yùn)行效率不高的問題。其中，家庭能源管理系統(tǒng)作為智能電網(wǎng)的延伸內(nèi)容，在提高居民側(cè)用電效率與實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)方面，均得到顯著提升，目前已經(jīng)成為智能電網(wǎng)的熱點(diǎn)研究內(nèi)容。

1 智能電網(wǎng)環(huán)境下家庭能源管理系統(tǒng)的發(fā)展需求及趨勢

不同電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對于家庭能源管理系統(tǒng)的作用功能也存在一定區(qū)別。其中，家庭能源管理系統(tǒng)作為智能電網(wǎng)的基本組成結(jié)構(gòu)之一，隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，對于家庭能源管理系統(tǒng)的應(yīng)用功能也提出了全新要求。傳統(tǒng)電網(wǎng)能源流向呈現(xiàn)出單向特征，進(jìn)過大規(guī)模輸電網(wǎng)作用實(shí)現(xiàn)從配電網(wǎng)傳遞到用戶側(cè)的過程。處于該種模式下，家庭用戶只能被視為電能的消費(fèi)者。而家庭能源管理系統(tǒng)在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)[1]。

但是某些家庭能源管理系統(tǒng)并未顧慮到用戶用電效率以及需求問題，致使功能方面始終存在單一問題。因此，對于當(dāng)前家庭能源管理系統(tǒng)而言，除實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)以及提高居民側(cè)用電效率之外，最好可以具備下述功能。即支持需求響應(yīng)在居民側(cè)的實(shí)施過程、支持分布式可再生能源接入電網(wǎng)過程，如風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等、支持大規(guī)模電動汽車成功接入電網(wǎng)體系中的要求?？梢哉f，這些需求的出現(xiàn)無疑是給家庭能源管理系統(tǒng)提出了全新挑戰(zhàn)。

2 智能電網(wǎng)環(huán)境下家庭能源管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成分析

與傳統(tǒng)家庭能源管理系統(tǒng)相比，智能電網(wǎng)環(huán)境下的家庭能源管理系統(tǒng)在功能特性與應(yīng)用實(shí)踐方面變得更加復(fù)雜、系統(tǒng)，在正式運(yùn)行過程中往往需要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的支持才能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的應(yīng)用。一般來說，家庭能源管理系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)組成方面，主要以用電負(fù)載、儲能設(shè)備以及分布式能源結(jié)構(gòu)組成。其中，用電負(fù)載需要根據(jù)用電模式以及用戶需求的不同，分為可調(diào)度負(fù)載與不可調(diào)度負(fù)載兩種[2]。

在分布式能源結(jié)構(gòu)的組成方面集中以風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電為主。介于風(fēng)能發(fā)電與光伏發(fā)電的應(yīng)用特性，如隨機(jī)性、反調(diào)節(jié)性等，在正式應(yīng)用過程中我們需要借助儲能裝置設(shè)備，確保風(fēng)電與光伏發(fā)電過程的穩(wěn)定性與系統(tǒng)性。為進(jìn)一步維持系統(tǒng)穩(wěn)定效果，我們還需要借助儲能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)深化可再生能源用電質(zhì)量，確保在用電高峰期可以實(shí)現(xiàn)家庭用電負(fù)載的安全使用過程，盡量降低用戶用電量以及相關(guān)費(fèi)用。

3 智能電網(wǎng)環(huán)境下家庭能源管理系統(tǒng)的功能模塊分析

3.1 用戶設(shè)置模塊

用戶可以通過人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)對家庭環(huán)境內(nèi)各個用電設(shè)備的參數(shù)問題進(jìn)行合理設(shè)置。舉例而言，像室內(nèi)環(huán)境溫度參數(shù)設(shè)置問題、電動汽車充電完成時間等，都可以進(jìn)行合理設(shè)置。或者也可以設(shè)定不同用電設(shè)備的等級問題以及選擇多種控制管理模式。

3.2 檢測模塊

檢測模塊一般多用于環(huán)境檢測、設(shè)備檢測過程當(dāng)中，必要時也可以用于用戶行為檢測當(dāng)中。其中，環(huán)境檢測主要以室內(nèi)溫度、濕度等因素的檢測工作為主。而設(shè)備檢測工作主要以用電負(fù)載、儲能系統(tǒng)等因素的工作狀態(tài)檢測為主，如電動車的連接情況等。用戶行為檢測主要根據(jù)用戶物理位置情況，針對家庭環(huán)境內(nèi)部的用戶行為情況進(jìn)行識別與管理[3]。

3.3 預(yù)測模塊

一般來說，風(fēng)力發(fā)電與光伏發(fā)電在運(yùn)行方面存在不穩(wěn)定性特點(diǎn)。為進(jìn)一步解決上述問題，研究人員通常會使用預(yù)測算法針對發(fā)電過程涉及到的功率輸出問題進(jìn)行合理研究與檢測，目的在于進(jìn)一步提高發(fā)電過程的效率。如果用戶主張采用實(shí)時電價方式，研究人員還需要針對電價問題進(jìn)行合理預(yù)測。需要注意的是，家庭環(huán)境內(nèi)的負(fù)載問題也可以利用上述方法進(jìn)行合理檢測，目的在于及時優(yōu)化調(diào)度過程、深化系統(tǒng)運(yùn)行效果。

3.4 調(diào)度模塊優(yōu)化

調(diào)度模塊優(yōu)化工作基本上可以視為家庭能源管理系統(tǒng)的核心內(nèi)容。一般來說，在正式應(yīng)用過程中主要結(jié)合用戶設(shè)置情況、設(shè)備運(yùn)行情況、電價信息問題等因素，強(qiáng)化家庭環(huán)境內(nèi)部可調(diào)度用電負(fù)載的優(yōu)化調(diào)度過程。通過合理調(diào)度模塊優(yōu)化，確保用戶預(yù)期用電需求得以達(dá)成，實(shí)現(xiàn)用戶用電費(fèi)用最小化目標(biāo)等。

3.5 設(shè)備監(jiān)控模塊

設(shè)備監(jiān)控模塊在一定程度上主要針對調(diào)度模塊優(yōu)化計(jì)算問題而言，重點(diǎn)以用電負(fù)載、儲能系統(tǒng)的運(yùn)行控制為主。根據(jù)監(jiān)測設(shè)備的實(shí)時監(jiān)控情況，將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)以人機(jī)界面交互方式傳遞到用戶當(dāng)中。與此同時，家庭能源管理系統(tǒng)可以借助通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)將家庭環(huán)境內(nèi)的用電負(fù)載、檢測控制裝置等組建形成網(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)信息的交流、互動效果。

4 結(jié)語

處于智能電網(wǎng)環(huán)境下，居民用戶結(jié)合分布式電源、儲能系統(tǒng)等設(shè)施設(shè)備，基本上可以構(gòu)建一個家域微電網(wǎng)體系，實(shí)現(xiàn)用電過程的高效率、高質(zhì)量目標(biāo)。結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用趨勢來看，家庭能源管理系統(tǒng)在智能電網(wǎng)環(huán)境的支持下，可以初步相應(yīng)居民側(cè)用電需求。為進(jìn)一步提高家庭能源管理系統(tǒng)的功能性與作用性效果，研究人員針對家庭能源管理系統(tǒng)的模式結(jié)構(gòu)、檢測技術(shù)、調(diào)度算法等內(nèi)容進(jìn)行了研究與分析。雖研究結(jié)果尚可，但仍存在部分難題亟待解決。相信在研究人員的不斷努力下，難題內(nèi)容勢必會得到克服，為家庭能源管理系統(tǒng)的優(yōu)化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。