（格力电器股份有限公司）
摘要：本文主要针对家庭智能用电管理系统用电优化算法及其应用价值展开深入研究，先提出了方案设计和功能确定、然后结合分时电价，详细论述了智能用电优化算法的改进和优化。最后借助仿真结果和分析，可以节约居民用户用电费用，将用电效率提升上来，进而充分发挥出家庭智能用电管理系统的作用，保证较高的应用价值。
关键词：家庭智能用电管理系统；用电优化算法；应用价值
现阶段，人们生活水平与日俱增，诸多家用电器，在居民用户中得到了广泛的应用，居民用电量，在社会总用电量中的比例越来越高，并且用电费用，已经成为了人们日常生活的重要支出。在智能电网中，智能用电发挥着重要的作用，要加强信息通信技术的应用，不断提高电能利用效率，并将用电成本保持在合理范围内，构建全新的供用电关系。
一、家庭智能用电管理系统的应用价值
结合家庭用户的实际需求，家庭智能用电管理系统，主要包括智能用电设备、智能交互终端以及智能开关/插座等。其中，对于智能交互终端来说，是整个系统的关键所在，需要构建和维护HAN，是用户管理用电设备的重要渠道。智能开关/插座，关系着智能能交互终端和用电设备通信，将用电设备用电信息采集上来，并上传到智能交互终端，还能接收智能交互终端发送的控制命令，以此来对用电设备的运行状态进行控制。
一般来说，家庭智能用电管理系统的功能主要包括：第一，构建用户户内网络。加强ZigBee无线通信技术的应用，加强家庭局域网的构建，比如智能交互终端、智能开关/插座等。第二，管控用电设备。通过智能交互终端，可以对各种用电设备的用电信息进行了解，还能给用电设备发送控制指令。第三，远程监控。借助智能手机APP，可以对各种用电设备进行查询和了解，比如用电信息、工作状态以及用户用电管理方案等。同时，也可以借助智能手机APP，对用电设备的运行进行远程控制。第四，智能用电优化策略。结合各个地区分时/阶梯电价，用户可以结合自身用电需求，以此来对各种用电设备的工作时间段进行设定【1】，在保证用户舒适度的情况下，智能交互短，可以结合节约电费这一需求，加强智能用电优化算法的应用，进而对用户用电予以合理指导。
二、方案设计和功能确定
结合智能用电技术发展趋势和用电环境，本文构建了家庭智能用电管理系统。对于系统远程信道来说，可以通过光纤、GSM/GPRS等通信技术等来进行。上行信道，其作用就是传送智能电表和智能交互终端的用户用电信息。下行信道，这在发布供电企业制定的阶梯/分时电价、停电通知等方面发挥着重要作用。智能电表，在实现传统电表的正向电能计量的基础上，还要具备更为强大的功能，包括分布式电源接入、远程控制、电能质量监测等。
三、智能用电优化算法
在家庭中，主要家用电器类型和数量基本上不会出现太大的变化。本文对一般家庭常用家用电器类型进行了统计，选取其中典型型号，以此来作为智能用电优化算法的对象。选取的家用电器类型和工作参数如图1所示。
图1 家用电器类型及其工作参数
智能用电优化算法，可以保证用户良好的舒适度，结合分时电价，以此来对家用电器的起始时间进行调整，进而将用户用电费用保持在合理范围内。
其中，如果将用户用电费用，作为优化目标，则智能用电优化算法的优化结果，可能是将诸多家用电器进行了转移【2】，具体转移到电价低廉的时段进行工作。如果诸多用户都对智能用电优化算法进行应用，极容易导致用电高峰的出现，进而严重影响到电力系统的正常运行，并威胁到系统的稳定性。因此，必须要不断改进和创新智能用电优化算法，合理化控制用电费用，设置相应的限定条件，以此来确保家用电器负荷消耗功率的分布处于均匀的状态。
图2 优化前后用电分布图（各个时间片段）
图3 优化前后用电分布图（各小时）
要想防止某个时段有着较高的用电量，可以加强一个功率阀值的设定，在某个时段总用电量要比设定阀值要高时，要收取相应的超出费用。本文设定了1个小时的功率阀值。一般来说，家用电器的工作时间为18个小时，要将用户所有家用电器1天内总的消耗功率与主要工作时间段进行相除，然后再乘上一个可靠系数，进而得出功率阀值，其公式为：
以price all最低为优化目标，并加强遗传算法优化的应用，对每个家用电器的起始工作时间进行求取。通过改进后的智能用电优化算法进行分析，借助惩罚机制的引进，如果用户在某个时段有着较大的用电量，要收取额外的费用，合理控制用户的电费，并确保用户负荷消耗功率分布的均匀性和一致性。
四、仿真结果和分析
本文主要统计了普通用户用电行为，合理计算其用电量和用电费用，然后加强智能用电优化算法的应用，以此来实现仿真，以便于各个家用电器的起始工作时间的顺利获取，并对优化之前、之后的用电费用进行计算，最后针对优化前后的用电费用、用户负荷消耗功率分布，以此来进行对比分析，从而对智能用电优化算法的实施效果进行验证【3】。
借助Matlab仿真，确保优化前后各个时间片段、小时的用电分布情况的顺利获取，具体如图2、图3所示。
基于分时电价，智能用电优化算法对应的遗传算法参数为：变量个数、种群个数、交叉率以及变异率分别为12、30、0.8、0.02.进而提出了几点优化措施：
首先，优化对象为表1所示的用户所用的家用电器，优化目标为用电费用，结合分时电价，不断优化智能用电优化算法。由图2（b)、图3（b)可以看出，加强智能用电优化算法的英语，用户工具消耗分布处于较为分散化的状态，主要将家用电器工作时间，从电价峰时段调整到平时段，进而将用电费用保持在合理范围内。根据智能用电优化算法的优化结果可以看出，确保各个家用电器的起始工作时间的顺利获取。各家用电器的起始工作时间【4】，可以对优化前后用户每天的用电费用进行计算，优化前、后的用电费用分别为7.44元、5.45元。由此可以看出，加强智能用电优化算法的应用，可以满足用户用电费用的节约化目标。
其次，优化目标为结合用户用电费用和负荷小号功率均匀分布。结合分时电价，不断优化智能用电优化算法，在Matlab进行仿真，仿真结果如图2（c）、图3（c）所示。
对改进后的智能用电优化算法的优化结果进行分析，可以保证各个家用电器的起始工作时间的获得，对优化以后的用电费用进行计算，其费用为5.73，而优化前的用电费用为7.44元。由此可以看出，改进后的智能用电优化算法，可以与既定目标相符，节约用户用电费用，并确保用电分布的均匀性。
结束语
总之，加强家庭智能用电管理系统的应用势在必行，其中，要不断优化和改进用电优化算法，节约用户的用电费用，并避开高峰时段，获得用电用电较高的支持度和满意度。
参考文献
[1]陈锦涛,吕宇桦,陈焕城.面向“互联网+”时代的家庭智能用电管理系统设计与研究[J].科技经济导刊,2018,26(16):16-17.
[2]武东升,李中伟,孟迪,张啸,李立东.家庭智能用电管理系统智能交互终端设计[J].自动化与仪表,2017,32(01):34-38+42.
[3]刘侠,龙婷婷,郑卫刚.家庭用电智能控制与节能评估管理系统设计[J].变频器世界,2016(06):65-68.
[4]王笛,高沁翔,侯军,邓晓洋,李志会.电网友好型家庭用电管理系统优化与控制的研究[J].电测与仪表,2015,52(09):119-124.
论文作者:林肖纯,覃彬彬
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/26
标签：智能论文; 算法论文; 用户论文; 费用论文; 管理系统论文; 家庭论文; 电价论文; 《电力设备》2019年第1期论文;