[论文解读] Intelligent Home Energy Management System for Distributed Renewable Generators, Dispatchable Residential Loads and Distributed Energy Storage Devices

Adetokunbo Ajao, Jingwei Luo+3 more|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2017

Smart Grid Energy Management参考文献 9被引用 5

一句话总结

本文提出了一种智能家庭能源管理系统，通过混合整数线性规划（MILP）优化屋顶太阳能等分布式可再生能源发电装置、可调度的住宅负荷（如洗衣机、干衣机）以及储能装置（如插电式电动车）之间的协调。该系统在保持用户舒适度的同时，降低了家庭能源成本和碳排放，仿真结果表明其具有显著的经济与环境效益。

ABSTRACT

This paper presents an intelligent home energy management system integrated with dispatchable loads (e.g., clothes washers and dryers), distributed renewable generators (e.g., roof-top solar panels), and distributed energy storage devices (e.g., plug-in electric vehicles). The overall goal is to reduce the total operating costs and the carbon emissions for a future residential house, while satisfying the end-users comfort levels. This paper models a wide variety of home appliances and formulates the economic operation problem using mixed integer linear programming. Case studies are performed to validate and demonstrate the effectiveness of the proposed solution algorithm. Simulation results also show the positive impact of dispatchable loads, distributed renewable generators, and distributed energy storage devices on a future residential house.

研究动机与目标

• 开发一种集成的家庭能源管理系统，整合分布式可再生能源、可调度负荷与储能装置。
• 最小化住宅能源系统的总运行成本与碳排放。
• 在动态能源调度下仍保持终端用户的舒适度水平。
• 通过案例研究与仿真验证所提出系统的有效性。

提出的方法

• 将能源管理问题建模为混合整数线性规划（MILP），以处理离散控制动作与连续功率流动。
• 对各类家用电器建立模型，考虑其独特的运行约束与能耗特性。
• 在优化框架中引入分时电价与可再生能源发电预测。
• 将插电式电动车作为双向储能装置，用于负荷转移与峰值削减。
• 采用日前调度方法，确定可调度负荷的最优启停状态与功率水平。
• 应用确定性优化模型，在24小时内平衡能源供应、需求与储能。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何联合优化分布式可再生能源发电装置、可调度负荷与储能装置，以最小化家庭能源成本？
• RQ2 集成可调度电器与储能装置对住宅能源系统中的碳排放有何影响？
• RQ3 在实现成本与排放降低的同时，用户舒适度能在多大程度上得到保持？
• RQ4 所提出的基于MILP的方法在真实约束条件下协调多种能源资源的效率如何？

主要发现

• 通过利用分时电价与可调度负荷的最优调度，所提出系统显著降低了家庭总能源运行成本。
• 通过提高本地太阳能发电的利用率与战略性储能调度，碳排放得到显著减少。
• 将插电式电动车作为移动储能装置，增强了负荷均衡能力并提升了系统灵活性。
• 仿真结果表明，所有组件的协同控制可带来可测量的经济与环境绩效提升。
• 系统通过尊重电器特定的时间窗口与运行约束，有效维持了用户舒适度。