摘要：现如今，分时电价的盛行改变了原来的用电模式，不仅要保证用电费用降低，更要保证用户用电的舒适度。因此提出了基于分时电价和多目标优化的家庭电能管理系统。首先 ，将常用的家用设备按照家用设备的用电特性进行了分类。然后，家庭电能管理系统优化调度模型的建立以家庭用电成本的优化，用户舒适度的提升和碳排放量的追踪为目标。对家庭电能管理系统模型使用改进的粒子群算法进行优化验证。通过使用 Matlab 进行仿真实验 ，验证该方法在降低用电成本提高用户舒适度和追踪碳排放量方面有显著的优化效果。

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关键词：家庭电能管理；分时电价；多目标优化；改进的粒子群算法；优化调度

0 引言

从目前国内外的研究来看，对于家庭微电网优化调度问题有大量的研究，提出如何将居民用电设备进行分类。本文在没有光伏发电与风力发电等能源装置，结合了已有的家庭电能管理系统研究基础，考虑优化目标用户舒适度、电价成本和碳排放量的追踪建立在分时电价下的多目标模型，以保证不同家电用电行为下的调度。因此提出了基于分时电价和多目标优的家庭电能管理系统的优化模型，该模型对家用设备进行了分类，并对设备进行监控，管理使其合理的运行达到的运行状态。*后通过Matlab仿真算例验证该模型对家庭用电设备有较好的适应性，也保证用户舒适度。

1 家庭电能管理系统架构

家庭电能管理系统是电网在用户消费侧的重要组成部分，它利用一定的技术手段来实现用户对家庭用电设备的检测、管理和减少电费开支。在分时电价的大环境下合理地使用电器来达到减少电费，控制以家庭为主的碳排放，起到保护环境的作用。利用多目标优化算法使用户舒适度 、电能消耗和碳排放达到其架构如图 1所示。

系统主要包括智能插座，智能电表。智能电表可以把家庭的用电情况上传给国家能源网），电网通过智能电表给用户家庭提供电能和提供分时电价的价格。智能插座连接用户的用电设备，获取用电设备的基本数据，例如功率，电压和用电时长等，并且通过电闸进一步来控制设备。收集到的数据通过智能插座上传给多目标优化器来进行分析。多目标优化控制器将得到的数据结合三个优化条件（用户舒适度碳排放量和电能的消耗）和电网公布的分时电价及用户对设备的使用意向来进行优化，并把优化的结果传送给智能插座来控制设备的使用。

2 家庭电能管理系统优化模型

家庭电能管理系统是针对拥有多个家居用电设备的单个用户，这些设备通过智能插座全部与管理系统相连。当HEMS开始运行后，这些设备就会立即作出反应，在整个优化过程里，系统会将优化的时间划分为长度相同的子时间段。

2 .1 用电负荷模型

在日常生活里，每个用电设备都有不同的用电方式，本文依据设备间的用电特性将所有家用设备分为刚性设备柔性设备和 HVAC设备。刚性设备表示用电设备的使用时间不会根 据优化系统而改变，例如冰箱、电灯等。柔性设备又根据设备使用时间在平移过程中可否中 断分为两类： ①可平移不可中断设备，如洗碗机、洗衣机，其运行时段可以进行移动、调整，但工作期间设备不可中断；②可平移可中断设备，表示此类家用设备的使用时间根据优化系统而发生变化，并且在运行期间可中断使用，如电动车，热水器。HVAC 设备表示此类设备的使用情况只与温度有关，如空调。

2.1.1 刚性设备

该类设备直接影响着用户的正常生活，不会随着优化发生改变，例如电冰箱，电灯等。

刚性设备模型：

路过

鸡蛋

鲜花

握手

雷人