家庭能量管理系统的组件模型

       家庭分布式光伏/储能发电系统按照其接入方式可分为直流耦合拓扑结构和交流耦合拓扑结构两种，分别如图6-7(a)、(b)所示。其系统组成包括光伏设备、储能设备、并网逆变器和负荷。系统中光伏发电量由独立的电能表计量，交流电网的用电量与余电上网电量则依靠双向计量电能表计量，家电负荷可通过智能插座由家庭能量管理终端实现监控。

       在这两种拓扑结构中，直流耦合方式中的蓄电池电量全部来自光伏发电，蓄电池和光伏电池组合在一起通过单向的并网逆变器向当地的负荷供电或将多余电量反馈回电网；交流耦合方式中薔电池通过单独的双向逆变器接入交流母线，设备成本略高，且光伏发电经过蓄电池存储后供负荷使用，需经过三次逆变装置，效率较低。因此，在模型中采用直
流耦合拓扑结构。

       光伏电池的输出功率与太阳辐照度和温度有关，通过对每日辐照度曲线的预测计算得到，其输出功率可表示为

式中：为光伏输出功率；为标准测试条件下的最大输出功率；G(t)为当前太阳辐照度；为额定太阳辐照度；k为温度系数；T(t)为当前时刻电池组件的温度；为环境温度；为额定参考温度；为当前风速。

     系统的蓄电池模型主要考虑蓄电池充放电过程中电池荷电状态的变化，用来反映电池的剩余容量，下一时刻荷电状态，即

式中：为下一时刻荷电状态；为实际电荷容量；为标称电荷容量；为当前荷电状态；为蓄电池充电效率；为蓄电池放电效率；
为当前充电率；为当前放电功率；△t为充放电时间。

       此外，蓄电池的寿命与其放电深度及循环次数有关，其中铅酸电池的寿命消耗D_i可表示为

                                        （6-5）

式中：a_j为第j个指标的权数平均值，为当蓄电池由放电转至充电时的荷电状态，代表一次放电循环。蓄电池寿命参数通过其设备厂商提供的循环次数曲线拟合得到。

       家庭能量管理系统中的负荷按照其可控程度可分为4类：①温控负荷，包括空调、热水器、冰箱等，具备一定的蓄冷或蓄热能力；②主动可控负荷，包括洗衣机、电饭锅等，工作周期固定且使用时间具有一定弹性；③被动可控负荷，包括电灯、风扇等，可智能控制但使用时间缺乏弹性；④不可控负荷。

       温控负荷是协同调度的重要对象，以空调为例，可观测出室内温度在空调设定温度的上下边界区间内变化。空调开启时，温度下降；空调关闭时，温度上升。系统中，可通过表征温度动态过程的一阶微分方程建立其热力学模型，即
                                                                 
式中：和分别为当前时刻和下一时刻室内温度；C为等值热电容；R为等值热电阻；Q为等值热比率；为当前时刻空调开关状态；为当前时刻室外环境温度；△t为时间间隔。

       热水器的热水温度和冰箱的制冷温度也可通该热力学模型表征