节能,尤其是家庭节能近年来已成为应对能源危机和全球温暖化问题的一个重要解决方案。家庭能量管理系统是一种能够实现对家用电器、可再生能源发电系统以及储能设备进行自动管理和调度的中央控制系统。家庭能量管理系统不仅是智能电网中实行需求响应的重要手段,也是实现家庭内自动节能,减少用户电费开销的有效有段。家庭能量管理系统的普及将有助于推广可再生能源的应用,减少全社会能源消耗和温室气体排放。本文着重于家庭能量管理系统中能量管理和家电任务调度优化问题的研究,致力于解决如何建立优化调度模型,使之通过优化调度,在不牺牲用户用电舒适性和便利性的基础上实现节省电费、保障用户满意度以及减少二氧化碳排放量等目标。本文的主要研究内容如下:首先,本文提出了一种应用于家庭能量管理系统的基于实时电价的家电任务最优调度模型。该模型采用整数规划方法建模,分别以用电费用最省、用电费用和满意度兼顾以及二氧化碳排放最少为优化目标,以用户指定的运行时间要求以及电力公司的需求响应为约束条件。该模型首次将家电按工作特性分成可以进行调度的可中断运行电器和不可中断运行电器、以及不可调度而必须运行的电器三大类统一考虑,同时考虑使用家庭光伏发电系统并允许剩余电力上网出售。然后,针对于安装了分布式储能设备的家庭,本文还提出了一种能够同时进行家电与能量调度的系统模型。该模型考虑电池容量,充电率和放电率等电池特性,在实时电价和需求响应的基础上,采用混合整数规划方法,根据用户的不同需要提出了对应的用电费用最省模型、用电费用与满意度兼顾模型以及二氧化碳排放量最少模型,在完成家电任务调度的同时,还能够完成储能设备充放电时间和充放电量的调度。本文提出的调度模型不仅考虑了家庭用电的各种实际情况,而且考虑了分布式可再生新能源发电、储能系统的使用和需求响应等新技术的应用,具有重要的实际意义。最后,通过仿真实验,验证了上述两大模型的可行性和有效性。此外还通过实验验证了不同容量的储能设备对用电费用的影响。