进入21世纪以来,全球能源和环境问题愈加严重,引起了人们越来越多的关注。而家庭作为能量消耗的一个重要领域,很多研究人员都在努力尝试寻求各种方法,加强对家庭能量的管理。通过推广使用可再生新能源,提高家庭能量的使用效率,减少家庭能量的消耗和温室气体的排放,从而在一定程度上缓解能量和环境问题。本文重点关注家庭中能量使用的优化和对家用电器的调度问题。本文提出了应用于家庭能量管理系统HEMS(Home Energy Management System,HEMS)的静态调度和动态调度的两种算法。这两种调度算法的目的都是希望通过调度家用电器在电力价格较低的时间段运行,以避开电力使用高峰时段,减少电力事故和家庭中的能量消耗。另外,本文中的调度方法的目的还在于尽量少地牺牲用户的满意度,同时尽量多的节省家庭用电费用。首先,本文提出了一种考虑预测误差的家庭能量优化静态调度算法fHEM(forecast-error Home Energy Management,fHEM)。该方法基于数学规划,建立了一种适用于HEMS的求解模型。它提前一天对次日每个时间段的家用电器,按照用户对家用电器工作的需求,合理地分配它们的运行时间段。此外,该算法还提出了一个对PV发电系统的发电量预测误差的计算方法。利用该方法可以节省家庭能量,减少家庭用户的用电费用,同时该算法可以在较短的时间内求解出家用电器的最优运行时间。其次,本文还提出了一种费用敏感型家庭能量优化动态调度算法eHEDM(expense-aware Home Energy Dynamic Management,eHEDM),该算法能够将家庭中每个时间段的家用电器所消耗的总功率严格限制在需求响应之内。一旦接收到用户发出的需要打开某个家用电器的请求时,eHEDM调度算法可以实时的响应该请求并进行及时处理,合理地调度运行或者关闭相关的家用电器。此外,为了不过多的损失家庭用户的用电满意度,该算法根据用户指定的每个电器的允许延时时间来调度家用电器的延时启动运行。如果遇到需要关闭某些电器以满足当前的电力需求响应限制的情况时,该算法会首先检查当前正在运行的家用电器是否已经满足了电器舒适度,如果满足则将其关闭。如果关闭后还是不能够满足电力需求响应限制,调度系统将根据用户设定的家用电器的优先级,从优先级最低的电器开始,依次关闭,直到可以打开需要运行的电器为止。如果调度系统没有接收到任何来自家庭用户的紧急用电请求,那么该调度系统将会按照用户指定的每个家用电器需要完成的运行时间来调度它们的工作。本文中提出的上述两种调度方法,考虑了家庭用户的实际用电需求,通过满足家用电器自身的电气特性,以及电力公司的电力需求响应限制,在不过多的牺牲用户用电满意度的条件下,减少家庭用户的电力花费。其中静态算法适用于家庭负荷稳定的情况,动态算法适用于负荷变动的情况。实验结果证明了上述方法的有效性。