户用能源调度方法、能源管理模块及户用能源系统技术方案

本发明专利技术提供一种户用能源调度方法、能源管理模块及户用能源系统，包括：预计估算当前调度周期内的光伏发电功率及负载功率；根据光伏预估发电功率、预估负载功率、储能电池的容量及充放电功率、电动汽车电池的容量及充放电功率、储能电池的循环寿命，利用混合整数线性规划求解当前调度周期内的目标成本函数的最小值；获得目标成本函数最小时对应的各系统参数及用电费用，得到能源调度方案。本发明专利技术以用户用电费用最小为优化调度目标，同时将储能电池的消耗成本引入调度目标，利用混合整数线性规划方法，对各类用电设备、电动汽车和储能电池进行协同调度，在用电费用最小的同时最小化储能电池消耗，延长储能电池寿命，从而提高整个系统的总收益。

Household energy scheduling method, energy management module and household energy system

【技术实现步骤摘要】
户用能源调度方法、能源管理模块及户用能源系统
本专利技术涉及能源管理领域，特别是涉及一种户用能源调度方法、能源管理模块及户用能源系统。
技术介绍
在社会、环境、能源和可持续性发展等要求的推动下，新能源的推广应用已成为全球共识，全球向更可持续的能源体系过渡，而太阳能作为新能源中最主要的可再生能源，在未来发展中占有重要地位。近年来，分布式光伏系统无论在家庭、商业还是工业领域都取得了长足进展。但光伏发电的间歇性输出给电力运营的可靠性带来了极大挑战，同时随着其能源占比的增多挑战会日益严峻，因此越来越多的电池储能被用于整合能源并提高电网灵活性。另一方面，用户端的用能系统也更将多样化智能化，如何协调优化产能、储能、用能等将是亟待解决的难题，对可用以解决在不同网络中发现的能量优化问题的能源管理系统(EnergyManagementSystem，EMS)来说，迎来了巨大的挑战和机遇。户用能源系统主要由能源管理系统、负载设备、分布式可再生能源和储能系统构成。能源管理系统通过收集用电设备的工作状态和室内外环境信息，对这些信息加以分析产生对各类设备的调度决策，在满足用户舒适度的同时，减少不必要的能耗，提高用电效率，节省电费开支。负载设备可分为可调度负载和不可调度负载，可调度负载是指对其进行适当调度时不会影响用户的舒适性，一般有电动汽车、洗衣机、热水器等；不可调度负载在系统中直接影响用户舒适性或正常运行，正常情况不对其进行调度，一般包括照明、空调、新风、冰箱、电脑、其他运行设备等。其中电动汽车较为特殊，在某些情况也可将其视为储能装置。分布式可再生能源最常见的是太阳能光伏发电系统，由于太阳能的间歇性，引入储能系统用于整合。在满足户用能源需求后，若可再生能源供电仍有余量，则可将多余的电能为储能电池充电或者直接并网以实现收益。储能系统除了用于提高可再生能源的电能质量和电能利用率外，还可以在电力需求的“谷底”从电网获取电能，在用电高峰时期供给家庭用电负载使用，或者售给电网来获取经济效益，降低用户的用电费用。在能源管理系统中，优化调度方法是核心部分，优化调度的目的是通过控制光伏发电、负载用电和储能设备，提高光伏发电的利用率，调动储能电池的用途，提高家庭用电效率，降低用电费用提高可再生能源系统和储能系统的收益。目前的调度方案由于考虑因素的不全面导致其发展受限，因此，如何进一步优化能源调度方案已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种户用能源调度方法、能源管理模块及户用能源系统，用于解决现有技术中能源调度方案考虑的因素不全面，导致发展受限的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种户用能源调度方法，所述户用能源调度方法至少包括：1)预计估算当前调度周期内的光伏发电功率及负载功率；2)根据光伏预估发电功率、预估负载功率、储能电池的容量、储能电池的充放电功率、电动汽车电池的容量、电动汽车电池的充放电功率及储能电池的循环寿命，利用混合整数线性规划求解当前调度周期内的目标成本函数的最小值；3)获得所述目标成本函数最小时对应的各系统参数及用电费用，得到能源调度方案；4)重复步骤1)～3)，计算下一调度周期的能源调度方案；其中，一个调度周期平均划分成N个时间段，每一时间段的时间间隔为T。可选地，所述光伏预估发电功率基于天气预报信息获得。可选地，所述目标成本函数满足如下关系式：0≤Pfromgrid(D)≤Pmaxfromgrid×γgrid；0≤Ptogrid(D)≤Pmaxtogrid×(1-γgrid)；其中，D为时间段的序列，D＝1,2,3…,N；T为单个时间段的时间间隔；Pfromgrid(D)为时间段D内的取电功率；p+(D)为时间段D内的用电单价；Ptogrid(D)为时间段D内的售电功率；p-(D)为时间段D内的售电单价；Closs(D)为时间段D内储能电池的损失容量；为储能电池单位损失容量成本；Pmaxfromgrid为从电网取电的最大取电功率；Pmaxtogrid为并网售电的最大售电功率；γgrid∈{0,1}，当从电网取电时γgrid＝1，当并网售电时γgrid＝0。更可选地，所述储能电池的损失容量满足如下关系式：其中，系数kDOC(D)与储能电池的循环深度成正比；系数krate(D)与储能电池的循环倍率成正比；Pbat(D)为时间段D内储能电池的充放电功率，Ebatnom为储能电池的实际容量。更可选地，所述储能电池单位损失容量成本满足如下关系式：其中，COSTbattery为储能电池的购买成本，ε为储能电池允许的损失容量最大百分比，Cbatnom为储能电池的标称容量。更可选地，所述户用能源调度方法存在功率平衡关系，满足如下关系式：Pfromgrid(D)+ηinv×PPV(D)＝Pload(D)+PEV(D)+Pbat(D)+Ptogrid(D)；其中，PPV(D)为时间段D内的所述光伏预估发电功率；Pload(D)为时间段D内的所述预估负载功率；PEV(D)为时间段D内电动汽车电池的充放电功率；Pbat(D)为储能电池的充放电功率；ηinv为逆变器将直流电转换为交流电的效率。更可选地，所述储能电池的充放电功率满足如下关系式：0≤Pbat+(D)≤Pmaxbat+×(1-αbat)；0≤Pbat-(D)≤Pmaxbat-×αbat；其中，Pbat+(D)为时间段D内储能电池的充电功率；Pbat-(D)为时间段D内储能电池的放电功率；αbat为储能电池的充放电状态，αbat∈{0,1}，当储能电池处于充电状态时αbat＝0，当储能电池处于放电状态时αbat＝1；Pmaxbat+为储能电池的最大充电功率；Pmaxbat-为储能电池的最大放电功率。更可选地，所述储能电池下一时刻的荷电状态满足如下关系式：Sminbat≤Sbat(D)≤Smaxbat；其中，Sbat(D+1)为时间段D+1内储能电池的荷电状态；Sbat(D)为时间段D内储能电池的荷电状态；Ebatnom为储能电池的实际容量；Sminbat为储能电容的最小荷电状态；Smaxbat为储能电容的最大荷电状态。更可选地，所述电动汽车电池的充放电功率满足如下关系：0≤PEV+(D)≤PmaxEV+×(1-βEV)；0≤PEV-(D)≤PmaxEV-×βEV；其中，PEV+(D)为时间段D内电动汽车电池的充电功率；PEV-(D)为时间段D内电动汽车电池的放电功率；βEV∈{0,1}，当电动汽车电池处于正常充电状态时βEV＝0，当电动汽车电池处于应急放电状态时βEV＝1；PmaxEV+为电动汽车电池的最大充电功率；PmaxEV-为电动汽车电池的最大放电功率。更可选地，所述电动汽车电池下一时刻的荷电状态可由时间序列递推得到：Smi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种户用能源调度方法，其特征在于，所述户用能源调度方法至少包括：/n1)预计估算当前调度周期内的光伏发电功率及负载功率；/n2)根据光伏预估发电功率、预估负载功率、储能电池的容量、储能电池的充放电功率、电动汽车电池的容量、电动汽车电池的充放电功率及储能电池的循环寿命，利用混合整数线性规划求解当前调度周期内的目标成本函数的最小值；/n3)获得所述目标成本函数最小时对应的各系统参数及用电费用，得到能源调度方案；/n4)重复步骤1)～3)，计算下一调度周期的能源调度方案；/n其中，一个调度周期平均划分成N个时间段，每一时间段的时间间隔为T。/n

【技术特征摘要】
1.一种户用能源调度方法，其特征在于，所述户用能源调度方法至少包括：
1)预计估算当前调度周期内的光伏发电功率及负载功率；
2)根据光伏预估发电功率、预估负载功率、储能电池的容量、储能电池的充放电功率、电动汽车电池的容量、电动汽车电池的充放电功率及储能电池的循环寿命，利用混合整数线性规划求解当前调度周期内的目标成本函数的最小值；
3)获得所述目标成本函数最小时对应的各系统参数及用电费用，得到能源调度方案；
4)重复步骤1)～3)，计算下一调度周期的能源调度方案；
其中，一个调度周期平均划分成N个时间段，每一时间段的时间间隔为T。


2.根据权利要求1所述的户用能源调度方法，其特征在于：所述光伏预估发电功率基于天气预报信息获得。


3.根据权利要求1所述的户用能源调度方法，其特征在于：所述目标成本函数满足如下关系式：



0≤Pfromgrid(D)≤Pmaxfromgrid×γgrid；
0≤Ptogrid(D)≤Pmaxtogrid×(1-γgrid)；
其中，D为时间段的序列，D＝1,2,3…,N；T为单个时间段的时间间隔；Pfromgrid(D)为时间段D内的取电功率；p+(D)为时间段D内的用电单价；Ptogrid(D)为时间段D内的售电功率；p-(D)为时间段D内的售电单价；Closs(D)为时间段D内储能电池的损失容量；为储能电池单位损失容量成本；Pmaxfromgrid为从电网取电的最大取电功率；Pmaxtogrid为并网售电的最大售电功率；γgrid∈{0,1}，当从电网取电时γgrid＝1，当并网售电时γgrid＝0。


4.根据权利要求3所述的户用能源调度方法，其特征在于：所述储能电池的损失容量满足如下关系式：



其中，系数kDOC(D)与储能电池的循环深度成正比；系数krate(D)与储能电池的循环倍率成正比；Pbat(D)为时间段D内储能电池的充放电功率，Ebatnom为储能电池的实际容量。


5.根据权利要求3所述的户用能源调度方法，其特征在于：所述储能电池单位损失容量成本满足如下关系式：



其中，COSTbattery为储能电池的购买成本，ε为储能电池允许的损失容量最大百分比，Cbatnom为储能电池的标称容量。


6.根据权利要求3所述的户用能源调度方法，其特征在于：所述户用能源调度方法存在功率平衡关系，满足如下关系式：
Pfromgrid(D)+ηinv×PPV(D)＝Pload(D)+PEV(D)+Pbat(D)+Ptogrid(D)；
其中，PPV(D)为时间段D内的所述光伏预估发电功率；Pload(D)为时间段D内的所述预估负载功率；PEV(D)为时间段D内电动汽车电池的充放电功率；Pbat(D)为储能电池的充放电功率；ηinv为逆变器将直流电转换为交流电的效率。


7.根据权利要求6所述的户用能源调度方法，其特征在于：所述储能电池的充放电功率满足如下关系式：



0≤Pbat+(D)≤Pmaxbat+×(1-αbat)；
0≤Pbat-(D)≤Pmaxbat-×αbat；
其中，Pbat+(D)为时间段D内储能电池的充电功率；Pbat-(D)为时间段D内储能电池的放电功率；αbat为储能电池的充放电状态，αbat∈{0,1}，当储能电池处于充电状态时αbat＝0，当储能电池处于放电状态时αbat＝1；Pmaxbat+为储能电池的最大充电功率；Pmaxbat-为储能电池的最大放电功率。


8.根据权利要求6所述的户用能源调度方法，其特征在于：所述储能电池下一时刻的荷电状态满足如下关系式：


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【专利技术属性】
技术研发人员：朱广焱，张鹏博，施璐，谈文，
申请(专利权)人：上海派能能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31