一种户用分布式能源管理方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种户用分布式能源管理方法。该能源管理方法包括：建立户用分布式能源管理系统；设置用户所需能量信息；获取实时外部信息；建立数学模型以获得空气能热泵的最佳工作时间，根据设置的用户所需能量信息、获取的实时外部信息，建立冷热能费用时间函数，并求解该函数达到最小值的时间t1，作为空气能热泵的最佳工作时间。本发明专利技术提供的户用分布式能源管理方法，通过预测用户当天的冷热负载需求，在每天中空气能热泵COP较高且分时电费相对较低的时段启动运行空气能热泵进行制冷制热以满足用户在其他时段的冷热负载需求，进而提高空气能热泵的能效比，降低空气能热泵的使用成本。本发明专利技术还提供一种户用分布式能源管理系统。

A household distributed energy management method and system

The invention discloses a household distributed energy management method. The energy management method includes: establishing a household distributed energy management system; setting up energy information required by users; obtaining real-time external information; establishing a mathematical model to obtain the best working time of the air energy heat pump; establishing the cost time of cold and heat energy according to the set energy information required by users and the real-time external information obtained by users. The optimal operating time of the air-energy heat pump is determined by solving the function which reaches the minimum time t 1. The household distributed energy management method provides an air energy heat pump for refrigeration and heating to meet the cooling and heating load requirements of the users at other time periods by predicting the cooling and heating load demand of the users on the same day and starting the operation of the air energy heat pump at a time of high COP and relatively low time-sharing electricity cost in each day, thereby improving the air energy and heat demand. The energy efficiency ratio of the pump reduces the use cost of the air heat pump. The invention also provides a household distributed energy management system.

【技术实现步骤摘要】
一种户用分布式能源管理方法及系统
本专利技术涉及分布式能源
，特别涉及一种户用分布式能源管理方法及系统。
技术介绍
随着现代工业的发展，人类对于能源的需求越来越多，对于环境污染问题也日益重视。人类一方面努力开发新能源，诸如太阳能、风能等新能源，另一方面应更加注意能源的合理利用和节能技术应用；现有的供电体系的中用电高峰和用电低谷波动很大，导致电网的平均负荷率下滑和发电机组的小时数总体下降，为应付过大的波峰谷差，国家不得不投入重大进行电网调峰和电网扩容，导致电力资源的极大浪费，因而电力部门在部分城市实行分时电价策略，实行需求侧管理，合理安排用电时间和改善用电方式，有效提高终端用户的用电效率。用户的冷热需求在用户的能源消耗占比达到40％左右，但现有的户用分布式供能系统均未考虑用户的冷热需求，而考虑用户冷热需求的冷热电三联供发电系统通常为MW级以上的功率等级，并不适合普通家庭用户。因此，用户一般采用新能源发电，然后通过电加热方式直接获取热能，效率较低。部分用户采用空气能热泵来获取冷热能，但空气能热泵的COP(CoefficientofPerformance，性能系数)受环境温度影响较大，而每天的环境温差较大，大部分的空气能热泵在使用时均不是工作中当天最高COP状态，影响空气能热泵的节能效益。鉴于此，有必要提供一种新的户用分布式能源管理方法解决上述技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种采用空气能热泵获取冷热能，且能提高空气能热泵的能效比，降低用户热泵使用成本的户用分布式能源管理方法及系统。为了解决上述问题，本专利技术的技术方案如下：一种户用分布式能源管理方法，包括如下步骤：步骤S1，建立户用分布式能源管理系统，包括新能源发电模块、获取冷热源的空气能热泵、储存所述空气能热泵产生的冷热源的储冷储热器、与电网连接且用于储存新能源发电模块多余电能的储电模块，及用于接收各部件的工作状态和实时外部信息，并对接收到的信息进行分析处理以反馈控制指令的微控制器；步骤S2，设置用户所需能量信息，所述用户所需能量信息包括制冷设定温度Tcset、制热设定温度Thtset、热水设定温度Thset、场所内人数；步骤S3，获取实时外部信息，包括当地天气预报温度预测信息T(t)、实时环境温度信息Tambt及电网分时电价信息P(t)；步骤S4，建立数学模型以获得空气能热泵的最佳工作时间，根据设置的用户所需能量信息、获取的实时外部信息，建立冷热能费用时间函数，并求解该函数达到最小值的时间t1，作为空气能热泵的最佳工作时间。优选的，步骤S4包括：根据设置的用户所需能量信息、当地天气预报温度预测信息T(t)和实时环境温度信息Tambt估算当天的冷热负载需求；根据实时环境温度信息Tambt、估算的冷热负载需求时间曲线、电网分时电价信息P(t)计算出满足冷热负载需求的费用和对应时间曲线，当所需的费用最低时获得空气能热泵的最佳工作时间。优选的，步骤S4具体包括如下步骤：步骤S41，计算冷热负载L(t)，根据设置的用户所需能量信息、当天天气预报温度预测信息T(t)和实时环境温度信息Tambt，估算当天的用热/用冷需求量L及需求时间T1；并根据冷热量存储效率η，计算当天任意时刻所需生产的冷热负载L(t)＝L/[(Tl-t)*η]，其中满足t≤T1；步骤S42，拟合冷热效能时间曲线COP(t)，根据天气预报温度预测信息T(t)，空气能热泵与温度的函数COP(T)，计算出冷热效能时间函数COP(t)＝COP(T(t))；步骤S43，计算冷热能源费用时间函数Cost(t)：根据分时电价信息P(t)，冷热需求负载时间函数L(t),冷热效能时间函数COP(t)，计算冷热能费用时间函数Cost(t)＝L(t)*P(t)/COP(t)；步骤S44，求解Cost(t)函数的最低费用的时间值，根据步骤S43所得出的费用函数Cost(t)，求出Cost(t)函数(其中t≤T1)达到最小值的时间t1，将其作为空气能热泵的最佳工作时间。优选的，步骤S41中，用热/用冷需求量L＝Qhot+Qheat/Qcool；其中，Qhot表示热水负载，Qheat表示制热负载，Qcool表示制冷负载；Qhot＝V*(Thset-Twater)＝(A1*P)(Thset-Twater)；其中P为场所内人数；Thset为设定热水温度；Twater为待加热水的温度；A1为变结构系数，由基础参数、热水负荷估算误差、热水预测估算历史累积误差、估算误差方差共同决定；Qheat＝A2(Tambt)(Thtset-Tambt)；其中Tambt为室外环境温度；Thtset为设定室内制热温度；A2为变结构系数，由基础参数、制热预测误差、制热估算历史累积误差、制热估算误差方差共同决定；Qcool＝A3(Tambt)(Tcset-Tambt)；其中，Tcset为设定室内制冷温度；A3为变结构系数，由基础参数、制冷预测误差、制冷估算历史累积误差、制冷估算误差方差共同决定。优选的，还包括冷热负载估算校正步骤，以对变结构系数A1、A2、A3进行校正。优选的，变结构系数A1、A2和A3采用自校正算法，其中变结构系数A1校正步骤包括：对比冷热负荷实际使用情况和当日预估的冷热负荷进行对比得到估算误差ΔQhot；计算估算误差累积ΣΔQhot，计算估算误差均方差SQhot,对变结构系数A1进行校正，A1＝k0+k1*ΔQhot+k2*ΣΔQhot+k3*SQhot，其中k0、k1、k2、k3为系统参数；变结构系数A2、A3的校正方法与变结构系数A1的校正方法相同。优选的，变结构系数A1、A2和A3采用神经网络算法或遗传算法进行校正。优选的，还包括储电模块充放电管理步骤：根据分时电价P(t)、储电模块的荷电状态SOC(t)及负载时间函数确定储电模块的充放电策略。优选的，储能电模块充放电管理步骤具体包括：获取储电模块的荷电状态SOC(t)，并估算在此SOC(t)状态下充电至高荷电量SOC(H)的充满时间Tc和放电至低荷电量SOC(L)的放尽时间Td；根据分时电价P(t)和储电模块SOC(t)对电池充放电进行控制：当P(t)为日最高价时，控制储电模块工作于放电状态，直至储电模块SOC(t)至低荷电量SOC(L)停止放电；当P(t)为日最低价时，控制储电模块工作于充电状态，直至储电模块SOC(t)至高荷电量SOC(H)；当P(t)为中间电价时，比较本时段电价P(N)和下一时段电价P(N+1)，本时段电价P(N)持续时间为T(N)，下一时段电价持续时间为T(N+1)；当本时段电价P(N)<P(N+1)时，储电模块执行充电动作，充电时间为充满时间Tc和T(N+1)的较小值，即min(T(N+1)，Tc)；当本时段电价P(N)>P(N+1)时，储电模块执行放电动作，放电时间为放尽时间Td和T(N+1)的较小值，即min(T(N+1)，Td)。本专利技术还提供一种户用分布式能源管理系统。户用分布式能源管理系统包括：空气能热泵、用于将所述空气能热泵产生的冷热能源储存的储冷储热器、与所述储冷储热器和所述空气能热泵连接的供冷供热网络、与电网和用电负荷连接的新能源发电模块、与所述新能源发电模块和电网连接的储电模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种户用分布式能源管理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，建立户用分布式能源管理系统，包括新能源发电模块、获取冷热源的空气能热泵、储存所述空气能热泵产生的冷热源的储冷储热器、与电网连接且用于储存新能源发电模块多余电能的储电模块，及用于接收各部件的工作状态和实时外部信息，并对接收到的信息进行分析处理以反馈控制指令的微控制器；步骤S2，设置用户所需能量信息，所述用户所需能量信息包括制冷设定温度Tcset、制热设定温度Thtset、热水设定温度Thset、场所内人数；步骤S3，获取实时外部信息，包括当地天气预报温度预测信息T(t)、实时环境温度信息Tambt及电网分时电价信息P(t)；步骤S4，建立数学模型以获得空气能热泵的最佳工作时间，根据设置的用户所需能量信息、获取的实时外部信息，建立冷热能费用时间函数，并求解该函数达到最小值的时间t1，作为空气能热泵的最佳工作时间。

【技术特征摘要】
1.一种户用分布式能源管理方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，建立户用分布式能源管理系统，包括新能源发电模块、获取冷热源的空气能热泵、储存所述空气能热泵产生的冷热源的储冷储热器、与电网连接且用于储存新能源发电模块多余电能的储电模块，及用于接收各部件的工作状态和实时外部信息，并对接收到的信息进行分析处理以反馈控制指令的微控制器；步骤S2，设置用户所需能量信息，所述用户所需能量信息包括制冷设定温度Tcset、制热设定温度Thtset、热水设定温度Thset、场所内人数；步骤S3，获取实时外部信息，包括当地天气预报温度预测信息T(t)、实时环境温度信息Tambt及电网分时电价信息P(t)；步骤S4，建立数学模型以获得空气能热泵的最佳工作时间，根据设置的用户所需能量信息、获取的实时外部信息，建立冷热能费用时间函数，并求解该函数达到最小值的时间t1，作为空气能热泵的最佳工作时间。2.根据权利要求1所述的户用分布式能源管理方法，其特征在于，步骤S4包括：根据设置的用户所需能量信息、当地天气预报温度预测信息T(t)和实时环境温度信息Tambt估算当天的冷热负载需求；根据实时环境温度信息Tambt、估算的冷热负载需求时间曲线、电网分时电价信息P(t)计算出满足冷热负载需求的费用和对应时间曲线，当所需的费用最低时获得空气能热泵的最佳工作时间。3.根据权利要求2所述的户用分布式能源管理方法，其特征在于，步骤S4具体包括如下步骤：步骤S41，计算冷热负载L(t)，根据设置的用户所需能量信息、当天天气预报温度预测信息T(t)和实时环境温度信息Tambt，估算当天的用热/用冷需求量L及需求时间T1；并根据冷热量存储效率η，计算当天任意时刻所需生产的冷热负载L(t)＝L/[(Tl-t)*η]，其中满足t≤T1；步骤S42，拟合冷热效能时间曲线COP(t)，根据天气预报温度预测信息T(t)，空气能热泵与温度的函数COP(T)，计算出冷热效能时间函数COP(t)＝COP(T(t))；步骤S43，计算冷热能源费用时间函数Cost(t)：根据分时电价信息P(t)，冷热需求负载时间函数L(t),冷热效能时间函数COP(t)，计算冷热能费用时间函数Cost(t)＝L(t)*P(t)/COP(t)；步骤S44，求解Cost(t)函数的最低费用的时间值，根据步骤S43所得出的费用函数Cost(t)，求出Cost(t)函数(其中t≤T1)达到最小值的时间t1，将其作为空气能热泵的最佳工作时间。4.根据权利要求3所述的户用分布式能源管理方法，其特征在于，步骤S41中，用热/用冷需求量L＝Qhot+Qheat/Qcool；其中，Qhot表示热水负载，Qheat表示制热负载，Qcool表示制冷负载；Qhot＝V*(Thset-Twater)＝(A1*P)(Thset-Twater)；其中P为场所内人数；Thset为设定热水温度；Twater为待加热水的温度；A1为变结构系数，由基础参数、热水负荷估算误差、热水预测估算历史累积误差、估算误差方差共同决定；Qheat＝A2(Tambt)(Thtset-Tambt)；其中Tambt为室外环境...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘帅，李瑫，陈林，黄岳文，谢建国，
申请(专利权)人：湖南红太阳新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43