一种基于多用户组网共享储能的家庭能源优化系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多用户组网共享储能的家庭能源优化系统及方法，包括集中式共享储能模块，由电力电子器件及一组单体蓄电池组成，用于多个家庭用户的用电储能；内部供电模块，由多个家庭用户组网构成，用于不同用户之间直接的能量流通；能源优化模块，用于投资、维护和管理集中式共享储能模块、维持内部供电模块功率平衡及为用户提供用电及储能优化服务；家庭用户端模块，用于安排次日家庭电器用电计划并与能源优化模块进行信息交流和在线支付；外部供电模块，连通外部供电设备，用于为整个系统供电，将原来分散在用户家里的储能设备改为集中式共享储能系统协调优化，相比原来分散的储能设备，减小了总的储能容量并且提高了储能空间利用率。

A home energy optimization system and method based on multi-user network sharing energy storage

【技术实现步骤摘要】
一种基于多用户组网共享储能的家庭能源优化系统及方法
本专利技术涉及家庭能源优化的
，尤其涉及一种基于多用户组网共享储能的家庭能源优化系统及方法。
技术介绍
近年来，能源需求快速膨胀，以石油为代表的化石能源供应紧缺、成本日益上涨，全球变暖的形势十分严峻，节能减排已成为当今国际社会的紧迫任务。随着全球电力工业规模的逐年增长，能源的电能化和终端能源消费的电能化是历史发展和社会发展的必然趋势。推进可再生能源的发展可以有效地解决日益严峻的能源环境问题，可再生能源在未来取代传统能源(如煤、石油和天然气)是必然趋势。目前，风力发电、光伏发电等清洁可再生能源的大规模应用对能源环境压力起到一定的缓解作用。但是，风能和太阳能具有间歇性和随机性等特点，这些不确定因素使可再生能源接入电网后，对稳定运行和优化调度等造成一定的困难。家庭微电网是集合电网双向功率流、可再生能源发电、蓄电池储能和用电负荷一体化的家庭微型电力系统，是利用可再生能源的有效途径。但是传统的家庭微电网存在一些不足和问题。传统的微电网储能方式储能容量固定，不能适应可再生能源发电和家庭用电的季节性变化。此外，不同的用户由于用电的习惯的不同在储能的空间和时间上存在差异，从整个储能设备的角度来看，明显存在储能空间上的浪费。传统直接上网售电方式也没有考虑余电直接上网对电网电能质量的影响、交直流变换造成的不必要的电能损耗以及用电不经济等问题。
技术实现思路
本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。鉴于上述现有家庭微电网储能方式存在的问题，提出了本专利技术。因此，本专利技术解决的技术问题是：解决现有微电网储能方式储能容量固定、无法适应不同用户的用电差异造成的储能空间的浪费，以及传统直接上网售电方式导致的电能损耗和用电不经济的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种基于多用户组网共享储能的家庭能源优化系统，包括集中式共享储能模块，由电力电子器件及一组单体蓄电池组成，用于多个家庭用户的用电储能；内部供电模块，由多个家庭用户组网构成，用于不同用户之间直接的能量流通；能源优化模块，用于投资、维护和管理所述集中式共享储能模块、维持所述内部供电模块功率平衡及为用户提供用电及储能优化服务；家庭用户端模块，用于安排次日家庭电器用电计划并与所述能源优化模块进行信息交流和在线支付；外部供电模块，连通外部供电设备，用于为整个系统供电。作为本专利技术所述的基于多用户组网共享储能的家庭能源优化系统的一种优选方案，其中：所述能源优化模块具体包括：计算单元，根据接收到的用户次日用电计划信息对安装有可再生能源发电单元的用户次日的发电功率进行预测，并根据用户次日用电计划信息、可再生能源发电量、储能系统荷电状态、储能系统功率约束、用户侧的用电优化调度目标函数、内电网功率平衡、外电网电价综合做出优化计算；信息发送与接收单元，用于接受所有用户发来的次日用电计划信息；蓄电池组合单元，用于储存结余的可再生能源，待缺电时为所述内部供电模块供能；充放电能记录单元，用于记录用户每日的充放电能量；收费单元，用于实现用户每日用电量的分类统计收费。作为本专利技术所述的基于多用户组网共享储能的家庭能源优化系统的一种优选方案，其中：所述家庭用户端模块具体包括：可再生能源发电单元，用于实现可再生能源的发电；信息发送和接受单元，用于将用户次日的用电使用计划发送给所述能源优化模块；支付单元，用于用户支付每日的用电量；控制单元，用于用户之间电能的协调流通。作为本专利技术所述的基于多用户组网共享储能的家庭能源优化系统的一种优选方案，其中：通过以下公式定义所述储能系统荷电状态，用于所述能源优化模块计算单元的优化计算，其中，Erem为储能系统剩余电量，Eses为所述储能系统额定容量。作为本专利技术所述的基于多用户组网共享储能的家庭能源优化系统的一种优选方案，其中：考虑到所述储能系统的使用寿命，通过如下公式进行约束，SOCmin≤SOC(h)≤SOCmax，其中，SOCmin(h)、SOCmax(h)分别为所述储能系统的最小和最大荷电状态值。作为本专利技术所述的基于多用户组网共享储能的家庭能源优化系统的一种优选方案，其中：在电能调度过程中，所述储能系统的荷电状态SOC动态变化，考虑其充放电效率ηch、ηdch及充放电额定功率所述储能系统的动态荷电状态的计算式如下，其中，Pch(h)、Pdch(h)分别为所述储能系统在h时刻的实时充、放电功率。作为本专利技术所述的基于多用户组网共享储能的家庭能源优化系统的一种优选方案，其中：所述用户侧的用电优化调度目标函数具体为，其中，为所述内部供电模块购电费、Cser为通过所述能源优化模块对用户实际充放电能收取的服务费。作为本专利技术所述的基于多用户组网共享储能的家庭能源优化系统的一种优选方案，其中：当所述内部供电模块处于缺电状态下，需从所述外部供电模块进行购买，购买功率如下，其中，PEG(h)、分别为h时刻所述内部供电模块从所述外部供电模块购电功率、用户从所述内部供电模块的购电功率、用户售电给所述内部供电模块的功率、所述集中式共享储能模块对所述内部供电模块充放电功率(正为充电，负为放电)。为解决上述技术问题，本专利技术还提供如下技术方案：一种基于多用户组网共享储能的家庭能源优化方法，包括用户根据自己次日的生活需要，安排次日用电计划信息，并将安排好的所述次日用电计划信息发送给能源优化模块；所述能源优化模块接受所有用户发来的所述次日用电计划信息，并对安装有可再生能源发电单元的用户次日的发电功率进行预测；所述能源优化模块根据用户的所述次日用电计划信息、可再生能源发电量、储能系统荷电状态、储能系统功率约束、用户侧的用电优化调度目标函数、内电网功率平衡、外电网电价综合做出优化；每天结束后，所述能源优化模块根据记录的购电量、售电量、充放电量数据计算用户一天的用电总费用发给用户确认，并提醒用户在线支付。作为本专利技术所述的基于多用户组网共享储能的家庭能源优化方法的一种优选方案，其中：如果经过所述能源优化模块优化后仍有电能的盈余，所述能源优化模块会通过内部供电模块将盈余部分售电给其他缺电的用户，如果仍有少量剩余，所述能源优化模块调度储能系统进行储能，待缺电时为所述内部供电模块供能。本专利技术的有益效果：本专利技术利用不同的家庭用户用电的习惯不同，在储能的空间和时间上差异的互补性，将原来分散在用户家里的储能设备改为集中式共享储能系统协调优化，相比原来分散的储能设备，减小了总的储能容量并且提高了储能空间利用率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多用户组网共享储能的家庭能源优化系统，其特征在于：包括，/n集中式共享储能模块(100)，由电力电子器件及组单体蓄电池组成，用于多个家庭用户的用电储能；/n内部供电模块(200)，由多个家庭用户组网构成，用于不同用户之间直接的能量流通；/n能源优化模块(300)，用于投资、维护和管理所述集中式共享储能模块(100)、维持所述内部供电模块(200)功率平衡及为用户提供用电及储能优化服务；/n家庭用户端模块(400)，用于安排次日家庭电器用电计划并与所述能源优化模块(300)进行信息交流和在线支付；/n外部供电模块(500)，连通外部供电设备，用于为整个系统供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多用户组网共享储能的家庭能源优化系统，其特征在于：包括，
集中式共享储能模块(100)，由电力电子器件及组单体蓄电池组成，用于多个家庭用户的用电储能；
内部供电模块(200)，由多个家庭用户组网构成，用于不同用户之间直接的能量流通；
能源优化模块(300)，用于投资、维护和管理所述集中式共享储能模块(100)、维持所述内部供电模块(200)功率平衡及为用户提供用电及储能优化服务；
家庭用户端模块(400)，用于安排次日家庭电器用电计划并与所述能源优化模块(300)进行信息交流和在线支付；
外部供电模块(500)，连通外部供电设备，用于为整个系统供电。


2.根据权利要求1所述的基于多用户组网共享储能的家庭能源优化系统，其特征在于：所述能源优化模块(300)具体包括，
计算单元，根据接收到的用户次日用电计划信息对安装有可再生能源发电单元的用户次日的发电功率进行预测，并根据所述用户次日用电计划信息、可再生能源发电量、储能系统荷电状态、储能系统功率约束、用户侧的用电优化调度目标函数、内电网功率平衡、外电网电价综合做出优化计算；
信息发送与接收单元，用于接受所述用户发来的次日用电计划信息；
蓄电池组合单元，用于储存结余的可再生能源，待缺电时为所述内部供电模块(200)供能；
充放电能记录单元，用于记录用户每日的充放电能量；
收费单元，用于实现用户每日用电量的分类统计收费。


3.根据权利要求1所述的基于多用户组网共享储能的家庭能源优化系统，其特征在于：所述家庭用户端模块(400)具体包括，
可再生能源发电单元，用于实现可再生能源的发电；
信息发送和接受单元，用于将用户次日的用电使用计划发送给所述能源优化模块(300)；
支付单元，用于用户支付每日的用电量；
控制单元，用于用户之间电能的协调流通。


4.根据权利要求2所述的基于多用户组网共享储能的家庭能源优化系统，其特征在于：通过以下公式定义所述储能系统荷电状态，用于所述能源优化模块(300)计算单元的优化计算，



其中，Erem为储能系统剩余电量，Eses为所述储能系统额定容量。


5.根据权利要求2所述的基于多用户组网共享储能的家庭能源优化系统，其特征在于：考虑到所述储能系统的使用寿命，通过如下公式进行约束，



其中，SOCSOCmin(h)、SOCmax(h)分别为所述储能系统的最小和最大荷电状态值。
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵倩，薛树强，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：上海;31