一种家庭光伏-电池储能系统定容方法技术方案

本发明专利技术提供一种家庭光伏

【技术实现步骤摘要】
一种家庭光伏
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电池储能系统定容方法


[0001]本专利技术涉及光伏(PV)系统的家庭能源管理系统
，具体而言，尤其涉及一种家庭光伏
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电池储能系统定容方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着光伏系统的广泛应用和光伏组件成本下降，各国已逐步取消上网电价或降低上网电价率。因此，将现场产生的可再生能源出售给电网以及失去了原有的高经济吸引力。上网电价率的下降也对光伏系统的规模产生了影响。以往，系统规模越大，出售给电网的电力利润就越高。然而，如今下降的上网电价率使得增加“自发自用”有了必要性，产生的电力主要满足家庭需求。在“自发自用”的情况下，光伏和电池储能系统的定容需要合理规划。
[0003]为了增加“自发自用”，专业消费者可以通过将电力负荷转移到分布式发电时期来执行需求侧管理。他们还可以通过需求侧管理来实施需求响应，使其利用基于时间的费率来减少电费。考虑到以上特征，以及不断增加的电器数量、太阳能电池的加入和电动汽车的广泛运用，给负载管理带来极大挑战。这些问题可以通过家庭能源管理系统来克服。
[0004]如今，建筑用电约占总能耗的40％，智能家庭部门占总能耗的26.6％，在这方面家庭能源管理系统不仅为其用户提供了经济利益，而且还为环境和气候变化贡献一份力量。
[0005]HEMSs在家庭中提供的需求响应和“自发自用”可以大大增加PV
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BESS装置的净现值，并在定容时减少组件定容和安装成本。最后，本方法旨在为装备家庭能源管理系统的家庭开发一个最优的光伏
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电池储能系统定容模型，以实现系统寿命中的最高净现值。
[0006]在传统文献中，有大量关于智能家庭应用的DG和BESS定容的研究。这些研究未能考虑到能够对可控电力负荷进行需求侧管理的HEMSs存在，这可以减少DG
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BESS装置的定容并增加净现值。
[0007]最近，旨在通过提供需求响应的负载调度和增加可再生能源的“自发自用”来降低家庭电费的HEMSs研究收到广泛关注。Golmohammadi等人研究了智能家居中时间可转移电器(TSAs)和恒温控制电器(TCAs)的负荷调度。Ghavzini等人研究了家庭中作为TCA的电热水器(EWHs)和作为可换电设备(PSAs)的电动汽车的能源管理，并考虑了车辆到电网(V2G)和车辆到家庭(V2H)的能力。Paterakis等人开发了一个HEMSs,能够对所有类型的家用电器进行能源管理。尽管所有这些研究都包括PV
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BESS单元，但他们忽略了电池的老化。Shafie
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khah和Siano考虑所有类型负载的运行，以及电池的老化和家庭热舒适度。这些关于HEMSs的研究，大部分没有涉及到这里，没有涉及到定容程序。上面所提到的HEMSs是在安装了预设定容的DG
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BESS装置的家庭中进行的测试。当然，安装HEMSs可以减少日常费用，但是如果一开始就考虑在家中安装HEMSs，那么DG
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BESS的定容从一开始就可以减少。
[0008]目前只有少数研究涉及到DG
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BESS装置的最优定容和总生命周期成本(LCC)评估，这些装置配备了能够进行电力负荷调度的HEMSs，用于DSM。有方法评估了HEMSs在PV
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BESS定容中的作用，它确保了电池的最优充放电。考虑到专业消费家庭能源消费习惯，有方法开
发了一个离线能源管理工具用于PV
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BESS的定容。有方法调研了不同定价方案的HEMSs中PV
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BESS单元的容量分配。有方法研究了基于点对点(P2P)能源交易的PV
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BESS单元的最优定容。有方法考虑到电动汽车、家庭负荷和风力发电的不确定性，为基于规则的HEMSs确定了小型涡轮机(WT)
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BESS系统的最优容量。尽管存在HEMSs，但没有考虑电力负荷管理和电器的调度。有方法为HEMSs运行下的电动汽车所有者家庭进行了PV
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BESS装置的技术
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经济性评估。考虑到了PSA的负载管理，但忽视了TSA和TCA的负载管理。有方法考虑到TSA的能源管理以及对抗DR和电网中断的可靠性，为智能家居进行了最优的PV
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BESS定容。有方法提出了一个两阶段的优化方案，用于确定WT
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PV
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BESS的大小以及家庭中TSA和EV的电力负荷管理。然而，TCA的预设被忽略了。应该注意到是，没有考虑到电池的老化，这对系统的总生命周期至关重要。有方法考虑到TSA和TCA的负载管理以及家庭电池储能系统定容中电池老化的影响，但没有考虑光伏阵列定容。在上述所有的定容研究中，都忽略了最优光伏倾斜角的确定，这是PV
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BESS定容中的一个关键因素，它可以根据房屋位置、电力负荷情况和DSM而变化。在这些研究中，要么没有确定光伏的定容，要么使用预先测量的阵列数据，要么假设光伏面板是水平的。

技术实现思路

[0009]根据上述
技术介绍
中提到的技术问题，而提供一种家庭光伏
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电池储能系统定容方法。本专利技术主要利用一种家庭光伏
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电池储能系统定容方法，家庭配备有家庭能量管理系统，其特征在于，包括：
[0010]步骤一：建立基于混合整数线性编程的功率平衡模型，执行需求响应以增加自发自用，并通过HEMSs进行日最优负荷调度，调度目标为智能家居的日常电费最低；
[0011]步骤二：模拟家庭能源管理系统年度运行组合容量，并计算光伏
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电池储能系统在系统生命周期内的净现值，对一年中的每一天进行每日账单最小化，并计算出年度总电费；
[0012]步骤三：对每个光伏容量
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光伏倾斜角
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电池数量的组合工况重复步骤一和步骤二，确定所有可能的组合容量的净现值，然后将获取的所述净现值从高到低排序，选择净现值最高的组合容量作为最优规划结果。
[0013]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0014]本专利技术为模型考虑到了基于DR的日前负荷调度和“自发自用”筛选程序。与传统法为数不多的研究不同，所提出的模型考虑到了所有电力负荷的调度、电池组的老化影响、V2H的可用性，以及在组件定容中确定最优光伏倾斜角度。
[0015]本专利技术在使用和不使用HEMSs的装有PV
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BESS家庭之间进行了技术
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经济比较。通过这种方式，研究使用HEMSs对PV
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BESS系统净现值的影响。
[0016]本专利技术给出了敏感性分析方法，可适用于电价上涨和电池价格下降对配备HEMSs家庭的PV
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BESS规模的影响。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种家庭光伏
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电池储能系统定容方法，家庭配备有家庭能量管理系统，其特征在于，包括：步骤一：建立基于混合整数线性编程的功率平衡模型，执行需求响应以增加自发自用，并通过HEMSs进行日最优负荷调度，调度目标为智能家居的日常电费最低；步骤二：模拟家庭能源管理系统年度运行组合容量，并计算光伏
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电池储能系统在系统生命周期内的净现值，对一年中的每一天进行每日账单最小化，并计算出年度总电费；步骤三：对每个光伏容量
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光伏倾斜角
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电池数量的组合工况重复步骤一和步骤二，确定所有可能的组合容量的净现值，然后将获取的所述净现值从高到低排序，选择净现值最高的组合容量作为最优规划结果。2.根据权利要求1所述的一种家庭光伏
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电池储能系统定容方法，其特征在于：步骤一中所述功率平衡模型，从电网提取的电力、使用的光伏电力以及以电池反馈给家庭用电电能B2H和电动汽车反馈给家庭用电电能形式从PSA转移到家庭的电力，等于t时刻家用电器的耗电量和可转移负荷的充电功率：其中，P
tH
表示时刻t除了BESS和电动汽车，EV以外的家用电器时移式电器，TSA和恒温控制电器，TCA和不灵活的负载的功耗；其中，P
tPV,used
表示在时刻t向家用电器、BESS和电动车供电的光伏功率；其中，t时刻的光伏产量用于“自发自用”和储能，多余的光伏电力被外送到电网；P
tPV,prod
＝P
tPV,used
+P
tPV,2G
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)。3.根据权利要求1所述的一种家庭光伏
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电池储能系统定容方法，其特征在于：所述基于HEMSs进行最优负荷调度，使智能家居的日常电费被降至最低，包括以下步骤：通过MATLAB中的intlingprog求解器解决混合整数线性规划中所遇到的问题：其中，目标函数为HEMS执行的年度电费最小化，即：其中，C
c,y,d
表示在第y年的第d日，特定的PV
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BESS
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PV倾斜角度组合c的每日账单最小化；表示所有家用电器从电网购买的总电量；表示有光伏销往电网的电力；和分别表示电动汽车和电池储能系统刚从电网购买的电力；假设电动汽车和电池储能系统以一个更高的，包含电池老化成本在内的虚假价格购买电力，以避免不必要的电池循环；也就是说，只有当购买电力用于家庭的利润大于电池的退化成本时，才会出现V2H和电池到户B2H；
其中，λ
k,deg
表示电池老化成本(电池储能系统，电动汽车)[$/千瓦时]，表示电力购买价格[$/千瓦时]，为惩罚性费用包括购电价格，电池储能系统，电动汽车[$/千瓦时]，DoD
k
表示电池放电深度，Cap
k
表示电池容量[千瓦时]，Cyc
k
表示电池寿命，L
k
为特定放电深度下的电池寿命吞吐。由于人为的电池老化成本增加的BESS和的购买价格，这只是在优化中使用，并且应该从以后的优化结果中剔除，因此，实际账单用实际购买价格重新计算为：为：表示光伏
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BESS
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倾斜角度组合的年度总电费为：4.根据权利要求1所述的一种家庭光伏
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电池储能系统定容方法，其特征在于所述净现值的计算方法是取一段时期内的折现的现金流入和流出的差额；即所述净现值的计算方法为：其中，表示货币储蓄[$]；表示支出费用[$]；而目标函数是找到具有最高净现值的最优PV
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BESS
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倾斜角组合：在公式(11)中，表示在项目的生命周期中由货币储蓄产生的现金流入；所述货币储蓄表示指使用和不使用PV
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王福帮，金宏伟，姚祚恒，姚远，王安妮，崔嘉，张弘弢，王迎弟，王振，王兆宇，张希铭，吴尚润，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司抚顺供电公司国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：