一种户用电能存储系统的控制和管理方法与流程

本发明涉及户用电能存储系统的优化以及分布式可再生能源的利用等领域，更具体地说是一种户用电能存储系统的控制和管理方法。

背景技术

随着分布式可再生能源发电装置(例如：光伏发电板，小型风力发电机等)的普及，传统的耗电型用户逐渐转变为“产消”(既生产又消耗)型用户。安装了分布式可再生能源发电装置的产消型用户，既能在其自身的发电量无法满足其用电需求时进行购电，也能在其发电量超过其用电需求时将剩余的电能进行出售，即具备了电能的供应和需求的双重身份。在电力市场，面向用户侧改革的背景下，“自发自用，户户交易”结合分时电价的新模式正逐渐引起关注。这种新模式充分调动了用户安装分布式可再生能源发电装置的积极性，提高了分布式可再生能源的使用效率和覆盖率。

由于可再生能源发电具有不稳定性，比如光伏发电只能在白天进行，风能发电很难保证长时间持续稳定地供电。因此会出现在用电高峰时，发电量不足，以及在用电低谷时，发电量过剩的情况。目前的电力系统中，对于前者，会向主电网购买不足的电量；对于后者，会把多余的电量出售并上传到主电网。这就造成了电能在用户和主电网间的反复传输，增加了电能传输损耗和主电网的负荷。此外，在实行分时电价的环境下，从用户的角度考虑，在用电低谷时出售电能的价格低，而在用电高峰时购买电能的价格高。这就降低了用户使用分布式可再生能源的经济效益，影响了用户参与分布式可再生能源发展的积极性。

技术实现要素：

针对上述背景中存在的问题，本发明提供一种户用电能存储系统的控制和管理方法，作为用户端的电能管理系统(EMS)的一部分，提出了一种利用户用电能存储系统作为分布式可再生能源所发电能的缓存的方法，使过剩的发电量可以被存储，并在适当的时候被使用(见图1)。本发明综合考虑了分布式可再生能源的发电成本，分时电价，电能的存储成本和充放电过程中电能的损失，提出了户用电能存储系统的充放电管理机制和优化策略。此外，分布式可再生能源的发电成本，电能的存储成本，存储的电能的实时价格，是进行优化决策时起到重要作用的三个因素。本发明对这些因素进行了建模，对它们提出了一种计算方法。

为实现上述目的，本发明一种户用电能存储系统的控制和管理方法，提供如下技术方案：户用电能存储系统以电池为例，但不限于电池。当发电量过剩或者电价较低时，可以将所发的电能或者购买的电能存储到电池中；当发电量不足或者电价较高时，可以将所发的电能或者存储在电池中的电能用来供电，或者进行出售。用户的电能管理系统会计算分布式可再生能源的发电成本、电能的存储成本、充放电过程中电能损失的成本，以寻求所有成本之和的最小化为目的，来选择最优的策略进行存储、释放、购买、出售电能等操作。控制策略的主体为一个基于当前时间段用户的发电量和用电需求之差的决策树(见图2)，具体步骤如下：

(1)在同一片区域内，有用户i，其他用户，还有主电网。将主电网或者同一区域内的其他用户定义为乙方，则用户i即为甲方。

在t时刻，用户i的电能管理系统预测在接下来的一个时间段Δt内(例如：15分钟)的发电量与用电需求量之差，即Qt,i；获取t时刻的电价；计算电池中存储的电能的价格；读取分布式可再生能源的发电成本和电能的存储成本等数据。

(2)系统判断Qt,i的值大于0、小于0、等于0，

如果Qt,i的值等于0，则转到(9)；

如果Qt,i的值大于0，则转到(3)继续；

如果Qt,i的值小于0，则转到(5)继续。

(3)系统判断“当前电价>电池中存储的电能的当前价格 电池的单位放电成本”；

如果结果为真，则出售电能，即将过剩的发电量和电池中存储的电能部分或者全部(视乙方的需求而定)出售给乙方，然后转到(9)；

如果结果为假，则转到(4)继续；

(4)系统检查电池是否已满？

如果电池已满，则出售电能，即将过剩的发电量出售给乙方，然后转到(9)；

如果电池未满，且有足够的空间存储过剩的发电量，则电池充电，即将过剩的发电量存储到电池中，然后转到(9)；

如果电池未满，但没有足够的空间存储过剩的发电量，则电池充电，即先用过剩的发电量将电池充满，再出售电能，即将未能充入电池的电量出售给乙方，然后转到(9)。

(5)系统检查电池的储电量是否为0？

如果储电量为0，则购买电能，即向乙方购买所需的电能，然后转到(9)；

如果储电量大于0，则转到(6)继续。

(6)系统检查电池的储电量是否可以满足用电需求？

如果可以满足，则转到(7)继续；

如果无法满足，则转到(8)继续。

(7)系统比较电池的放电成本和购电费用哪个更低？

如果电池的放电成本大于购电费用，则购买电能，即放弃使用电池中的电能，向乙方购买电能来满足用电需求，然后转到(9)；

如果电池的放电成本小于或者等于购电费用，则电池放电，即使用电池中的电能来满足用电需求，然后转到(9)。

(8)系统比较使用一部分电池中的电量加上购买一部分电量，与购买全部的电量，费用哪个更低？

如果电池的放电成本与补充电量的购买费用之和小于或者等于全部用电量的购买费用，则电池放电，即先使用电池中存储的所有电能，再购买电能，即向乙方购买不足的用电量进行补充，然后转到(9)；

如果电池的放电成本与补充电量的购买费用之和大于全部用电量的购买费用，则购买电能，即向乙方购买全部所需的用电量，然后转到(9)。

(9)决策过程结束。

本发明的有益效果是：提高了分布式可再生能源的利用效率，降低了由可再生能源的不稳定性给电力系统带来的负面影响，减少了电能在用户和主电网之间往复传输的损耗，也减小了主电网在用电高峰时期的负荷，同时也提高了用户使用分布式可再生能源的经济效益，进一步提升了光伏等分布式可再生能源在实际应用中的使用效果并促进其在用户侧的推广和覆盖。

附图说明

图1为在分时电价、自发自用、户户交易的背景下，利用户用电能存储系统作为电能缓存的示意图。

图2为以发电成本、电能的存储成本、充放电成本之和最小化为最优策略的决策树。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

对用户i定义常量：ηi,d∈(0,1]为电池的放电效率，Si,max为电池的最大储电容量；CoSi(Cost of Storage)为电池存储电能的成本(即使用成本，元/度)，CoGi(Cost of Generation)为分布式可再生能源的发电成本(即使用成本，元/度)；CoBati(Cost of Battery)为电池的购买和安装总成本，BCLi(Battery Cycle Life)为电池的循环寿命(次)；CoDevi(Cost of Device)为分布式可再生能源发电装置的购买和安装总成本，AnYi(Annual Yield)为分布式可再生能源发电装置平均年度发电量(度/年)，LToDevi(Lifetime of Device)为分布式可再生能源发电装置的平均寿命(年)。

在t时刻以及Δt内对用户i定义：St,i为电池在t时刻所存储的电量，αt,i,buy为购买的电量(度)，αt,i,produce为自发电的电量(度)，Pt为分时电价，PoSt,i(Price of St,i)为电池中存储的电能的价格(元/度)，|Ti,buy|为所有用购买的电能给电池充电的时间段(Δt)的集合，|Ti,produce|为所有用自发电的电能给电池充电的时间段(Δt)的集合，CoDis(x)t,i为从电池中释放x单位(度)电量的成本。由以上定义，我们对决策中所需要的重要参数进行建模，结果如下：

电池存储电能的成本的建模如公式①：

分布式可再生能源发电装置的发电成本的建模如公式②：

电池中存储的电能的实时价格建模如公式③：

电池的放电成本由放电过程中电能的损失和电池中存储的电能的价格决定，如公式④：

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。