CN109787263B - 一种基于多级云储能的家庭能源互济系统及调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多级云储能的家庭能源互济系统及调度方法，包括云储能提供商、调度中心、电网和用户端。云储能供应商拥有大规模的储能设备可以使用户随时、随地、按需使用共享储能资源。同时，用户在租用适当容量的蓄电池后也需要给供应商支付相应的服务费。当用户的数量和地理位置不断扩大后，可以采用多级云储能的管理模式。整个过程用户端多余的电能可以出售给供应商，供应商存储电能后，当某一用户端发出缺电信息，调度中心就近寻找存有余电的储能设备实现电能传输互济，电能的传输先在低级层(云储能内部)进行调度，当需求得不到满足时再进入高级层(云与云之间)进行调度。与现有技术相比，本发明具有合理调度，经济适用性强等优点。

Description

一种基于多级云储能的家庭能源互济系统及调度方法

技术领域

本发明涉及能源储能技术领域，尤其是涉及一种基于多级云储能的家庭能源互济系统及调度方法。

背景技术

现如今，随着能源电力行业技术的不断进步，能源互联网将成为未来电网发展的重要发展方向。在能源互联网相关的技术中，分布式储能与分布式可再生能源的联合运行将是今后能源互联网的重要发展方向。用于储存用户的可再生能源发出的过剩电能或者通过帮助用户负荷曲线移峰来降低电费。每个用户在能源市场中的定位将不再仅仅是能源的消费者，而是集能源的生产者、消费者于一身的新型能源生产消费者，将会充分利用其所掌控的分布式发电资源；每个用户可以运用储能装置修正自己的负荷曲线，从而降低用电费用，最大化分布式能源的价值。

但是目前储能设备成本依然较高，限制了分布式储能的广泛应用。风电与太阳能发电等间歇性可再生能源的快速发展增加了电力系统对储能的需求。同时，电能存在无法大量储存的情况。大量分布式电源的无序接入，因发、供、用电之间的不平衡，发、用电之间缺少一种中间储能装置，并可通过价格等经济手段予以调节。共享经济的迅速发展为储能的应用带来新的商业机会，基于储能设施共享的云储能可能成为未来电力系统新的形态特征之一。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于多级云储能的家庭能源互济系统及调度方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于多级云储能的家庭能源互济系统，该系统包括电网、调度中心、云储能提供商和用户端，其中，所述云储能提供商，用于维护和管理储能设备，将原本分散在用户端的储能装置集中在云端，将云储能中的虚拟容量代替用户侧的实体容量，所述调度中心包括两级调度，所述两级调度中的一级调度用于在单个云储能内部，实现归属于此云下所有用户之间的余电互济，另一级调度用于在多个云储能之间进行，实现归属于不同云下的用户之间的余电互济，所述用户端，用于根据实际需求向云储能提供商购买设定期限内虚拟储能的使用权。

进一步地，所述云储能提供商与所述用户端之间通过所述电网连接运输电能，所述电网的上网装置包括整流逆变器和稳压器，所述整流逆变器和所述稳压器串联设置于所述电网与蓄电池之间。

进一步地，所述电网为双向功率流动型电网，所述云储能提供商与所述用户端之间还设置有用于控制充放电功率不超过最大功率限制和计量充放电的实际电量的计量表。

进一步地，所述云储能提供商的虚拟电池的运行需满足电能守恒约束条件和功率约束条件。

进一步地，所述电能守恒约束条件，其描述公式为：

式中，E_i(h)为用户i在云端租用的蓄电池内在h时刻的电量，0≤E_i(h)≤C_B,i，C_B,i为蓄电池储能总容量，E_ini为用户端的初始存储电能，

和

分别为充放电效率，Δh为每个时间段的持续时间。

进一步地，所述功率约束条件，其描述公式为：

式中，

和

分别为用户端对云端蓄电池的充放电功率，

和

分别为蓄电池的最大充放电功率，u_ESS(h)为充放电状态判断变量。

进一步地，所述用户端根据不同情况针对蓄电池作出充放电行为，所述不同情况，其描述公式为：

式中，λ_t为电价，

为充电临界电价，

为光伏出力，d_i,t为负荷。

一种采用所述的一种基于多级云储能的家庭能源互济系统的调度方法，包括以下步骤：

步骤1：用户可根据自身的发电和耗电情况选择合适容量的蓄电池进行定期租用，用户向云端支付租赁相应空间的费用；

步骤2：当某个用户发出缺电信息，先寻找该用户所属的储能云下其他用户是否有余电可用来互济，若没有余电或提供电量未能满足要求，再进行调度，寻找其他储能云中是否有余电进行调度；

步骤3：希望得到电量的用户端发出缺电信息，云储能调度中心接收到缺电信息后发出搜索指令，找到有余电的用户，电量通过用户卖给云端，云端再上传到电网，借助电网的通道送达到缺电的用户端；

步骤4：云储能在电价降低时向电网买电，在发电过量时卖电给电网；

步骤5：有光伏等发电设备的用户将发出的电能存储在云端蓄电池中或将多余的发电量卖给云端，没有新能源发电设备的用户租用蓄电池，从云储能提供商处购买电量；

步骤6：参与余电调度互济的双方，计价方案为用户与云端之间的价格交易。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明增加了储能装置容量的可变性，避免了储能装置的一次购买费用，提出云储能的概念，利用第三方平台实现储能共享。用户可根据自己的负荷消耗和发电预测，向云储能提供商租用相应容量的蓄电池。

(2)本发明提高了用户之间发电用电的灵活性，当发电量超出蓄电池储能容量后，用户可以选择把余电卖给云端，用于互济调度。而当蓄电池和发电电量不能满足用户负荷需求电量时，可以不再单一的选择向电网买电，还可以借助云端购买其他用户或云提供商储能装置中事先存储的电量。

(3)本发明提出了多级云储能的管理策略，实现两级调度，降低算法的搜索范围和信息处理量，降低调度的复杂度。

(4)本发明储能装置由云储能提供商统一投资、管理和维护。用户端使用云端虚拟储能如同使用实际储能一样，只需管理蓄电池的充电和放电状态。操作简单，方便使用，相较于分布式储能装置独立投资管理，大大降低了运行成本。

附图说明

图1为本发明的整体架构示意图；

图2为本发明调度中心中的低级层的调度方案图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

如图1和图2所示分别为本发明对应的实施例的整体架构及调度中心中的低级层的调度方案示意图，本实施例中对应的本发明的一种基于多级云储能的家庭能源互济系统，该系统包括：

电网；

调度中心，含有两级调度，低级调度是在单个云储能内部，实现归属于此云下所有用户之间的余电互济。高级调度是在多个云储能之间进行，实现归属于不同云下的用户之间的余电互济；

云储能提供商，用于投资、维护和管理大规模的储能设备，将原本分散在用户端的储能装置集中在云端，云储能中的虚拟容量代替用户侧的实体容量。云端的虚拟储能容量以大规模的储能设备为主要支撑，以分布式的储能资源为辅助，可以为大量的用户提供分布式的储能服务；

用户端，根据实际需求向云储能提供商购买一定期限内虚拟储能的使用权，用户使用云端虚拟储能如同使用实体储能。通过公共互联网，用户可以控制云端虚拟电池充电放电，也可以接受云端发出的蓄电池荷电状态信息。

云端蓄电池和用户端之间配置有一个计量表，主要用于控制充放电功率不超过最大功率限制和计量充放电的实际电量。

本发明系统配套的调度方法包括以下步骤：

S1：云储能的策略下，用户不用进行储能设备的一次投资和维护管理。在此基础上，相邻家庭共享一个储能设备，每人占得总储能的比例不同生活习惯用电情况不同，所以不适合无约束的共享储能，为了保护用户充放电的独立性，每个家庭以租赁的方式购买云储能的服务。

用户可根据自身的发电和耗电情况选择合适容量的蓄电池进行定期租用，用户向云端支付租赁相应空间的费用，在使用云端虚拟电池的时候如同使用实际电池，通过互联网控制云端电池的充放电行为。在使用过程中，需要满足以下约束：

1)储能蓄电池始终保持能量守恒，蓄电池存储的电能为：

式中，E_i(h)为用户i在云端租用的蓄电池内在h时刻的电量，0≤E_i(h)≤C_B,i，C_B,i为蓄电池储能总容量，E_ini为用户端的初始存储电能，

和

分别为充放电效率，Δh为每个时间段的持续时间。

2)云储能蓄电池的功率约束条件：

式中，

和

分别为用户端对云端蓄电池的充放电功率，

和

分别为蓄电池的最大充放电功率，u_ESS(h)为充放电状态判断变量，该值为1时，表示用户端租用的云端蓄电池正处于充电状态；当该值为0时，表示用户端租用的云端蓄电池正处于放电状态。

S2：分级调度在多级云储能系统下操作流程：当某个用户发出缺电信息，调度先在低级层运行，寻找该用户所属的储能云下其他用户是否有余电可用来互济，若没有或提供电量未能满足要求，再在高级层中进行调度，寻找其他储能云中是否有余电进行调度。

S3：用户间电能互济在多级云储能系统下的操作流程是：希望得到电量的用户端发出缺电信息，云储能调度中心接收到缺电信息后发出搜索指令，找到有余电的用户，根据分级调度的原则就近选择可以提供多余电量的用户，此时被需求电量通过用户卖给云端，云端再上传到电网，借助电网的通道送达到缺电的用户端。整个过程，调度中心起信息收集和决策的作用，电网是传输通道，实现用户与用户之间的余电互济。

S4：所述的电网为双向功率流动，云储能可在低电价时向电网买电，也可以在发电过多时卖电给电网。

S5：用户端不强制要求具备光伏风力等新能源发电设备。投资有光伏等发电设备的用户可以将发出的电能存储在云端蓄电池中，或者发电量过多时也可以选择卖给云端，云端会给相应的金额补贴。没有投资新能源发电设备的用户可以租用一定容量的蓄电池后，再从云储能提供商处购买电量，购买前假设云端已存有一定量的电量，该电量可以是云端从电网低价买进的也可以是其他用户卖给云端后存储在未出租的蓄电池中的。

S6：对于参与余电调度互济的双方，计价方案统一是用户与云端之间的价格交易，不允许用户与用户之间经济往来。即，缺电用户得到的电量算作是从云端购买的，需支付给云储能供应商相应费用，该费用定价低于此时刻电网电价。有余电用户发出的电量算作是卖给云端的，云端会给用户相应的金额补贴。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种基于多级云储能的家庭能源互济系统，其特征在于，该系统包括电网、调度中心、云储能提供商和用户端，其中，所述云储能提供商，用于维护和管理储能设备，将原本分散在用户端的储能装置集中在云端，将云储能中的虚拟容量代替用户侧的实体容量，所述调度中心包括两级调度，所述两级调度中的一级调度用于在单个云储能内部，实现归属于此云下所有用户之间的余电互济，另一级调度用于在多个云储能之间进行，实现归属于不同云下的用户之间的余电互济，所述用户端，用于根据实际需求向云储能提供商购买设定期限内虚拟储能的使用权；

所述电网为双向功率流动型电网，所述云储能提供商与所述用户端之间还设置有用于控制充放电功率不超过最大功率限制和计量充放电的实际电量的计量表；

所述云储能提供商的虚拟电池的运行需满足电能守恒约束条件和功率约束条件；

所述电能守恒约束条件，其描述公式为：

式中，E_i(h)为用户i在云端租用的蓄电池内在h时刻的电量，0≤E_i(h)≤C_B,i，C_B,i为蓄电池储能总容量，E_ini为用户端的初始存储电能，

和

分别为充放电效率，Δh为每个时间段的持续时间；

所述功率约束条件，其描述公式为：

式中，

和

分别为用户端对云端蓄电池的充放电功率，

和

分别为蓄电池的最大充放电功率，u_ESS(h)为充放电状态判断变量；

所述用户端根据不同情况针对蓄电池作出充放电行为，所述不同情况，其描述公式为：

式中，λ_t为电价，

为充电临界电价，

为光伏出力，d_i,t为负荷；

采用基于多级云储能的家庭能源互济系统的调度方法，包括以下步骤：

步骤1：用户可根据自身的发电和耗电情况选择合适容量的蓄电池进行定期租用，用户向云端支付租赁相应空间的费用；

步骤2：当某个用户发出缺电信息，先寻找该用户所属的储能云下其他用户是否有余电可用来互济，若没有余电或提供电量未能满足要求，再进行调度，寻找其他储能云中是否有余电进行调度；

步骤3：希望得到电量的用户端发出缺电信息，云储能调度中心接收到缺电信息后发出搜索指令，找到有余电的用户，电量通过用户卖给云端，云端再上传到电网，借助电网的通道送达到缺电的用户端；

步骤4：云储能在电价降低时向电网买电，在发电过量时卖电给电网；

步骤5：有光伏发电设备的用户将发出的电能存储在云端蓄电池中或将多余的发电量卖给云端，没有新能源发电设备的用户租用蓄电池，从云储能提供商处购买电量；

步骤6：参与余电调度互济的双方，计价方案为用户与云端之间的价格交易。

2.根据权利要求1所述的一种基于多级云储能的家庭能源互济系统，其特征在于，所述云储能提供商与所述用户端之间通过所述电网连接运输电能，所述电网的上网装置包括整流逆变器和稳压器，所述整流逆变器和所述稳压器串联设置于所述电网与蓄电池之间。

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