技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及光儲源，具體涉及一種基于峰谷電價差的光儲源及水汽能熱泵的系統(tǒng)及其并網(wǎng)控制方法。

背景技術(shù)：
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隨著化石能源的不斷枯竭，煤炭、石油、天然氣等非可再生能源的消耗對環(huán)境造成了日益嚴重的危害，當前能源問題成為制約國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的主要瓶頸。居民光伏系統(tǒng)可以有效地利用建筑物，采用“自發(fā)自用余電上網(wǎng)”模式降低居民用電負荷，成為建筑節(jié)能領(lǐng)域的重要技術(shù)之一，也是太陽能光伏應用的最重要形式。

近年來高溫空氣源熱泵技術(shù)由于其吸收的能量來自溫度不高的水或空氣中，熱泵技術(shù)及其應用得到迅速發(fā)展。將熱泵技術(shù)與太陽能結(jié)合，形成互補供熱，將有效解決太陽能較少時熱水供應不足的問題，目前已有太陽能與空氣能熱泵互補的家庭熱水供給系統(tǒng)的發(fā)明專利。而間歇式的光伏資源具有隨機性和波動性的特性，降低了供電可靠性，且光伏發(fā)電曲線與居民負荷用電不匹配。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明提供了一種基于峰谷電價差的光儲源及水汽能熱泵的系統(tǒng)及其并網(wǎng)控制方法，降低了光伏資源的隨機性和波動性。具體技術(shù)方案如下：

一種基于峰谷電價差的光儲源及水汽能熱泵的系統(tǒng)，包括：光伏系統(tǒng)、光儲運行控制模塊、電池儲能系統(tǒng)、水氣能熱泵、直流母線、低壓側(cè)交流母線、交流配網(wǎng)；所述的光伏系統(tǒng)與電池儲能系統(tǒng)分別通過dc/dc變換后并接直流母線；光伏系統(tǒng)與電池儲能系統(tǒng)分別經(jīng)dc/ac變換后共接低壓側(cè)交流母線；水氣能熱泵和居民用電負荷分別連接在低壓側(cè)交流母線上。

作為優(yōu)選方案，所述光伏系統(tǒng)與直流母線之間的線路設(shè)有開關(guān)s1，所述電池儲能系統(tǒng)與直流母線之間的線路設(shè)有開關(guān)s2，所述光伏系統(tǒng)與低壓側(cè)交流母線之間的線路設(shè)有開關(guān)s3，所述電池儲能系統(tǒng)與低壓側(cè)交流母線之間的線路設(shè)有開關(guān)s4，所述水氣能熱泵與低壓側(cè)交流母線之間的線路設(shè)有開關(guān)s5，所述居民用電負荷與低壓側(cè)交流母線之間的線路設(shè)有開關(guān)s6，所述交流配網(wǎng)與低壓側(cè)交流母線之間的線路設(shè)有開關(guān)s0。

作為進一步優(yōu)選方案，所述光儲運行控制模塊通過通信總線采集電池儲能系統(tǒng)soc及充放電功率值、光伏系統(tǒng)功率數(shù)據(jù)、水汽能熱泵工作狀態(tài)、居民負荷用電量數(shù)據(jù)、室內(nèi)外溫度，經(jīng)該模塊運算分析結(jié)合峰谷電價差曲線，制定光儲運行控制調(diào)度策略，實現(xiàn)功率流的最優(yōu)流動方向，達到居民用電經(jīng)濟性最優(yōu)的目的。對上述系統(tǒng)的并網(wǎng)控制方法，包含以下步驟：

步驟1：系統(tǒng)上電運行；

步驟2：判斷開關(guān)s0是否閉合，且交流配網(wǎng)是否可對負荷可靠持續(xù)供電，是轉(zhuǎn)步驟3，否則轉(zhuǎn)步驟9；

步驟3：判斷當前用電時段所處的峰谷平電價時間段，轉(zhuǎn)步驟4；

步驟4：若price＝0，運行模式3，轉(zhuǎn)步驟5，否則轉(zhuǎn)步驟6；

步驟5：光伏系統(tǒng)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)，若b＝0且c＝0，轉(zhuǎn)步驟9，否則轉(zhuǎn)步驟5.1；

步驟5.1：若b≠0，轉(zhuǎn)步驟5.2，否則轉(zhuǎn)步驟5.3；

步驟5.2：若socmin<soc<socmax，置放電標志b＝2，轉(zhuǎn)步驟8.1，否則置放電標志b＝0，轉(zhuǎn)步驟5.3；

步驟5.3：若socmin<soc<0.5，置充電標志c＝2，轉(zhuǎn)步驟8.2，否則置充電標志c＝0，則轉(zhuǎn)步驟9；

步驟6：若price＝1，運行模式2，轉(zhuǎn)步驟6.1，否則轉(zhuǎn)步驟7；

步驟6.1：若soc>socmin，置放電標志b＝1，轉(zhuǎn)步驟6.2，否則轉(zhuǎn)步驟8.3；

步驟6.2：若ppv＞0，轉(zhuǎn)步驟6.3，否則轉(zhuǎn)步驟6.5；

步驟6.3：若ppv+pb<pgas，轉(zhuǎn)步驟8.1，否則轉(zhuǎn)步驟6.5；

步驟6.4：若ppv>pgas，放電標志b＝2，轉(zhuǎn)步驟8.1，否則轉(zhuǎn)步驟6.5；

步驟6.5：放電標志b＝3，轉(zhuǎn)步驟8.1；

步驟7：若price＝-1，運行模式1，轉(zhuǎn)步驟7.1，否則轉(zhuǎn)步驟2；

步驟7.1：若soc<socmax，轉(zhuǎn)步驟7.2，否則轉(zhuǎn)步驟9；

步驟7.2：若ppv＞0，轉(zhuǎn)步驟7.3，否則轉(zhuǎn)步驟7.4；

步驟7.3：若充電標志c＝3，轉(zhuǎn)步驟8.3，否則轉(zhuǎn)步驟7.4；

步驟7.4：若充電標志c＝0，且b≠0，轉(zhuǎn)步驟8.2；

步驟8：并網(wǎng)模式下電池儲能系統(tǒng)的充放電運行控制，若b≠0，轉(zhuǎn)步驟8.1，否則轉(zhuǎn)步驟9；

步驟8.1：若c＝0，且b≠0，電池儲能系統(tǒng)放電，整個系統(tǒng)用電功率滿足公式：ppv+pguid＝pb+pgas+pload，轉(zhuǎn)步驟8.2，否則轉(zhuǎn)步驟9；

步驟8.2：斷開開關(guān)s1、開關(guān)s2，閉合開關(guān)s0、開關(guān)s3、開關(guān)s4、開關(guān)s5、開關(guān)s6；轉(zhuǎn)步驟8.3；

步驟8.3：若b＝0，且c≠0，電池儲能系統(tǒng)充電，整個系統(tǒng)用電功率滿足公式：ppv+pguid＝pb+pgas+pload，轉(zhuǎn)步驟8.4，否則轉(zhuǎn)步驟9；

步驟8.4：斷開開關(guān)s4，閉合開關(guān)s0、開關(guān)s3、開關(guān)s4、開關(guān)s5、開關(guān)s6；轉(zhuǎn)步驟10；

步驟8.5：閉合所有開關(guān)，否則轉(zhuǎn)步驟10；

步驟9：若b＝0且c＝0，電池熱備用，否則轉(zhuǎn)步驟2；

步驟10：若b≠0或c≠0，電池儲能系統(tǒng)輸出功率優(yōu)化，轉(zhuǎn)步驟10.1；否則轉(zhuǎn)步驟9；

步驟10.1：劃定峰谷平電價時間段；

低谷電價時間段：00點至t1點；高峰電價時間ⅰ段：t1點至t2點；高峰電價時間ⅱ段：t3點至t4點；平段電價時間ⅰ段：t2點至t3點；平段電價時間ⅱ段：t4點至24點；t1、t2、t3、t4時刻間存在關(guān)系：0<t1<t2<t3<t4<24；若b＝0，轉(zhuǎn)步驟10.2；

步驟10.2：若c≠0，制定峰谷平電價時間段內(nèi)的放電優(yōu)化功率曲線；轉(zhuǎn)步驟2，否則轉(zhuǎn)步驟10.3；

步驟10.3：若b≠0，制定峰谷平電價時間段內(nèi)的充電優(yōu)化功率，轉(zhuǎn)步驟2，否則轉(zhuǎn)步驟9。

變量定義：

price：峰谷平電價標志；若當前時間段為系統(tǒng)設(shè)定的峰段電價時間段，則峰谷平電價標志price＝1；處于平段電價時間段則price＝0；處于谷段電價時間段則price＝-1。

ppv：光伏發(fā)電功率；

pgas：水氣能熱泵功率；

pload：居民其它負荷用電功率；

pguid：交流電網(wǎng)供電功率；

pb：電池儲能系統(tǒng)充/放電功率值；

soc：當前電池儲能系統(tǒng)荷電荷狀態(tài)；

socmin：電池儲能系統(tǒng)放電的截止soc值；

socmax：電池儲能系統(tǒng)充電的截止soc值；

b：電池儲能系統(tǒng)放電標志；b置“0”代表：電池儲能系統(tǒng)不放電；b置“1”代表：峰段電價時間段電池儲能系統(tǒng)放電；b置“2”代表：平段電價時間段電池儲能系統(tǒng)放電；b置“3”代表：谷段電價時間段電池儲能系統(tǒng)放電。

c：電池儲能系統(tǒng)充電標志；c置“0”代表：電池儲能系統(tǒng)不充電；c置“1”代表：峰段電價時間段電池儲能系統(tǒng)充電；c置“2”代表：平段電價時間段電池儲能系統(tǒng)充電；c置“3”代表：谷段電價時間段電池儲能系統(tǒng)充電。

作為更進一步優(yōu)選方案，所述的電池儲能系統(tǒng)為全釩液流電池儲能系統(tǒng)。

峰谷平電價時間段內(nèi)的充放電優(yōu)化功率原則：低谷電價時間段內(nèi)光伏自發(fā)自用在保證水汽能熱泵正常工作的前提下優(yōu)先給電池儲能系統(tǒng)充電，光伏余電上網(wǎng)，置b＝0，c＝3，若此時間段內(nèi)強制電池儲能系統(tǒng)放電，則置b＝2，c＝0；高峰電價時間ⅰ段內(nèi)，光伏自發(fā)自用在保證水汽能熱泵正常工作的前提下，光伏余電上網(wǎng)，電池儲能系統(tǒng)放電，置b＝0，c＝1；若此時間段內(nèi)強制電池儲能系統(tǒng)充電，則置b＝0，c＝1；在平段電價時間ⅰ段內(nèi)光伏自發(fā)自用在保證水汽能熱泵正常工作的前提下，優(yōu)先給電池儲能系統(tǒng)充電，光伏余電上網(wǎng)，置b＝0，c＝2，若此時間段內(nèi)強制電池儲能系統(tǒng)放電，則置b＝2，c＝0；在高峰電價時間ⅱ段內(nèi)光伏自發(fā)自用在保證水汽能熱泵正常工作的前提下，余電上網(wǎng)，電池儲能系統(tǒng)放電，置b＝1，c＝0，若此時間段內(nèi)強制電池儲能系統(tǒng)充電，則置b＝0，c＝1；在平段電價時間ⅱ段內(nèi)電池儲能系統(tǒng)熱備用，置b＝0，c＝0，若此時間段內(nèi)強制電池儲能系統(tǒng)放電，則置b＝2，c＝0。在整個充放電周期內(nèi)為保證系統(tǒng)安全可靠運行，電池充放電狀態(tài)b＝0，c＝1或b＝3，c＝0狀態(tài)為非經(jīng)濟性最優(yōu)充放電方案，應盡量避免。

本發(fā)明專利綜合考慮居民水汽能熱泵用電量、水汽能熱泵運行狀態(tài)、電池儲能系統(tǒng)soc值，并基于峰谷電價差制定光儲及水汽能熱泵的運行調(diào)度策略，實現(xiàn)家庭節(jié)能減排并減少家庭購電成本達到經(jīng)濟性最優(yōu)的目的。

附圖說明：

圖1是實施例系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2光伏標幺功率曲線與分時電價區(qū)間示意圖；

圖3為實施例中，當c＝0，b≠0時系統(tǒng)運行能量流示意圖；

圖4為實施例中，當c≠0，b＝0時系統(tǒng)運行能量流示意圖。

具體實施方式：

實施例：

一種基于峰谷電價差的光儲源及水汽能熱泵的系統(tǒng)，包括：屋頂光伏系統(tǒng)、光儲運行控制模塊、電池儲能系統(tǒng)、水氣能熱泵、直流母線、低壓側(cè)交流母線、交流配網(wǎng)；所述的光伏系統(tǒng)與電池儲能系統(tǒng)分別通過dc/dc變換后并接直流母線；光伏系統(tǒng)與電池儲能系統(tǒng)分別經(jīng)dc/ac變換后共接低壓側(cè)交流母線；水氣能熱泵和居民用電負荷分別連接在低壓側(cè)交流母線上；

所述屋頂光伏系統(tǒng)與直流母線之間的線路設(shè)有開關(guān)s1，所述電池儲能系統(tǒng)與直流母線之間的線路設(shè)有開關(guān)s2，所述光伏系統(tǒng)與低壓側(cè)交流母線之間的線路設(shè)有開關(guān)s3，所述電池儲能系統(tǒng)與低壓側(cè)交流母線之間的線路設(shè)有開關(guān)s4，所述水氣能熱泵與低壓側(cè)交流母線之間的線路設(shè)有開關(guān)s5，所述居民用電負荷與低壓側(cè)交流母線之間的線路設(shè)有開關(guān)s6，所述交流配網(wǎng)與低壓側(cè)交流母線之間的線路設(shè)有開關(guān)s0；

所述光儲運行控制模塊通過通信總線采集電池儲能系統(tǒng)soc及充放電功率值、屋頂光伏系統(tǒng)功率數(shù)據(jù)、水汽能熱泵工作狀態(tài)、居民負荷用電量數(shù)據(jù)、室內(nèi)外溫度，經(jīng)該模塊運算分析結(jié)合峰谷電價差曲線，制定光儲運行控制調(diào)度策略，實現(xiàn)功率流的最優(yōu)流動方向，達到居民用電經(jīng)濟性最優(yōu)的目的；

所述的電池儲能系統(tǒng)為全釩液流電池儲能系統(tǒng)；

對上述系統(tǒng)的并網(wǎng)控制方法，包含以下步驟：

步驟1：系統(tǒng)上電運行；

步驟2：判斷開關(guān)s0是否閉合，且交流配網(wǎng)是否可對負荷可靠持續(xù)供電，是轉(zhuǎn)步驟3，否則轉(zhuǎn)步驟9；

步驟3：判斷當前用電時段所處的峰谷平電價時間段，轉(zhuǎn)步驟4；

步驟4：若price＝0，運行模式3，轉(zhuǎn)步驟5，否則轉(zhuǎn)步驟6；

步驟5：光伏系統(tǒng)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)，若b＝0且c＝0，轉(zhuǎn)步驟9，否則轉(zhuǎn)步驟5.1；

步驟5.1：若b≠0，轉(zhuǎn)步驟5.2，否則轉(zhuǎn)步驟5.3；

步驟5.2：若socmin<soc<socmax，置放電標志b＝2，轉(zhuǎn)步驟8.1，否則置放電標志b＝0，轉(zhuǎn)步驟5.3；

步驟5.3：若socmin<soc<0.5，置充電標志c＝2，轉(zhuǎn)步驟8.2，否則置充電標志c＝0，則轉(zhuǎn)步驟9；

步驟6：若price＝1，運行模式2，轉(zhuǎn)步驟6.1，否則轉(zhuǎn)步驟7；

步驟6.1：若soc>socmin，置放電標志b＝1，轉(zhuǎn)步驟6.2，否則轉(zhuǎn)步驟8.3；

步驟6.2：若ppv＞0，轉(zhuǎn)步驟6.3，否則轉(zhuǎn)步驟6.5；

步驟6.3：若ppv+pb<pgas，轉(zhuǎn)步驟8.1，否則轉(zhuǎn)步驟6.5；

步驟6.4：若ppv>pgas，放電標志b＝2，轉(zhuǎn)步驟8.1，否則轉(zhuǎn)步驟6.5；

步驟6.5：放電標志b＝3，轉(zhuǎn)步驟8.1；

步驟7：若price＝-1，運行模式1，轉(zhuǎn)步驟7.1，否則轉(zhuǎn)步驟2；

步驟7.1：若soc<socmax，轉(zhuǎn)步驟7.2，否則轉(zhuǎn)步驟9；

步驟7.2：若ppv＞0，轉(zhuǎn)步驟7.3，否則轉(zhuǎn)步驟7.4；

步驟7.3：若充電標志c＝3，轉(zhuǎn)步驟8.3，否則轉(zhuǎn)步驟7.4；

步驟7.4：若充電標志c＝0，且b≠0，轉(zhuǎn)步驟8.2；

步驟8：并網(wǎng)模式下電池儲能系統(tǒng)的充放電運行控制，若b≠0，轉(zhuǎn)步驟8.1，否則轉(zhuǎn)步驟9；

步驟8.1：若c＝0，且b≠0，電池儲能系統(tǒng)放電，整個系統(tǒng)用電功率滿足公式：ppv+pguid＝pb+pgas+pload，轉(zhuǎn)步驟8.2，否則轉(zhuǎn)步驟9；

步驟8.2：斷開開關(guān)s1、開關(guān)s2，閉合開關(guān)s0、開關(guān)s3、開關(guān)s4、開關(guān)s5、開關(guān)s6；轉(zhuǎn)步驟8.3；

步驟8.3：若b＝0，且c≠0，電池儲能系統(tǒng)充電，整個系統(tǒng)用電功率滿足公式：ppv+pguid＝pb+pgas+pload，轉(zhuǎn)步驟8.4，否則轉(zhuǎn)步驟9；

步驟8.4：斷開開關(guān)s4，閉合開關(guān)s0、開關(guān)s3、開關(guān)s4、開關(guān)s5、開關(guān)s6；轉(zhuǎn)步驟10；

步驟8.5：閉合所有開關(guān)，否則轉(zhuǎn)步驟10；

步驟9：若b＝0且c＝0，電池熱備用，否則轉(zhuǎn)步驟2；

步驟10：若b≠0或c≠0，電池儲能系統(tǒng)輸出功率優(yōu)化，轉(zhuǎn)步驟10.1；否則轉(zhuǎn)步驟9；

步驟10.1：劃定峰谷平電價時間段；

低谷電價時間段：00點至t1點；高峰電價時間ⅰ段：t1點至t2點；高峰電價時間ⅱ段：t3點至t4點；平段電價時間ⅰ段：t2點至t3點；平段電價時間ⅱ段：t4點至24點；t1、t2、t3、t4時刻間存在關(guān)系：0<t1<t2<t3<t4<24；若b＝0，轉(zhuǎn)步驟10.2；

步驟10.2：若c≠0，制定峰谷平電價時間段內(nèi)的放電優(yōu)化功率曲線；轉(zhuǎn)步驟2，否則轉(zhuǎn)步驟10.3；

步驟10.3：若b≠0，制定峰谷平電價時間段內(nèi)的充電優(yōu)化功率，轉(zhuǎn)步驟2，否則轉(zhuǎn)步驟9。

變量定義：

price：峰谷平電價標志；若當前時間段為系統(tǒng)設(shè)定的峰段電價時間段，則峰谷平電價標志price＝1；處于平段電價時間段則price＝0；處于谷段電價時間段則price＝-1。

ppv：光伏發(fā)電功率；

pgas：水氣能熱泵功率；

pload：居民其它負荷用電功率；

pguid：交流電網(wǎng)供電功率；

pb：電池儲能系統(tǒng)充/放電功率值；

soc：當前電池儲能系統(tǒng)荷電荷狀態(tài)；

socmin：電池儲能系統(tǒng)放電的截止soc值；

socmax：電池儲能系統(tǒng)充電的截止soc值；

b：電池儲能系統(tǒng)放電標志；b置“0”代表：電池儲能系統(tǒng)不放電；b置“1”代表：峰段電價時間段電池儲能系統(tǒng)放電；b置“2”代表：平段電價時間段電池儲能系統(tǒng)放電；b置“3”代表：谷段電價時間段電池儲能系統(tǒng)放電。

c：電池儲能系統(tǒng)充電標志；c置“0”代表：電池儲能系統(tǒng)不充電；c置“1”代表：峰段電價時間段電池儲能系統(tǒng)充電；c置“2”代表：平段電價時間段電池儲能系統(tǒng)充電；c置“3”代表：谷段電價時間段電池儲能系統(tǒng)充電。

如圖2所示，為光伏標幺功率曲線與分時電價區(qū)間示意圖，峰谷平電價時間段內(nèi)的充放電優(yōu)化功率原則：低谷電價時間段內(nèi)光伏自發(fā)自用在保證水汽能熱泵正常工作的前提下優(yōu)先給電池儲能系統(tǒng)充電，光伏余電上網(wǎng)，置b＝0，c＝3，若此時間段內(nèi)強制電池儲能系統(tǒng)放電，則置b＝2，c＝0；高峰電價時間ⅰ段內(nèi)，光伏自發(fā)自用在保證水汽能熱泵正常工作的前提下，光伏余電上網(wǎng)，電池儲能系統(tǒng)放電，置b＝0，c＝1；若此時間段內(nèi)強制電池儲能系統(tǒng)充電，則置b＝0，c＝1；在平段電價時間ⅰ段內(nèi)光伏自發(fā)自用在保證水汽能熱泵正常工作的前提下，優(yōu)先給電池儲能系統(tǒng)充電，光伏余電上網(wǎng)，置b＝0，c＝2，若此時間段內(nèi)強制電池儲能系統(tǒng)放電，則置b＝2，c＝0；在高峰電價時間ⅱ段內(nèi)光伏自發(fā)自用在保證水汽能熱泵正常工作的前提下，余電上網(wǎng)，電池儲能系統(tǒng)放電，置b＝1，c＝0，若此時間段內(nèi)強制電池儲能系統(tǒng)充電，則置b＝0，c＝1；在平段電價時間ⅱ段內(nèi)電池儲能系統(tǒng)熱備用，置b＝0，c＝0，若此時間段內(nèi)強制電池儲能系統(tǒng)放電，則置b＝2，c＝0。在整個充放電周期內(nèi)為保證系統(tǒng)安全可靠運行，電池充放電狀態(tài)b＝0，c＝1或b＝3，c＝0狀態(tài)為非經(jīng)濟性最優(yōu)充放電方案，應盡量避免。

如圖3所示，光伏+儲能+氣能熱泵系統(tǒng)運行能量流示意圖；當c＝0，b≠0時，光伏發(fā)電系統(tǒng)和電池儲能系統(tǒng)發(fā)電優(yōu)先供給水汽能熱泵和居民負荷用電需求，若ppv+pb>pgas+pload余電并網(wǎng)，否則不足功率由交流電網(wǎng)提供，如能量流所示。

如圖4所示，光伏+儲能+氣能熱泵系統(tǒng)運行能量流示意圖；當c≠0，b＝0時，光伏發(fā)電系統(tǒng)和電池儲能系統(tǒng)發(fā)電優(yōu)先供給水汽能熱泵和居民負荷用電需求，其次給電池儲能系統(tǒng)充電，若ppv>pb+pgas+pload，余電并網(wǎng)，否則不足功率由交流電網(wǎng)提供，如能量流所示。