[发明专利]一种光伏全电厨房及能量管理优化系统

权利要求书

1.一种光伏全电厨房及能量管理优化系统，其特征在于该系统由光伏电池、蓄电池、主控设备、全电厨房炊具、全电厨房供水系统构成，其中蓄电池、光伏电池正负极对应连接主控设备直流输入侧的正负极，主控设备交流输出侧连接至厨房的交流母线，全电厨房炊具、全电厨房供水系统等电力设备与交流母线连接，交流母线一侧提供连接电网的接口。

2.根据权利要求1所述的一种光伏全电厨房及能量管理优化系统，其特征在于主控设备主要包括STM32控制器、驱动模块U1、Boost升压电路、全桥逆变单元、AD采集卡以及滤波器；STM32控制器型号为Cortex-M3-STM32F103，其引脚GPIO_C1～GPIO_C6连接由MCP14E4构成的驱动模块输入端，引脚GPIO_A0～GPIO_A15连接AD采集卡16位数据输出端；驱动模块U1的输出端Q1～Q6分别连接Boost升压电路和全桥逆变单元中的IRFS4321型场效应管的栅极；Boost升压电路低压直流正负极作为主控设备的直流输入端，高压直流正负极与全桥逆变单元输入端对应相连；全桥逆变单元输出端连接滤波器输入端；滤波器输出端作为主控设备的输出端连接交流母线；AD采集卡包含MCP6022型电压传感器V1～V3分别测量Boost升压电路输入输出端电压以及交流母线电压，ACS712ELCTR-20A-1型霍尔电流传感器A1～A3分别测量Boost升压电路输入输出端电流以及交流母线电流。

3.根据权利要求1所述的一种光伏全电厨房及能量管理优化系统，其特征在于所述STM32控制器内部嵌入能量管理优化方法，该方法包含以下步骤：

(1)归纳供水系统的运行工作规律及储能特性，评估其储能潜力；

(2)建立光伏发电、蓄电池的数字孪生模型并完成模型校正；

(3)计算成本函数、电能质量函数，构建优化的约束条件、目标函数；

(4)STM32中建立全电厨房能量管理模型，对物理厨房运行提供指导。

4.根据权利要求3所述的一种光伏全电厨房及能量管理优化系统能量优化管理方法，其特征在于步骤(1)以当前系统的设备构成和运行参数为基础，通过历史运行数据总结供水系统的工作规律，包括：供水处理装置工作耗能量、给水罐储水量，以此评估供水系统储能潜力。

5.根据权利要求3所述的一种光伏全电厨房及能量管理优化系统能量优化管理方法，其特征在于步骤(2)对全电厨房中光伏发电、蓄电池进行数字建模，完成描述各实体对象物理规律的数学方程，并通过预测算法对光伏发电功率、荷电状态进行预测，对比模拟所得状态与实际量测之间的差别，通过调整数字孪生模型的参数实现两者之间的差别最小，从而达到数字孪生模型参数校准的目的。

6.根据权利要求3所述的一种光伏全电厨房及能量管理优化系统能量优化管理方法，其特征在于步骤(3)包括电能质量函数和经济成本函数，能量管理优化的目标函数表达式为：

式中：ΔU为电压偏差，C为光伏全电厨房经济成本；将全电厨房等效为节点系统，潮流等式约束为：

式中：P_is,Q_is为节点i的有功、无功功率，U_i为节点的电压i幅值，j为与节点i直接相连的节点，G_ij,B_ij分别为阻抗的实、虚部，θ_ij为相角差。

7.根据权利要求3所述的一种光伏全电厨房及能量管理优化系统能量优化管理方法，其特征在于步骤(4)将全电厨房能量管理模型嵌入STM32控制器，模拟能量优化所需要的光伏发电功率、荷电状态，预测推演以得到目标函数值最小对应的每时刻供水系统的净水功率及加热功率，再将得到的信息通过硬件系统反馈给实际物理厨房系统，从而指导厨房高效运行。