[发明专利]一种光伏全电厨房及能量管理优化系统

说明书

本发明提供一种光伏全电厨房及能量管理优化系统，该系统由光伏电池、主控设备、蓄电池、挂载到交流母线上的全电厨房炊具、全电厨房供水系统构成。本系统的主控设备以STM32为控制器，在STM32控制器内部嵌入优化管理方法，该方法首先归纳供水系统的运行工作规律，分析供水系统的负荷灵活性以及储能特性，评估其储能潜力；其次，将供水系统视为虚拟储能系统，与蓄电池储能系统一起构成多源储能系统；建立光伏发电功率预测、厨房负荷预测的数字孪生模型，通过虚实互动，提高预测精度；最终，考虑源‑荷‑储场景分类的前提下，利用非支配排序遗传算法对系统模型进行优化运算，以提高全电厨房运行的经济性与稳定性为目标，建立以多源储能系统的充/放电为调度手段的全电厨房能量管理模型，并利用智能搜索算法求解最优化调度方案，具备电能产量过剩时并入局域电网功能。本发明实现虚实数据互通的同时保证全电厨房的经济、稳定运行。

技术领域

本发明涉及光伏全电厨房及能量管理优化领域，尤其涉及一种光伏全电厨房及能量管理优化技术。

背景技术

随着能源危机和环境污染问题日益严重，太阳能光伏发电作为清洁的绿色能源，成为世界各国关注和研究的热点且被逐渐推广到人们的日常生活中，分布式发电站独立并网已成为微电网发展的主要趋势。

光伏全电厨房是指厨房内所有用能设备放弃传统化石能源，改用光伏发电作为唯一使用能源，有能力满足所有烹饪方式和生产需求的厨房。其最大好处是节能高效和安全可靠，电磁灶热效率高达90％以上，加热速度快，比传统燃气灶具效率高出30％至60％，减少碳排放30％至50％，耗能减少68％至77％。同时，全电厨房使用电能无明火，精准控温油烟少，规避了燃气泄漏、油锅爆燃等安全隐患。在全电智能家居系统中，大部分家用负荷的短时间断电不会对用户舒适度产生剧烈影响，能耗量也比较稳定，是电力系统负荷调度的重要部分。然而，由于厨房使用频繁且地位特殊，针对厨房设备的能量管理优化仍停留在较低水平，无法通过现有的直接负荷控制进行调度。进行合理的光伏全电厨房能量管理优化，使设备能够参与需求侧负荷调度，对发展“电网—用户”互动技术具有重要意义。

发明内容

本发明提供一种光伏全电厨房及能量管理优化系统，包含光伏电池、蓄电池、供水系统、灶具以及具有能量管理功能的主控设备等组成部分，其中，供水系统主要包括给水罐及供水处理装置；主控设备中的能量管理方法主要包括数据处理模块、功率预测模块、优化调度模型模块、调度方案生成模块等部分。常规模式下炊具与供水系统并非错峰工作，各部件运行与否取决于当前厨房的需求，在用电高峰时供水系统工作加重了电源供电压力，电力产能过剩时，可将电能回馈至局域电网。

本发明是以下述技术方案实现的：

所述一种光伏全电厨房及能量管理优化系统选用STM32作为主控，通过采集回的历史数据建立光伏发电功率、厨房负荷、荷电状态的数字孪生模型，进而进行能量管理优化，使得结果对物理层面的全电厨房运行提供指导作用以保证厨房运行的稳定性和经济性。

所述一种光伏全电厨房及能量管理优化系统的优化方法包含以下步骤：

(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；

所述步骤(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。设定决策变量为供水系统每一时刻的工作耗能，默认每天的7-8时、11-12时、19-21时供水系统功率为0。

所述步骤(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，光伏电池的输出功率模型为：