[發明專利]一種光伏全電廚房及能量管理優化系統

在審

• 申請號: 202010891486.8
• 申請日: 2020-08-30
• 公開（公告）號: CN112087041A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 李納新;景琛;曹翠;李泉成;康福雷;劉衛亮
• 申請（專利權）人: 盤錦京聯石油技術有限公司
• 主分類號: H02J7/35
• 分類號: H02J7/35;H02J3/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種光伏全電廚房及能量管理優化系統，其特征在于該系統由光伏電池、蓄電池、主控設備、全電廚房炊具、全電廚房供水系統構成，其中蓄電池、光伏電池正負極對應連接主控設備直流輸入側的正負極，主控設備交流輸出側連接至廚房的交流母線，全電廚房炊具、全電廚房供水系統等電力設備與交流母線連接，交流母線一側提供連接電網的接口。

2.根據權利要求1所述的一種光伏全電廚房及能量管理優化系統，其特征在于主控設備主要包括STM32控制器、驅動模塊U1、Boost升壓電路、全橋逆變單元、AD采集卡以及濾波器；STM32控制器型號為Cortex-M3-STM32F103，其引腳GPIO_C1～GPIO_C6連接由MCP14E4構成的驅動模塊輸入端，引腳GPIO_A0～GPIO_A15連接AD采集卡16位數據輸出端；驅動模塊U1的輸出端Q1～Q6分別連接Boost升壓電路和全橋逆變單元中的IRFS4321型場效應管的柵極；Boost升壓電路低壓直流正負極作為主控設備的直流輸入端，高壓直流正負極與全橋逆變單元輸入端對應相連；全橋逆變單元輸出端連接濾波器輸入端；濾波器輸出端作為主控設備的輸出端連接交流母線；AD采集卡包含MCP6022型電壓傳感器V1～V3分別測量Boost升壓電路輸入輸出端電壓以及交流母線電壓，ACS712ELCTR-20A-1型霍爾電流傳感器A1～A3分別測量Boost升壓電路輸入輸出端電流以及交流母線電流。

3.根據權利要求1所述的一種光伏全電廚房及能量管理優化系統，其特征在于所述STM32控制器內部嵌入能量管理優化方法，該方法包含以下步驟：

(1)歸納供水系統的運行工作規律及儲能特性，評估其儲能潛力；

(2)建立光伏發電、蓄電池的數字孿生模型并完成模型校正；

(3)計算成本函數、電能質量函數，構建優化的約束條件、目標函數；

(4)STM32中建立全電廚房能量管理模型，對物理廚房運行提供指導。

4.根據權利要求3所述的一種光伏全電廚房及能量管理優化系統能量優化管理方法，其特征在于步驟(1)以當前系統的設備構成和運行參數為基礎，通過歷史運行數據總結供水系統的工作規律，包括：供水處理裝置工作耗能量、給水罐儲水量，以此評估供水系統儲能潛力。

5.根據權利要求3所述的一種光伏全電廚房及能量管理優化系統能量優化管理方法，其特征在于步驟(2)對全電廚房中光伏發電、蓄電池進行數字建模，完成描述各實體對象物理規律的數學方程，并通過預測算法對光伏發電功率、荷電狀態進行預測，對比模擬所得狀態與實際量測之間的差別，通過調整數字孿生模型的參數實現兩者之間的差別最小，從而達到數字孿生模型參數校準的目的。

6.根據權利要求3所述的一種光伏全電廚房及能量管理優化系統能量優化管理方法，其特征在于步驟(3)包括電能質量函數和經濟成本函數，能量管理優化的目標函數表達式為：

式中：ΔU為電壓偏差，C為光伏全電廚房經濟成本；將全電廚房等效為節點系統，潮流等式約束為：

式中：P_is,Q_is為節點i的有功、無功功率，U_i為節點的電壓i幅值，j為與節點i直接相連的節點，G_ij,B_ij分別為阻抗的實、虛部，θ_ij為相角差。

7.根據權利要求3所述的一種光伏全電廚房及能量管理優化系統能量優化管理方法，其特征在于步驟(4)將全電廚房能量管理模型嵌入STM32控制器，模擬能量優化所需要的光伏發電功率、荷電狀態，預測推演以得到目標函數值最小對應的每時刻供水系統的凈水功率及加熱功率，再將得到的信息通過硬件系統反饋給實際物理廚房系統，從而指導廚房高效運行。