[发明专利]考虑阶梯电价的家庭光伏和电池储能系统容量配置方法

权利要求书

1.考虑阶梯电价的家庭光伏和电池储能系统容量配置方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)采集四个季节典型日家庭用电负荷曲线、阶梯电价、家庭光伏系统和电池储能系统造价、光伏补贴价格及家庭所在区域全年光照数据；所述典型日是从一个季节中任意选取的一日；所述光伏补贴价格包括光伏装机容量补贴和发电补贴；

(2)基于所述全年光照数据，通过K-均值聚类方法生成12个光照场景，进一步根据光伏系统出力模型生成12个光伏出力场景；

(3)建立以最小化家庭年电力支出费用为优化目标的家庭能源管理系统优化模型；所述优化模型目标函数计及光伏装机容量补贴和发电补贴、阶梯电价、多个光伏出力场景，具体计算方式如下：

其中，C为家庭年电力支出费用；C_PV为家庭光伏系统等值年投资成本；C_BESS为电池储能系统等值年投资成本；l表示光伏出力场景序号，l＝1，2，…，Q；Q代表光伏出力场景总数；C_M,l为家庭能源管理系统在光伏出力场景l下的运行成本；为家庭在光伏出力场景l下的购电成本；为家庭在光伏出力场景l下售电收入；为家庭在光伏出力场景l下收到的补贴；d_l为光伏出力场景l持续的天数；A_PV为家庭光伏系统单位容量造价；为家庭光伏系统单位容量补贴价格；为家庭光伏系统额定容量；K_PV表示将家庭光伏系统初始投资成本折算成等价年投资成本的折算系数；为电池储能系统单位容量造价；为电池储能系统额定容量；为电池储能系统逆变器单位功率造价；为电池储能系统逆变器额定功率；K_BESS表示将电池储能系统初始投资成本折算成等价年投资成本的折算系数；为家庭光伏系统单位运行成本；t表示小时序号，t＝1，2，…，24；为光伏出力场景l下第t时刻家庭光伏系统出力；为电池储能系统单位运行成本；为光伏出力场景l下第t时刻电池储能系统充电功率；为光伏出力场景l下第t时刻电池储能系统放电功率；为家庭售电给电网的单位电价；为家庭在光伏出力场景l下第t时刻售出的电量；e_allo为家庭光伏系统单位发电量补贴价格；

(4)基于m个候选家庭光伏系统容量、n个候选电池储能系统容量及o个候选电池储能系统逆变器功率生成包含A个个体的解集，解集中的每个个体代表所述优化模型的一个可行解；

(5)在MATLAB软件中调用GAMS软件中的DICOPT求解器求解每个个体对应的优化目标值，选取最小目标值对应的个体作为所述优化模型的最优解；

(6)根据最优解对家庭光伏系统和电池储能系统进行容量配置。

2.根据权利要求1所述的考虑阶梯电价的家庭光伏和电池储能系统容量配置方法，其特征在于，所述步骤(2)中提及的光伏系统出力系统模型根据下式计算：

其中，β为光照强度，β^rate为光照强度额定值，E_PV为光伏输出功率，为光伏额定容量。

3.根据权利要求2所述的考虑阶梯电价的家庭光伏和电池储能系统容量配置方法，其特征在于，所述的购电成本根据下式计算：

其中，E_BUY为一天内家庭累计购电量；O₁为阶梯电价中第一档电价容量上限值；O₂为第二档电价容量上限值；P₁为第一档电价；P₂为第二档电价；P₃为第三档电价；u₁为二进制变量，若购电量不大于O₁，则u₁等于1，否则等于0；u₂为二进制变量，若购电量处于O₁和O₂之间，则u₂等于1，否则等于0；u₃为二进制变量，若购电量大于O₂，则u₃等于1，否则等于0；x₁代表处于阶梯电价中第一档电价内的购电量；x₂代表处于阶梯电价中第二档电价内的购电量；x₃代表处于第三档电价内的购电量；N_B为设定值。

4.根据权利要求3所述的考虑阶梯电价的家庭光伏和电池储能系统容量配置方法，其特征在于，所述步骤(5)具体包括：

1)初始化个体序号，i＝1；

2)将解集中第i个个体包含的家庭光伏系统和电池储能系统容量信息传入GAMS软件编码中；

3)初始化光伏出力场景序号，l＝1；

4)将光伏出力场景l包含的出力信息传入GAMS软件编码中；

5)在GAMS中采用DICOPT求解器求解光伏出力场景l下家庭能源管理系统的最小运行成本C_va，即：

6)若l≤Q，使l加1，返回步骤4)，若l＞Q，则继续下一步；

7)根据式(2)对第i个个体求解目标函数值；

8)若i≤A，使i加1，返回步骤2)，若i＞A，则输出最优解。