本发明涉及家庭电能储能领域，尤其是涉及一种基于能量云的多用户家庭能源共享系统及方法。
背景技术
现如今，随着日益严峻的能源环境问题，电网架构将从传统电网变革为智能电网。其中，包括太阳能、风能等可再生能源在自然界可以循环再生，是取之不尽用之不竭的。可再生能源的并网可以缓解日益严峻的能源环境问题。但是可再生能源具有间歇性和随机性，如何建立一个具有经济型、输出稳定的可再生能源系统成为了近期的研究热点。此外，由于用电的高峰期通常在白天，而晚间则是低谷期。这将会造成白天电能不够用，晚间电能剩余而造成浪费现象。针对此问题，现有的电网技术采取分时电价鼓励用户错峰用电。蓄电池存储技术不仅可以平抑可再生能源的波动，还可以通过低电价段储能高电价段供能实现削峰填谷的作用。
然而，传统的家庭电能存储还存在以下三个主要问题。第一，分散式安装蓄电池储能设备一次性投资成本高，需要自己维护；第二，可再生能源发电量具有季节性变化，安装好的蓄电池储能设备具有固定的容量，不能季节性地改变储能系统的容量；第三，蓄电池输出的是直流电，当用户存在多余电能需要并网出售时，转换成交流电输送给电网时的转换要求高。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种经济效益高、操作简单、灵活性强的基于能量云的多用户家庭能源共享系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于能量云的多用户家庭能源共享系统，包括：
电网；
蓄电池能量云，包括多个单体蓄电池；
代理端，用于投资、维护和管理蓄电池能量云，所述的代理端设有信息接收模块、蓄电池组合模块和收费模块；
用户端，包括信息发送模块、支付模块和储能模块，用于向电网购买电能，或根据需求向代理端发送租用信息、完成相应的费用支付以及获取蓄电池组合模块提供的蓄电池储能空间后完成充放电或储能，所述的租用信息包括一定时间周期的蓄电池储能容量、最大充电功率和最大放电功率。
优选地，所述的蓄电池组合模块根据用户端发送的租用信息对单体蓄电池进行串并联，组合后的蓄电池组的储能容量、最大充电功率和最大放电功率构成用户端对应的蓄电池储能空间。
优选地，所述的共享系统允许多个用户端同时向代理端发送租用信息。
优选地，所述的蓄电池能量云始终保持能量守恒，蓄电池能量云存储的蓄电池的电能为：
式中，e(h)为用户端在时间h时存储的来自蓄电池能量云的电能，pecshs和pedscsh分别为用户端对蓄电池能量云的充电功率和放电功率，λechss和λedcshs分别为充电效率和放电效率，δh为每个时间段的持续时间，eini为用户端i的初始存储电能；
蓄电池能量云的约束条件为：
式中，
蓄电池能量云所存储的电能约束为：
式中，cb,i为用户端租用的蓄电池储能容量。
优选地，所述的电网为双向功率流动。
优选地，蓄电池能量云和每个用户端之间设有用于控制双向传输的功率不超过最大功率限制和检测双向传输的电能量的计量表。
优选地，在一定的使用周期t内，用户端向代理端支付的费用cu为：
cu＝cbat+crent+cchange
式中，crent为用户端向代理端租用蓄电池储能空间的费用，cchange为用户端与代理端能量交换的净费用，cbat为代理端对用户端充放电方式的奖罚费用。
代理端对用户端充放电方式的奖罚费用cbat的计算式为：
式中，eb,life和cinstall分别为用户端租用蓄电池储能空间的寿命和对应的投资成本，ω为代理端对用户端的奖罚系数，cm为代理端对用户端的折旧门槛。
本发明共享系统的共享流程为：
1)用户端根据需求向代理端发送租用信息，租用一定时间周期的蓄电池储能容量、最大充电功率和最大放电功率，作为该用户端在一定时间周期内的蓄电池储能空间；
2)用户端在电价较低的时间段通过电网或者代理端购买电能以为家庭用电器供能或存储在租用的蓄电池储能空间里，用户端在电价较高的时间段从租用的蓄电池储能空间中放出电能为家庭用电器供能或出售电能至代理端；
3)用户端选择性将多余的可再生能源存储在蓄电池储能空间或出售至代理端；
4)代理端根据用户端在一定时间周期内对蓄电池能量云的充放电方式做出一定的奖励或者惩罚。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明将家庭蓄电池储能系统统一到能量云上，家庭用户可以根据自己的需要租用相应容量的蓄电池，加入能量云的家庭用户可将蓄电池存储的多余电能直接出售给能量云代理端，在用户存在多余电能需要并网出售时，无需较高要求的转换器，大大节约了成本；
二、本发明将家庭蓄电池储能系统统一到能量云上，蓄电池能量云由大量的单体蓄电池组成，代理端根据用户的租用的容量和功率大小对单体蓄电池进行串并联，可季节性地或针对客户所设定的不同时间要求改变储能系统的容量，使蓄电池使用更加灵活；
三、本发明将家庭蓄电池储能系统统一到能量云上，蓄电池的投资、维护和管理统一由代理端负责，家庭用户只需根据自己需要按月订购相应的容量实现电能的充放即可，操作简单，降低了投资成本。
附图说明
图1为一种基于能量云的多用户家庭能源共享系统的结构示意图；
图中标号所示：
1、蓄电池能量云，2、电网，3、电表，4、家庭用电器，5、计量表，6、用户端，7、代理端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，本发明涉及一种基于能量云的多用户家庭能源共享系统，该系统包括：
电网；
蓄电池能量云，包括多个单体蓄电池；
代理端，用于投资、维护和管理蓄电池能量云，所述的代理端设有信息接收模块、蓄电池组合模块和收费模块；
用户端，包括信息发送模块、支付模块和储能模块，用于向电网购买电能，或根据需求向代理端发送租用信息、完成相应的费用支付以及获取蓄电池组合模块提供的蓄电池储能空间后完成充放电或储能，所述的租用信息包括一定时间周期的蓄电池储能容量、最大充电功率和最大放电功率。
蓄电池能量云和用户端之间存在一个计量表，主要用于控制双向传输的功率不超过最大功率限制和检测双向传输的电能量。
本发明系统的调度流程包括以下步骤：
s1：用户端i根据自己的需要向代理端租用一定时间周期t的蓄电池储能容量cb,i、最大充电功率
1)在充放电过程中，蓄电池能量云始终存在一个能量守恒：
式中：e(h)为用户端在时间h时存储的来自蓄电池能量云的电能，
2)功率约束：
式中：
3)蓄电池能量云存储的电能约束：
式中，cb,i为用户端租用的蓄电池储能容量。
租用的时间周期t由用户端决定。但是为了避免频繁切换蓄电池的串并联，租用的最小周期由代理端决定。
s2：用户端可以选择性在电价较低的时间段通过电网或者代理端购买电能为家庭用电器供能或者存储在自己租用的蓄电池储能空间里，在电价较高的时间段从自己租用的蓄电池储能空间里放出电能为家庭用电器供能或者出售电能给代理端；
电网是双向功率流动的。用户端和代理端可以从电网中购买电能，也可以出售电能给电网。但是出售给电网的电能需要满足电网电力的频率、相位和电压等级等要求。为了提高电力系统的稳定运行，电网鼓励用户端用电转移到低谷期。因此，电力价格是非固定的，通常用电高峰期的价格比用电低谷期高。
s3：用户端可以选择性将多余的可再生能源存储在蓄电池或者出售给代理端；加入蓄电池能量云不要求用户端必须安装可再生能源系统。没有安装可再生能源的用户端可以通过步骤s2降低家庭用电的成本。为了降低用户端并网设备的投资，用户端可以将多余的可再生能源出售给代理端，由代理端统一处理出售给其他用户端或者出售给电网。
s4：代理端根据用户端在一定时间周期t对蓄电池能量云的充放电方式做出一定的奖励或者惩罚。
蓄电池的使用寿命与充放电的方式有关，为了延长蓄电池的使用寿命，代理端通过对用户端的充放电方式进行奖励或者惩罚鼓励用户端规范充放电的方式。蓄电池放电成本与当前的荷电状态soc有关，soc越小，放电越多，对蓄电池造成的损耗就越大。吞吐量法是根据蓄电池每次的放电深度不同而提出的一种简单易行的寿命预测方法。
考虑蓄电池寿命损耗权重后得到一个周期t内对应蓄电池组的等效吞吐量eloss,h，如下式表示：
式中，函数f(·)为与对应蓄电池荷电状态相关的电池损耗权重，由代理端给定。因此，代理端对用户端的奖罚费用cbat为：
式中，eb,life和cinstall分别为用户端租用蓄电池整个寿命期内的吞吐量表达储能系统的寿命和对应蓄电池的投资成本；ω为代理端对用户端的奖罚系数；cm为代理端给用户端的折旧门槛。
在一定的使用周期t内，用户端总共需要向代理端支付的费用cu为：
cu＝cbat+crent+cchange
式中，crent为用户端向代理端租用存储空间的费用；cchange为用户端与代理端能量交换的净费用。
本发明将家庭蓄电池储能系统统一到蓄电池能量云上，用户端可以根据需要租用相应容量的蓄电池，蓄电池能量云的投资、维护、管理都由代理端处理。加入蓄电池能量云的用户端可以将蓄电池存储的多余电能直接出售给代理端，整个过程避免用户端将多余电能出售给电网需要较高要求的转换器。本发明具有成本低、操作简单、按需租订等特点，可有效避免传统家庭蓄电池储能系统存在的问题，有助于推广智能电网和能源互联网的发展。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。