CN105117979A - 一种商业楼宇需求响应潜力评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，所述方法包括下述步骤：首先选择商业楼宇用电用户，其次根据商业楼宇用电情况进行聚类分析，最后结合动态潜在博弈论计算得出商业楼宇需求响应潜力。该方法简单便捷，有效实现了商业楼宇需求响应潜力计算，可应用于评估用电负荷预测、节能监测管理等领域，为电力需求侧管理、电力负荷调度提供技术支撑。

Description

一种商业楼宇需求响应潜力评估方法

技术领域

本发明涉及需求响应潜力计算方法，具体涉及一种商业楼宇需求响应潜力评估方法。

背景技术

目前，电力供应存在两大问题，一是供需失衡，为保证峰值负荷，客观上需要供电能力超过一般的用电水平，同时使电网在大部分时间处于电量过剩状态，而高峰值时段又难以完全保证供应。二是难以用传统购电和增加容量的方式来解决用电缺口。需求响应是调节能源供需矛盾、实现有序用电的有效手段。供需失衡现象以商业楼宇为主要对象的建筑用能中较为凸显，因此需求响应在商业楼宇的应用潜力更加巨大。通过需求响应控制，降低峰值能耗，可以在降低发电装机容量的同时，保障供电的安全性和稳定性，从而产生巨大的社会和经济效益。

发明内容

为填补上述空白，本发明提供一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，可以方便有效地实现商业楼宇需求响应潜力计算，可应用于评估用电负荷预测、节能监测管理等领域，为电力需求侧管理、电力负荷调度提供技术支撑。

本发明的目标是采用下述技术方案实现的：

一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，所述方法包括下述步骤：

(1)选择商业楼宇用电用户；

(2)根据商业楼宇用电情况进行聚类分析；

(3)结合动态博弈论获得商业楼宇需求响应潜力。

优选的，所述步骤(1)包括下述步骤：

步骤(1-1)获取商业楼宇用电数据；

步骤(1-2)计算商业楼宇用户响应成本；

步骤(1-3)获取商业楼宇用户生产特性；

步骤(1-4)估算商业楼宇用户可持续中断供电时间。

进一步地，所述步骤(1-1)通过电能服务管理平台获取商业楼宇用电数据。

进一步地，所述步骤(1-2)商业楼宇用户响应成本是指用户根据需求响应激励信号做出响应改变自身的用电方式所付出的成本。

进一步地，所述商业楼宇用户响应成本C＝f(θ，Q，τ，T_q，T，f)；其中，θ为用户的生产特性类型，Q为中断供电量，τ为中断发生的时间类型，T_q为停电时间，T为可持续中断供电时间，f为负荷中断次数。

进一步地，所述步骤(1-3)获取商业楼宇用户生产特性包括，根据企业参与需求响应能力的不同，将企业用户分为可以进行避峰生产的企业、具有避峰生产潜力的企业和不避峰生产的企业。

进一步地，所述步骤(1-4)商业楼宇用户可持续中断供电时间包括提前通知时间和停电时间，提前通知的时间越短，中断负荷的补偿就越高，停电时间越长，用户的总损失越大。

优选的，所述步骤(2)包括下述步骤：

步骤(2-1)对可持续中断供电时间设定阈值；

步骤(2-2)对商业楼宇用户进行聚类分析。

进一步地，所述步骤(2-1)根据历史负荷对可持续中断供电时间设定阈值T_q。

进一步地，所述步骤(2-2)根据可持续中断供电时间阈值T_q和缺电功率P_q对商业楼宇用户进行聚类分析。

优选的，所述步骤(3)包括下述步骤：

步骤(3-1)选取商业楼宇需求响应应用场景；

步骤(3-2)建立接近事实场景的数学模型；

步骤(3-3)结合动态博弈论获得商业楼宇需求响应潜力。

进一步地，所述步骤(3-1)商业楼宇需求响应应用场景根据可持续中断供电时间阈值T_q划分商业楼宇用户，可持续中断供电时间大于T_q为a类客户，可持续中断供电时间小于T_q为b类客户，且停电时段缺电功率无变化。

进一步地，所述步骤(3-2)以停电时间T_q与缺电功率P_q为约束条件、以参与需求响应的企业用户为变量、以停电总成本最小为目标函数，建立接近事实场景的数学模型；

当电网中只存在a类客户时，最小停电总成本为：

$C_{sum\min }=min\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\left(C_{aki}*P_{ai}*T_q+C_{afi}\right)$

式中：C_aki、C_afi分别为a类用户i的单位功率下的用户停电成本与固定停电成本，n为实际参与需求响应的用户数，P_ai为a类用户i的单位功率下的缺电功率；

约束条件为：

T_ai为a类用户i的单位功率下的停电时间，N为参与需求响应的用户总数。

进一步地，当电网中同时存在a类客户和b类客户时，根据用户群划分，所有用户中可持续供电时间最小为T_b1，以T_b1为分界点划分为两个不同的阶段：

①[0-T_b1]为所有用户均可参与需求响应阶段，此时实际参与需求响应的a类客户数为n，b类客户数为m；则该阶段的最小停电成本为：

$C_{sum\min 0}=\min \left[\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\left(C_{aki}*P_{ai}*T_{b1}+C_{afi}\right)+\\ \underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}\left(C_{bkj}*P_{bj}*T_{b1}+C_{afi}\right)\end{array}\right]$

式中：C_bkj、C_bfj分别为b类用户j的单位功率下的用户停电成本与固定停电成本；P_bj为b类用户j的单位功率下的缺电功率；

②[T_b1-T_q]为部分b类用户不能继续参与需求响应阶段；此阶段可以根据T_bj划分多个小阶段，每小阶段的末端时间为T_bj+1(j＝1，2…M)；

对于每一小阶段，均可按照阶段①的方法获得当前阶段停电成本：

$C_{sum\min j}=\min \left[\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\[C_{aki}*P_{ai}*\left(T_{bj+1}-T_{bj}\right)+C_{afi}\]\\ +\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}\[C_{bkj}*P_{bj}*\left(T_{bj+1}-T_{bj}\right)+C_{bfj}\]\end{array}\right]$

其中，T_bj为b类用户j的单位功率下的缺电功率；

获得阶段②的目标函数：

$C_{sum\min j}=C_{sum\min 0}+\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{C}_{sum\min j};$

上述两个阶段所选择的需求响应的用户均应满足缺电功率要求，即约束条件为：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{P}_{ai}+\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{P}_{bj}>P_q$

其中，n和m分别为各阶段实际参与需求响应的a、b类客户数。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：

本发明提供的一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，填补了我国基于用电数据的商业楼宇需求响应潜力计算方法领域的空白，可以方便有效地实现商业楼宇需求响应潜力计算，可应用于评估用电负荷预测、节能监测管理等领域，为电力需求侧管理、电力负荷调度提供技术支撑。

附图说明

图1是一种商业楼宇需求响应潜力评估方法流程图；

图2是商业楼宇用户选择流程示意图；

图3是商业楼宇用户生产特性分类示意图；

图4是商业楼宇用户聚类分析方法流程示意图；

图5是商业楼宇用户需求响应潜力计算流程示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图1所示，一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，所述方法包括下述步骤：

(1)选择商业楼宇用电用户；

结合图1和图2所示，步骤(1)包括下述步骤：

步骤(1-1)获取商业楼宇用电数据；通过电能服务管理平台获取商业楼宇用电数据。所述用电数据为用电量数据。

步骤(1-2)计算商业楼宇用户响应成本；商业楼宇用户响应成本是指用户根据需求响应激励信号做出响应改变自身的用电方式所付出的成本。所述商业楼宇用户响应成本C＝f(θ，Q，τ，T_q，T，f)；其中，θ为用户的生产特性类型，Q为中断供电量，τ为中断发生的时间类型，T_q为停电时间，T为可持续中断供电时间，f为负荷中断次数。

如图3所示，步骤(1-3)获取商业楼宇用户生产特性；获取商业楼宇用户生产特性包括，根据企业参与需求响应能力的不同，将企业用户分为可以进行避峰生产的企业、具有避峰生产潜力的企业和不避峰生产的企业。

如图2所示，步骤(1-4)估算商业楼宇用户可持续中断供电时间。商业楼宇用户可持续中断供电时间包括提前通知时间和停电时间，提前通知的时间越短，中断负荷的补偿就越高，停电时间越长，用户的总损失越大。

如图4所示，(2)根据商业楼宇用电情况进行聚类分析；步骤(2)包括下述步骤：

步骤(2-1)对可持续中断供电时间设定阈值；根据历史负荷对可持续中断供电时间设定阈值T_q。

步骤(2-2)对商业楼宇用户进行聚类分析。根据可持续中断供电时间阈值T_q和缺电功率P_q对商业楼宇用户进行聚类分析。

如图5所示，(3)根据平时负荷情况、温度等因素和基线预测，结合动态博弈论获得商业楼宇需求响应潜力。

所述步骤(3)包括下述步骤：

步骤(3-1)选取商业楼宇需求响应应用场景；商业楼宇需求响应应用场景根据可持续中断供电时间阈值T_q划分商业楼宇用户，可持续中断供电时间大于T_q为a类客户，可持续中断供电时间小于T_q为b类客户，且停电时段缺电功率无变化。

步骤(3-2)建立接近事实场景的数学模型；以停电时间T_q与缺电功率P_q为约束条件、以参与需求响应的企业用户为变量、以停电总成本最小为目标函数，建立接近事实场景的数学模型；

当电网中只存在a类客户时，最小停电总成本为：

$C_{sum\min }=min\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\left(C_{aki}*P_{ai}*T_q+C_{afi}\right)$

式中：C_aki、C_afi分别为a类用户i的单位功率下的用户停电成本与固定停电成本，n为实际参与需求响应的用户数，P_ai为a类用户i的单位功率下的缺电功率；

约束条件为：

T_ai为a类用户i的单位功率下的停电时间，N为参与需求响应的用户总数。

当电网中同时存在a类客户和b类客户时，根据用户群划分，所有用户中可持续供电时间最小为T_b1，以T_b1为分界点划分为两个不同的阶段：

①[0-T_b1]为所有用户均可参与需求响应阶段，此时实际参与需求响应的a类客户数为n，b类客户数为m；则该阶段的最小停电成本为：

$C_{sum\min 0}=\min \left[\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\left(C_{aki}*P_{ai}*T_{b1}+C_{afi}\right)+\\ \underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}\left(C_{bkj}*P_{bj}*T_{b1}+C_{afi}\right)\end{array}\right]$

式中：C_bkj、C_bfj分别为b类用户j的单位功率下的用户停电成本与固定停电成本；P_bj为b类用户j的单位功率下的缺电功率；

②[T_b1-T_q]为部分b类用户不能继续参与需求响应阶段；此阶段可以根据T_bj划分多个小阶段，每小阶段的末端时间为T_bj+1(j＝1，2…M)；

对于每一小阶段，均可按照阶段①的方法获得当前阶段停电成本：

$C_{sum\min j}=\min \left[\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\[C_{aki}*P_{ai}*\left(T_{bj+1}-T_{bj}\right)+C_{afi}\]\\ +\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}\[C_{bkj}*P_{bj}*\left(T_{bj+1}-T_{bj}\right)+C_{bfj}\]\end{array}\right]$

其中，T_bj为b类用户j的单位功率下的缺电功率；

获得阶段②的目标函数：

$C_{sum\min j}=C_{sum\min 0}+\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{C}_{sum\min j};$

上述两个阶段所选择的需求响应的用户均应满足缺电功率要求，即约束条件为：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{P}_{ai}+\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{P}_{bj}>P_q$

其中，n和m分别为各阶段实际参与需求响应的a、b类客户数。

步骤(3-3)结合动态博弈论获得商业楼宇需求响应潜力。

本发明提供的一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，填补了我国基于用电数据的商业楼宇需求响应潜力计算方法领域的空白，可以方便有效地实现商业楼宇需求响应潜力计算，可应用于评估用电负荷预测、节能监测管理等领域，为电力需求侧管理、电力负荷调度提供技术支撑。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (14)

1.一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

(1)选择商业楼宇用电用户；

(2)根据商业楼宇用电情况进行聚类分析；

(3)结合动态博弈论获得商业楼宇需求响应潜力。

2.根据权利要求1所述的一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，其特征在于，所述步骤(1)包括下述步骤：

步骤(1-1)获取商业楼宇用电数据；

步骤(1-2)计算商业楼宇用户响应成本；

步骤(1-3)获取商业楼宇用户生产特性；

步骤(1-4)估算商业楼宇用户可持续中断供电时间。

3.根据权利要求2所述的一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，其特征在于，所述步骤(1-1)通过电能服务管理平台获取商业楼宇用电数据。

4.根据权利要求2所述的一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，其特征在于，所述步骤(1-2)商业楼宇用户响应成本是指用户根据需求响应激励信号做出响应改变自身的用电方式所付出的成本。

5.根据权利要求4所述的一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，其特征在于，所述商业楼宇用户响应成本C＝f(θ，Q，τ，T_q，T，f)；其中，θ为用户的生产特性类型，Q为中断供电量，τ为中断发生的时间类型，T_q为停电时间，T为可持续中断供电时间，f为负荷中断次数。

6.根据权利要求2所述的一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，其特征在于，所述步骤(1-3)获取商业楼宇用户生产特性包括，根据企业参与需求响应能力的不同，将企业用户分为可以进行避峰生产的企业、具有避峰生产潜力的企业和不避峰生产的企业。

7.根据权利要求2所述的一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，其特征在于，所述步骤(1-4)商业楼宇用户可持续中断供电时间包括提前通知时间和停电时间，提前通知的时间越短，中断负荷的补偿就越高，停电时间越长，用户的总损失越大。

8.根据权利要求1所述的一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，其特征在于，所述步骤(2)包括下述步骤：

步骤(2-1)对可持续中断供电时间设定阈值；

步骤(2-2)对商业楼宇用户进行聚类分析。

9.根据权利要求8所述的一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，其特征在于，所述步骤(2-1)根据历史负荷对可持续中断供电时间设定阈值T_q。

10.根据权利要求8所述的一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，其特征在于，所述步骤(2-2)根据可持续中断供电时间阈值T_q和缺电功率P_q对商业楼宇用户进行聚类分析。

11.根据权利要求1所述的一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，其特征在于，所述步骤(3)包括下述步骤：

步骤(3-1)选取商业楼宇需求响应应用场景；

步骤(3-2)建立接近事实场景的数学模型；

步骤(3-3)结合动态博弈论获得商业楼宇需求响应潜力。

12.根据权利要求11所述的一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，其特征在于，所述步骤(3-1)商业楼宇需求响应应用场景根据可持续中断供电时间阈值T_q划分商业楼宇用户，可持续中断供电时间大于T_q为a类客户，可持续中断供电时间小于T_q为b类客户，且停电时段缺电功率无变化。

13.根据权利要求11所述的一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，其特征在于，所述步骤(3-2)以停电时间T_q与缺电功率P_q为约束条件、以参与需求响应的企业用户为变量、以停电总成本最小为目标函数，建立接近事实场景的数学模型；

当电网中只存在a类客户时，最小停电总成本为：

$C_{sum\min }=min\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\left(C_{aki}*P_{ai}*T_q+C_{afi}\right)$

式中：C_aki、C_afi分别为a类用户i的单位功率下的用户停电成本与固定停电成本，n为实际参与需求响应的用户数，P_ai为a类用户i的单位功率下的缺电功率；

约束条件为：

T_ai为a类用户i的单位功率下的停电时间，N为参与需求响应的用户总数。

14.根据权利要求13所述的一种商业楼宇需求响应潜力评估方法，其特征在于，当电网中同时存在a类客户和b类客户时，根据用户群划分，所有用户中可持续供电时间最小为T_b1，以T_b1为分界点划分为两个不同的阶段：

①[0-T_b1]为所有用户均可参与需求响应阶段，此时实际参与需求响应的a类客户数为n，b类客户数为m；则该阶段的最小停电成本为：

$C_{sum\min 0}=\min \left[\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\left(C_{aki}*P_{ai}*T_{b1}+C_{afi}\right)+\\ \underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}\left(C_{bkj}*P_{bj}*T_{b1}+C_{afi}\right)\end{array}\right]$

式中：C_bkj、C_bfj分别为b类用户j的单位功率下的用户停电成本与固定停电成本；P_bj为b类用户j的单位功率下的缺电功率；

②[T_b1-T_q]为部分b类用户不能继续参与需求响应阶段；此阶段可以根据T_bj划分多个小阶段，每小阶段的末端时间为T_bj+1(j＝1，2…M)；

对于每一小阶段，均可按照阶段①的方法获得当前阶段停电成本：

$C_{sum\min j}=\min \left[\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\[C_{aki}*P_{ai}*\left(T_{bj+1}-T_{bj}\right)+C_{afi}\]\\ +\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}\[C_{bkj}*P_{bj}*\left(T_{bj+1}-T_{bj}\right)+C_{bfj}\]\end{array}\right]$

其中，T_bj为b类用户j的单位功率下的缺电功率；

获得阶段②的目标函数：

$C_{sum\min j}=C_{sum\min 0}+\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{C}_{sum\min j};$

上述两个阶段所选择的需求响应的用户均应满足缺电功率要求，即约束条件为：

$\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{P}_{ai}+\underset{j=1}{\overset{m}{\Σ}}{P}_{bj}>P_q$

其中，n和m分别为各阶段实际参与需求响应的a、b类客户数。