CN106780136A - 一种用户侧电池储能系统参与电网辅助服务的净收益计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用户侧电池储能系统参与电网辅助服务的净收益计算方法。过程包括：步骤1：Flag_BESS为储能系统的功能位值；步骤2：若Flag_BESS＝1，判断是否满足SOC_{_1}<SOC_k<SOC_{_2}，满足则参与调频辅助服务，并转步骤3、步骤4、步骤5、步骤6、步骤7；否则，置储能系统的功能位值Flag_BESS＝0；若Flag_BESS＝2，判断是否满足SOC_k>SOC_{_3}，满足则参与调峰辅助服务，并转步骤3、步骤4、步骤5、步骤8、步骤9；否则，置储能系统的功能位值Flag_BESS＝0；本发明提出的计算电池储能系统参与辅助服务可获取的净收益方法，为用户决策是否参与辅助服务提供数据支撑。

Description

一种用户侧电池储能系统参与电网辅助服务的净收益计算 方法

技术领域：

本发明涉及电池储能系统，具体涉及一种用户侧电池储能系统参与电网辅助服务的净收益计算方法。

背景技术：

在现有的电池储能系统中，用户侧电池储能系统有可能通过参与电网辅助服务获取收益，如：参与调频、深度调峰和启停调峰等辅助服务，作为一种高效的电网支撑资源，是提高电网运行效率的有效途径之一。

用户侧配置储能系统可从节省电费支出、提高供电可靠性、改善电能质量等方面获益，如果电池储能系统参与电网辅助服务，从电网角度来说，储能系统是优质的辅助服务资源，不但从调频调峰容量上可为电网提供支撑，还可以从降低电网备用容量、延缓输配电走廊扩容、提高其他发电机组的运行效率等方面获益，从用户角度来讲，为电网提供辅助服务是有可能获取额外收益的途径之一，是值得尝试的，但电池储能设备目前成本较高，并且循环寿命有限，在实际使用过程中，如何评估提供辅助服务过程中用户需要支出的成本，若因提供辅助服务获取的收益大于需要支出的成本，则可行，用户可以尝试参与电网辅助服务。因此在接收到辅助服务需求时，用户需要计算储能系统参与辅助服务过程中产生的净收益，为用户是否参与辅助服务，在什么情况下参与辅助服务提供决策依据。

发明内容：

本发明提供了一种计算电池储能系统参与电网辅助服务可获取的净收益方法，为用户决策是否参与辅助服务提供数据支撑。具体方案如下：

一种用户侧电池储能系统参与电网辅助服务的净收益计算方法，过程包括：

步骤1：Flag_BESS为储能系统的功能位值；可参与辅助服务的用户侧储能设备，在未接收电网下发的辅助服务需求时，储能系统的功能位值Flag_BESS＝0；储能系统为用户自身服务，接收到电网下发辅助服务需求时，若电网下发的是参与调频的辅助服务需求，置储能系统的功能位值Flag_BESS＝1；若电网下发的是参与调峰的辅助服务需求，置储能系统的功能位值Flag_BESS＝2；

步骤2：读取电池储能系统实时荷电状态SOC_k，设储能系统具备调频能力的SOC上下限值为SOC_{_1}和SOC_{_2}，储能系统具备调峰能力的SOC下限值为SOC_{_3}；

若Flag_BESS＝1，判断是否满足SOC_{_1}<SOC_k<SOC_{_2}，满足则储能系统响应电网调度需求，参与调频辅助服务，并转步骤3、步骤4、步骤5、步骤6、步骤7；否则，置储能系统的功能位值Flag_BESS＝0；

若Flag_BESS＝2，判断是否满足SOC_k>SOC_{_3}，满足则储能系统响应电网调度需求，参与调峰辅助服务，并转步骤3、步骤4、步骤5、步骤8、步骤9；否则，置储能系统的功能位值Flag_BESS＝0；

步骤3：实时记录参与辅助服务时段τ内的电池储能系统荷电状态、充放电功率、运行温度及用户负荷和电网电价；

步骤4：基于记录的时段τ内的电池储能荷电状态、充放电功率、运行温度，采用电池储能寿命损耗折算方法，计算电池储能系统参与辅助服务时段τ内，产生的寿命损耗，进而折算出参与辅助时段τ内储能系统的折旧费用C_BESS；

步骤5：基于实时记录的电池储能系统参与辅助服务时段τ内的用户负荷和电网电价数据，参照两部制电价政策，计算用户侧电池储能系统参与辅助服务时段，用户需要多支出的电费C_fee；

步骤6：计算用户侧电池储能系统参与调频辅助服务获取的收益L_{_f}；

步骤7：计算用户侧电池储能系统参与调频辅助服务获取的净收益

当时，用户通过电池储能系统参与调频辅助服务可获取净收益，当时，不能获取净收益；

步骤8：计算储能系统参与调峰辅助服务的收益L_{_p}；

步骤9：计算用户侧电池储能系统参与调峰辅助服务获取的净收益

当时，用户通过电池储能系统参与调峰辅助服务可获取净收益，当时，不能获取净收益。

作为优选方案之一，所述步骤4中折旧费用C_BESS的计算方法为：

其中：

L₂＝L₁exp(4K_SOC(S_{avg_LI}-0.5))[1-L_LI(m-1)]

式中，L₁和L₂为ΔL_LI(m)计算的中间变量；T_ref和T_LI分别为参考环境温度和电池实际温度的摄氏温度值，即T_ref＝25℃；T_refa和T_LIa分别为参考环境温度和电池实际温度的绝对温度值，T_refa＝T_ref+273K，T_LIa＝T_LI+273K；τ_{life_LI}为容量衰减为80％标称容量的日历寿命估算值；K_T代表温度每升高10℃电池寿命衰减率加倍，即K_T＝ln(2)/10＝0.0693；经验常数K_co，K_ex，K_SOC分别为3.66×10^-5，0.717，0.916；

M个时段后，电池寿命损耗系数L_LI为：

式中所示的寿命损耗系数总量L_LI随着电池的使用从0变为1，即从新电池到容量衰减为0，当L_LI＝0.2时表示电池容量衰减为标称容量的80％；L_LI从0到0.2所经历的循环使用次数，即为电池的循环寿命，所以可以据此折算出参与辅助服务时段τ内储能系统成本的费用折旧为：

式中，C_BESS为参与辅助服务时段τ内电池储能系统成本的费用折旧；C_{_total}为电池储能系统总成本。

作为优选方案之二，所述步骤5中用户需要多支出的电费C_fee计算方法为：

步骤5.1：计算电池储能系统未参与辅助服务时，用户在时段τ内需支出的电费：

式中，为用户的变压器容量，为电池储能系统未参与辅助服务时，用户当月的最大负荷功率值，为电池储能系统未参与辅助服务时，时刻i时单位时间内用户用电量，为时刻i时的电网电价；

步骤5.2：计算电池储能系统参与辅助服务时，用户在时段τ内需支出的电费：

式中，为电池储能系统参与辅助服务时，用户当月的最大负荷功率值，为电池储能系统参与辅助服务时，单位时间内用户用电量；

步骤5.3：计算用户侧电池储能系统参与辅助服务时段内，用户需要多支出的电费C_fee；如下式所示：

C_fee＝C_{fee_2}-C_{fee_1}

作为优选方案之三，所述步骤6中电池储能系统参与调频辅助服务获取的收益L_{_f}的计算公式如下：

式中，t_j1为第j时段储能系统响应调度指令的出力时间，t_j2为第j时段储能系统达到调度指令功率需求后持续的时间，R_j为第j时段，电池储能系统的出力功率峰值，C_fj为第j时段，储能系统参与调频辅助服务的单位电量电价。

作为优选方案之四，所述步骤8中电池储能系统参与调峰辅助服务的收益L_{_p}的计算公式如下：

式中，为时刻s时，单位时间内电池储能系统的放电电量，为时刻s时，分布式光伏电站电价，为时刻m时，单位时间内电池储能系统的充电电量，为时刻m时的电网电价。

本发明相对有现有技术的优点在于：

(一)量化计算成本的过程加入了电池储能系统参与电网辅助服务过程中成本的费用折旧，比较全面的反映成本的实际构成。

(二)用户侧配置电池储能系统在同一时段内，可以为用户自身服务，通过节省电费等获取收益，也可以通过为电网提供辅助服务获取收益，通过本发明专利提出的计算电池储能系统参与辅助服务可获取的净收益方法，为用户决策是否参与辅助服务提供数据支撑。

(三)本发明实施例给出了用户侧储能系统参与调频辅助服务净收益计算的路径。

(四)本发明实施例给出了用户侧储能系统参与调峰辅助服务净收益计算的路径。

附图说明：

图1是本发明净收益计算方法的流程图。

图2是实施例中储能系统参与调频的收益计算示意图；R₁-R_n为调频过程中电池储能系统的出力变化情况，即储能系统的调节里程，总调节里程为

具体实施方式：

实施例：

一种用户侧电池储能系统参与电网辅助服务的净收益计算方法，过程包括：

步骤1：Flag_BESS为储能系统的功能位值；可参与辅助服务的用户侧储能设备，在未接收电网下发的辅助服务需求时，储能系统的功能位值Flag_BESS＝0，储能系统为用户自身服务，接收到电网下发辅助服务需求时，若电网下发的是参与调频的辅助服务需求，置储能系统的功能位值Flag_BESS＝1，若电网下发的是参与调峰的辅助服务需求，置储能系统的功能位值Flag_BESS＝2；

步骤2：读取电池储能系统实时荷电状态SOC_k，设储能系统具备调频能力的SOC上下限值为SOC_{_1}和SOC_{_2}，储能系统具备调峰能力的SOC下限值为SOC_{_3}；

若Flag_BESS＝1，储能系统需要参与的是调频辅助服务，参与调频辅助服务需要储能系统同时具备一定的充放电能力，所以首先依据SOC_k判断电池储能系统是否具有参与调频的能力，判断是否满足SOC_{_1}<SOC_k<SOC_{_2}，若满足，储能系统在该时刻同时具有较好的充放电能力，具备参与调频辅助服务的能力，储能系统响应电网调度需求，参与调频辅助服务，并转步骤3、步骤4、步骤5、步骤6、步骤7；否则，置储能系统的功能位值Flag_BESS＝0，储能系统不参与电网辅助服务，而是继续为用户自身服务；

若Flag_BESS＝2，储能系统需要参与的是调峰辅助服务，参与调峰辅助服务需要储能系统具备较好的放电能力，所以首先依据SOC_k判断电池储能系统是否具有参与调峰的能力，判断是否满足SOC_k>SOC_{_3}，满足，储能系统在该时刻具有较好的放电能力，具备参与调峰辅助服务的能力，储能系统响应电网调度需求，参与调峰辅助服务，并转步骤3、步骤4、步骤5、步骤8、步骤9；否则，置储能系统的功能位值Flag_BESS＝0，储能系统不参与电网辅助服务，而是继续为用户自身服务；

步骤3：在电池储能系统参与辅助服务时段，实时记录参与辅助服务时段τ内的电池储能系统荷电状态、充放电功率、运行温度及用户负荷和电网电价；

步骤4：基于记录的时段τ内的电池储能荷电状态、充放电功率、运行温度，采用电池储能寿命损耗折算方法，计算电池储能系统参与辅助服务时段τ内，产生的寿命损耗，进而可以折算出参与辅助时段τ内储能系统的折旧费用；

其中：

L₂＝L₁exp(4K_SOC(S_{avg_LI}-0.5))[1-L_LI(m-1)]

式中，L₁和L₂为ΔL_LI(m)计算的中间变量；T_ref和T_LI分别为参考环境温度和电池实际温度的摄氏温度值，即T_ref＝25℃；T_refa和T_LIa分别为参考环境温度和电池实际温度的绝对温度值，T_refa＝T_ref+273K，T_LIa＝T_LI+273K；τ_{life_LI}为容量衰减为80％标称容量的日历寿命估算值；K_T代表温度每升高10℃电池寿命衰减率加倍，即K_T＝ln(2)/10＝0.0693；经验常数K_co，K_ex，K_SOC分别为3.66×10^-5，0.717，0.916。

M个时段后，电池寿命损耗系数L_LI为：

式中所示的寿命损耗系数总量L_LI随着电池的使用从0(新电池)变为1(容量衰减为0)，当L_LI＝0.2时表示电池容量衰减为标称容量的80％；L_LI从0到0.2所经历的循环使用次数，即为电池的循环寿命，所以可以据此折算出参与辅助服务时段τ内储能系统成本的费用折旧为：

式中，C_BESS为参与辅助服务时段τ内电池储能系统成本的费用折旧；C_{_total}为电池储能系统总成本；

步骤5：基于实时记录的电池储能系统参与辅助服务时段τ内的用户负荷和电网电价数据，参照两部制电价政策，计算用户侧电池储能系统参与辅助服务时段，用户需要多支出的电费C_fee；具体过程如下：

步骤5.1：计算电池储能系统未参与辅助服务时，用户在时段τ内需支出的电费：

式中，为用户的变压器容量，为电池储能系统未参与辅助服务时，用户当月的最大负荷功率值，为电池储能系统未参与辅助服务时，时刻i时单位时间内用户用电量，为时刻i时的电网电价；

步骤5.2：计算电池储能系统参与辅助服务时，用户在时段τ内需支出的电费：

式中，为电池储能系统参与辅助服务时，用户当月的最大负荷功率值，为电池储能系统参与辅助服务时，单位时间内用户用电量；

步骤5.3：计算用户侧电池储能系统参与辅助服务时段内，用户需要多支出的电费C_fee。式子如下：

C_fee＝C_{fee_2}-C_{fee_1}

步骤6：计算用户侧电池储能系统参与调频辅助服务获取的收益L_{_f}；按效果付费的补偿标准，计算储能系统参与调频的收益：

式中，t_j1为第j时段储能系统响应调度指令的出力时间，t_j2为第j时段储能系统达到调度指令功率需求后持续的时间，R_j为第j时段，电池储能系统的出力功率峰值，C_fj为第j时段，储能系统参与调频辅助服务的单位电量电价；

步骤7：计算用户侧电池储能系统参与调频辅助服务获取的净收益

当时，说明用户通过储能系统参与调频辅助服务获取的收益大于在该过程中需要多支出的电费和产生的电池储能系统的费用折旧，用户通过电池储能系统参与调频辅助服务可获取净收益，当时，不能获取净收益；

步骤8：计算储能系统参与调峰辅助服务的收益L_{_p}；以储能系统在负荷低谷时段充电，在负荷高峰时段，以分布式光伏电源电价放电，计算电池储能系统参与系统辅助调峰可获取的收益，

式中，为时刻s时，单位时间内电池储能系统的放电电量，为时刻s时，分布式光伏电站电价，为时刻m时，单位时间内电池储能系统的充电电量，为时刻m时的电网电价；

步骤9：计算用户侧电池储能系统参与调峰辅助服务获取的净收益

当时，说明用户通过储能系统参与调峰辅助服务获取的收益大于在该过程中需要多支出的电费和产生的电池储能系统的费用折旧，用户通过电池储能系统参与调峰辅助服务可获取净收益，当时，不能获取净收益；当时，不能获取净收益。

Claims (5)

1.一种用户侧电池储能系统参与电网辅助服务的净收益计算方法，其特征在于，过程包括：

步骤1：Flag_BESS为储能系统的功能位值；可参与辅助服务的用户侧储能设备，在未接收电网下发的辅助服务需求时，储能系统的功能位值Flag_BESS＝0；储能系统为用户自身服务，接收到电网下发辅助服务需求时，若电网下发的是参与调频的辅助服务需求，置储能系统的功能位值Flag_BESS＝1；若电网下发的是参与调峰的辅助服务需求，置储能系统的功能位值Flag_BESS＝2；

步骤2：读取电池储能系统实时荷电状态SOC_k，设储能系统具备调频能力的SOC上、下限值分别为SOC_{_1}和SOC_{_2}，储能系统具备调峰能力的SOC下限值为SOC_{_3}；

若Flag_BESS＝1，判断是否满足SOC_{_1}<SOC_k<SOC_{_2}，满足则储能系统响应电网调度需求，参与调频辅助服务，并转步骤3、步骤4、步骤5、步骤6、步骤7；否则，置储能系统的功能位值Flag_BESS＝0；

若Flag_BESS＝2，判断是否满足SOC_k>SOC_{_3}，满足则储能系统响应电网调度需求，参与调峰辅助服务，并转步骤3、步骤4、步骤5、步骤8、步骤9；否则，置储能系统的功能位值Flag_BESS＝0；

步骤3：实时记录参与辅助服务时段τ内的电池储能系统荷电状态、充放电功率、运行温度及用户负荷和电网电价；

步骤4：基于记录的时段τ内的电池储能荷电状态、充放电功率、运行温度，采用电池储能寿命损耗折算方法，计算电池储能系统参与辅助服务时段τ内，产生的寿命损耗，进而折算出参与辅助时段τ内储能系统的折旧费用C_BESS；

步骤5：基于实时记录的电池储能系统参与辅助服务时段τ内的用户负荷和电网电价数据，计算用户侧电池储能系统参与辅助服务时段，用户需要多支出的电费C_fee；

步骤6：计算用户侧电池储能系统参与调频辅助服务获取的收益L_{_f}；

步骤7：计算用户侧电池储能系统参与调频辅助服务获取的净收益

$L_f^{net}=L_{\_f}-C_{BESS}-C_{fee}$

当时，用户通过电池储能系统参与调频辅助服务可获取净收益，当时，不能获取净收益；

步骤8：计算储能系统参与调峰辅助服务的收益L_{_p}；

步骤9：计算用户侧电池储能系统参与调峰辅助服务获取的净收益

$L_p^{net}=L_{\_p}-C_{BESS}-C_{fee}$

当时，用户通过电池储能系统参与调峰辅助服务可获取净收益，当时，不能获取净收益。

2.根据权利要求1所述一种用户侧电池储能系统参与电网辅助服务的净收益计算方法，其特征在于，所述步骤4中折旧费用C_BESS的计算方法为：

${\mathrm{\&Delta;L}}_{LI}\left(m\right)=L_2\exp \left(K_T\right(T_{LI}-T_{ref}\left)\frac{T_{refa}}{T_{LIa}}\right)$

其中：

L₂＝L₁exp(4K_SOC(S_{avg_LI}-0.5))[1-L_LI(m-1)]

$L_1=K_{co}{N}_{LI}\exp \left(\frac{S_{dev\_LI}-1}{K_{ex}}\frac{T_{refa}}{T_{LIa}}\right)+\frac{0.2\mathrm{\&tau;}}{{\mathrm{\&tau;}}_{life\_LI}}$

式中，L₁和L₂为ΔL_LI(m)计算的中间变量；T_ref和T_LI分别为参考环境温度和电池实际温度的摄氏温度值，即T_ref＝25℃；T_refa和T_LIa分别为参考环境温度和电池实际温度的绝对温度值，T_refa＝T_ref+273K，

T_LIa＝T_LI+273K；τ_{life_LI}为容量衰减为80％标称容量的日历寿命估算值；K_T代表温度每升高10℃电池寿命衰减率加倍，即K_T＝ln(2)/10＝0.0693；经验常数K_co，K_ex，K_SOC分别为3.66×10^-5，0.717，0.916；

M个时段后，电池寿命损耗系数L_LI为：

$L_{LI}=\underset{m=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{\mathrm{\&Delta;L}}_{LI}\left(m\right)$

式中所示的寿命损耗系数总量L_LI随着电池的使用从0变为1，即从新电池到容量衰减为0，当L_LI＝0.2时表示电池容量衰减为标称容量的80％；L_LI从0到0.2所经历的循环使用次数，即为电池的循环寿命，所以可以据此折算出参与辅助服务时段τ内储能系统成本的费用折旧为：

$C_{BESS}=C_{\_total}\&CenterDot;\frac{{\mathrm{\&Delta;L}}_{LI}\left(m\right)}{0.2}$

式中，C_BESS为参与辅助服务时段τ内电池储能系统成本的费用折旧；C_{_total}为电池储能系统总成本。

3.根据权利要求1所述一种用户侧电池储能系统参与电网辅助服务的净收益计算方法，其特征在于，所述步骤5中用户需要多支出的电费C_fee计算方法为：

步骤5.1：计算电池储能系统未参与辅助服务时，用户在时段τ内需支出的电费：

式中，为用户的变压器容量，为电池储能系统未参与辅助服务时，用户当月的最大负荷功率值，为电池储能系统未参与辅助服务时，时刻i时单位时间内用户用电量，为时刻i时的电网电价；

步骤5.2：计算电池储能系统参与辅助服务时，用户在时段τ内需支出的电费：

式中，为电池储能系统参与辅助服务时，用户当月的最大负荷功率值，为电池储能系统参与辅助服务时，单位时间内用户用电量；

步骤5.3：计算用户侧电池储能系统参与辅助服务时段内，用户需要多支出的电费C_fee如下所示。

C_fee＝C_{fee_2}-C_{fee_1}

4.根据权利要求1所述一种用户侧电池储能系统参与电网辅助服务的净收益计算方法，其特征在于，所述步骤6中电池储能系统参与调频辅助服务获取的收益L_{_f}的计算公式如下：

$L_{\_f}=\frac{(t_{11}+t_{12})\&CenterDot;R_1}{2}\&CenterDot;C_{f1}+\frac{(t_{21}+t_{22})\&CenterDot;R_2}{2}\&CenterDot;C_{f2}+\mathrm{...}+\frac{(t_{n1}+t_{n2})\&CenterDot;R_n}{2}\&CenterDot;C_{fn}=\underset{j=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}\frac{(t_{j1}+t_{j2})\&CenterDot;R_j}{2}\&CenterDot;C_{fj}$

式中，t_j1为第j时段储能系统响应调度指令的出力时间，t_j2为第j时段储能系统达到调度指令功率需求后持续的时间，R_j为第j时段，电池储能系统的出力功率峰值，C_fj为第j时段，储能系统参与调频辅助服务的单位电量电价。

5.根据权利要求1所述一种用户侧电池储能系统参与电网辅助服务的净收益计算方法，其特征在于，所述步骤8中电池储能系统参与调峰辅助服务的收益L_{_p}的计算公式如下：

$L_{\_p}=\underset{s=1}{\overset{S}{\&Sigma;}}{Q}_{dis}^s\&CenterDot;C_{pv}^s-\underset{m=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{Q}_{cha}^m\&CenterDot;C_{load}^m$

式中，为时刻s时，单位时间内电池储能系统的放电电量，为时刻s时，分布式光伏电站电价，为时刻m时，单位时间内电池储能系统的充电电量，为时刻m时的电网电价。