CN107038510A - 一种基于需求响应实施效果评估的商业建筑响应容量分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于需求响应实施效果评估的商业建筑响应容量分配方法。确定各项响应参数；建立建筑需求响应实施效果评估的综合指标体系；收集参与本次响应的建筑在上次响应时段的负荷数据，以及其在相同时段不实施响应的负荷数据，通过模糊综合评估方法对其上次需求响应削减效果进行评估，获得各建筑的实施效果评估结果；根据建筑需求响应实施效果评估结果，并根据评估结果越好则下次削减容量越小的分配原则，计算最终各个建筑本次需求响应的削减容量。本发明不仅可以实现对建筑需求响应实施效果的有效评估，还可以进一步反映建筑的需求响应执行能力，同时也能进一步提高建筑的需求响应实施效果。

Description

一种基于需求响应实施效果评估的商业建筑响应容量分配方法

技术领域

本发明属于电力服务技术领域，具体涉及一种基于需求响应实施效果评估的商业建筑响应容量分配方法。

背景技术

随着商业建筑的内涵日渐扩大，商业建筑物由功用型向商业型转化，商业设施也朝着功能综合化、规模大型化的复合化方向发展。近年来商业建筑电耗量也呈明显上升之势。据调查大型公共建筑单位面积耗电量达70～300kW·h/年，是普通公共建筑的4～6倍，是居住建筑的10～20倍。尽管商业建筑的多功能化发展造成了建筑负荷的不断增长，但同时，其设备智能化的发展也为商业建筑参与负荷调控提供了技术支持。基于此，针对商业用户开展负荷管理的研究成为一大热点。伴随着需求响应技术在我国的进一步发展，推进建筑节能正成为缓解我国电力供需矛盾的有效途径，商业建筑参与的需求响应协调控制，可大幅提高建筑的用电效率，缓解电力供应紧张时期的供需不平衡。

现阶段国外建筑参与需求响应的研究及实践主要分为用能系统优化和空调负荷调控两大方面。用能用能系统旨在通过对内部用电设备的节能改造达到降低负荷的目标，但不适用于我国既有建筑进行智能化改造难度大、成本高的现状。空调负荷调控作为需求响应项目的一种，是通过在固定响应时间内，制定多种空调负荷调控策略，由负荷控制系统进行负荷调控来降低建筑能耗的方法。但是随着商业建筑能耗的多样化发展，仅仅以空调负荷作为调控对象的参与方式忽略了其他类型负荷的削减潜力。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于需求响应实施效果评估的商业建筑响应容量分配方法，不仅可以实现对建筑需求响应实施效果的有效评估，还可以进一步反映建筑的需求响应执行能力，同时也能进一步提高建筑的需求响应实施效果。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于需求响应实施效果评估的商业建筑响应容量分配方法，

步骤1，确定各项响应参数；

步骤2，建立建筑需求响应实施效果评估的综合指标体系，包括其分配的削减容量完成情况评估指标和实施响应后的负荷削减效果评估指标；

步骤3，收集参与本次响应的建筑在上次响应时段的负荷数据，以及其在相同时段不实施响应的负荷数据，通过模糊综合评估方法对其上次需求响应削减效果进行评估，获得各建筑的实施效果评估结果；

步骤4，根据建筑需求响应实施效果评估结果，并根据评估结果越好则下次削减容量越小的分配原则，计算最终各个建筑本次需求响应的削减容量，获得本次需求响应容量分配方案。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：本发明针对商业建筑参与定额容量削减的需求响应参与模式，提出了基于需求响应实施效果评估的商业建筑响应容量分配方法，并针对需求响应实施效果评估建立了综合评估体系，采用模糊综合评估方法进行评估。该方法针对商业建筑参与需求响应定额容量削减的实践模式，不仅可以实现对建筑需求响应实施效果的有效评估，同时实现了对响应容量的科学分配，比起采用平均分配响应容量以及根据历史用电量分配响应容量的方法，该方法可以进一步反映建筑的需求响应执行能力，同时也能进一步提高建筑的需求响应实施效果。

附图说明

图1是本发明基于需求响应实施效果评估的商业建筑响应容量分配方法流程简图。

图2是本发明基于需求响应实施效果评估的商业建筑响应容量分配方法流程详图。

图3是本发明实施例中建筑1参与需求响应前后的负荷曲线示意图。

具体实施方式

容易理解，依据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本发明基于需求响应实施效果评估的商业建筑响应容量分配方法流的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限制或限定。

结合图1和图2，基于需求响应实施效果评估的商业建筑响应容量分配方法包括以下步骤：

步骤1，确定各项响应参数，包括参与负荷削减的建筑数量、本次需求响应实施时段、本次需求响应总响应容量、各建筑在上次需求响应的分配响应容量；例如：

确定参与本次需求响应的建筑数量为I，并给每个建筑编号为i，i∈I；

设定区域削减容量，即总响应容量为Q；

确定本次需求响应实施时段由t₁至t₂，一般为两小时，即t₂-t₁＝2h；

确定上次需求响应实施时，总响应容量为Q⁰以及各个建筑所分配到的响应容量分别为

步骤2，建立建筑需求响应实施效果评估的综合指标体系，包括其分配的削减容量执行情况评估指标和实施响应后的负荷削减效果评估指标；其中，

所述削减容量执行情况评估指标包括：

(1)响应容量完成率x₁：用于表征某建筑某次响应中响应时段内实际削减容量占响应容量配额的比例，表达式如式(1)所示，

式(1)中，为第i个建筑的上次响应的实际总响应容量；为第i个建筑的上次响应的响应容量配额。

(2)响应时间完成率x₂：用于表征某建筑某次响应中响应时段内实际开始削减负荷的总持续时间占响应时段的比例，表达式如式(2)所示，

式(2)中，为该次响应规定结束时刻；为该次响应规定开始时刻；该次响应第i个建筑的实际结束时刻；该次响应第i个建筑的实际开始时刻。

所述负荷削减效果评估指标包括：

(3)负荷最大削减量x₃：

以5分钟为一个时间间隔，将总响应时段划分为N＝24个时段，采集第n(n＝0,1,…N)时段的负荷功率，计算负荷最大削减量。

负荷最大削减量指标表征在整个响应时段中，该建筑的最大响应能力，表达式如式(3)所示，

式(3)中，为该次响应中第i个建筑的第n个时段的实际负荷；为第i建筑不实施响应时的第n个时段的实际负荷；为该次响应中第i建筑的第n个时段的实际负荷削减量。

(4)负荷最小削减量x₄：

负荷最大削减量指标表征在整个响应时段中，该建筑的最小响应能力，表达式如式(4)所示，

式(4)中，为该次响应中第i建筑的第n个时段的实际负荷；为第i建筑不实施响应时的第n个时段的实际负荷；为该次响应中第i建筑的第n个时段的实际负荷削减量。

(5)响应前后峰负荷变化率x₅：用于表征在整个响应时段中，该建筑的最大负荷变化率，这里的峰负荷是针对响应时段内的最大负荷而言。响应前后峰负荷变化率x₅的表达式如式(5)所示，

式(5)中：为该次响应中第i个建筑的实际负荷最大值；为第i个建筑不实施响应时的实际负荷最大值。

(6)响应前后谷负荷变化率x₆：用于表征在整个响应时段中，该建筑的最小负荷变化率，这里的谷负荷是针对响应时段内的最小负荷而言。响应前后谷负荷变化率x₆的表达式如式(6)所示，

式(6)中：为该次响应中第i建筑的实际负荷最小值；为第i建筑不实施响应时的实际负荷最小值。

(7)响应前后负荷峰谷差变化率x₇：用于表征在整个响应时段中，该建筑的峰谷差与未实行响应时的变化率，这里的峰谷差是针对响应时段内的最大负荷最小负荷之差而言。响应前后负荷峰谷差变化率x₇的表达式如式(7)所示，

式(7)中，为该次响应中第i个建筑的实际峰谷差；为第i个建筑不实施响应时的实际峰谷差。

(8)响应前后负荷率变化率x₈：

电网负荷率与系统有功负荷高峰低谷有关。电网负荷率高表明该地区负荷峰谷差较小，负荷比较平均，电网负荷率低说明该地区峰谷差异较大，需要削峰填谷，使各时段负荷变化减小。这里的负荷率是针对响应时段内的负荷情况而言。按照电网负荷率定义，响应前后负荷率变化率x₈的表达式如式(8)所示，

式(8)中，为该次响应中第i建筑的实际负荷率；为第i建筑不实施响应时的实际负荷率。

步骤3，收集参与本次响应的建筑在上次响应日内响应时段的负荷数据，以及其在非响应日内相同时段的负荷数据(即不实施响应时的负荷数据)，根据步骤2中建立的8项评估指标，通过模糊综合评估方法对其上次需求响应实施效果进行评估。

(1)负荷数据的收集：

负荷数据采集频率：负荷数据采集间隔为5分钟，即一个时段1Δt＝5min，响应起始时刻t₁、响应结束时刻t₂，响应时间为2小时，即响应时段t₂-t₁＝24Δt。

负荷数据采集对象：采集上次需求响应执行时段内的各个参与响应的建筑的负荷数据；采集相同时段未实行需求响应的各建筑负荷数据。这里需求响应的实施前后负荷对比充分考虑了建筑用电的负荷惯性，即在相同工作日的相同时段，且外界环境相似的情况下，建筑负荷特性相似。

(2)通过模糊综合评估方法对其上次需求响应实施效果进行评估的过程为：

3.1根据步骤2所建立的指标评估体系，分别计算8项指标各自的指标值。

3.2评价等级量化

将需求响应实施效果分为5个评估等级：好、较好、一般、较差、差。为将各个等级量化，确定各评估等级分值依次为5、4、3、2、1。

3.3单项指标评估

针对评估需求响应实施效果8项指标，分别从单个指标来评估某用户某次需求响应实施效果，获得单项指标对5个评估等级的模糊隶属度(R|x_m)，进而得到各评价指标的单项隶属度矩阵：

其中L＝5为评估等级数，l∈L；M＝8为总指标数，m∈M。

r_ml表示在对各指标x_m(m＝1,2,...,8)的评价中，被评为属于评估等级v_l(l＝1,2,...,5)所占的比例，其表达式如式(9)所示，

式(9)中，f_ml为第m个指标x_m被评为第l个评估等级v_l的总次数，确定该指标x_m是否属于该评估等级v_l可根据该项指标值确定。

3.4指标权重确定

通过经验和专家打分结果确定需求响应实施效果8项评估指标各自的权重，x₁～x₈对应权重分别为：0.3、0.2、0.1、0.1、0.05、0.05、0.05、0.15，即评估体系的权重矩阵W为：

W＝[w_m]＝[0.3 0.2 0.1 0.1 0.05 0.05 0.05 0.15]；

式中：w_m为矩阵W中的单个数值。

3.5综合评价

利用加权平均M(·,)模糊合成算子将权重矩阵W与单项隶属度矩阵R_i合成得到模糊综合评价结果向量，最后根据各等级对应分值求出需求响应实施效果评分。

所述模糊综合评价结果向量B_i的计算式如下：

B_i＝W·R_i＝[b_i1 ... b_il ... b_i5]；

式中：B_i为第i个建筑需求响应实施效果的综合评估结果向量，W为评估指标的权重系数矩阵；R_i为第i个建筑的单项隶属度矩阵。

式中：b_il为第i个建筑需求响应实施效果的综合评估结果向量B_i中的单个数值；w_m为矩阵W中的单个数值；r_ml为第i个建筑的单项指标隶属度矩阵R_i中的单个数值。

所述需求响应实施效果的综合评分V_i的计算式如下：

V_i＝b_i1×5+b_i2×4+b_i3×3+b_i4×2+b_i5×1；

式中：V_i为第i个建筑的需求响应实施效果综合评分结果；b_il为第i个建筑需求响应实施效果的综合评估结果向量B_i中的单个数值。

步骤4，根据建筑需求响应实施效果的综合评分结果，通过评分结果越好则下次削减容量越小的分配原则，计算最终各个建筑本次需求响应的削减容量，得到响应容量分配方案。

4.1对I个评价结果进行筛选，剔除不合格用户

筛选需求响应实施效果评分低于2.5，即V_i＜2.5的建筑，将其上次需求响应判定为不合格响应。考虑到其响应能力偏低，不参与次本次需求响应容量削减，并针对该需求响应实施效果不合格的建筑进行不合格处罚，剔除不合格建筑后的建筑总数为J；

同时针对需求响应效果评分结果属于前三，即V_i最大的3个建筑，将其上次需求响应判定为优秀响应，并进行额外补偿；其余建筑的需求响应则判定为正常响应，不进行不合格处罚也没有额外补偿；

4.2对确定参与本次需求响应的的建筑进行重新编号j，j∈J；

4.3计算各个建筑本次需求响应的响应容量Q_j

按照需求响应实施效果评分最高，则削减容量越小的分配原则，计算本次响应中参与用户的响应容量，实际分配中采用该原则可促使各个建筑为获得较小的响应容量，从而提高其每次的需求响应的实施效果。具体计算时采用评估结果每提高一分，则削减容量减小10％的算法，各建筑该本次响应容量配额Q_j为：

Q_j＝Q_基准×[1-10％V_j] (10)

式中：V_j为该次响应中第j建筑的响应效果评估结果；Q_基准为次本次单位建筑的需求响应基准响应容量；Q为该次本次需求响应总响应容量。

根据式(10-11)计算基准容量Q_基准，并将基准容量代入式(10)得到参与建筑的此次响应削减容量Q_j，即最终削减容量分配方案。

实施例

步骤1，确定各项响应参数，包括参与负荷削减的建筑数量、本次需求响应实施时段、本次需求响应总响应容量、各建筑在上次需求响应的分配响应容量；例如：

确定参与此次需求响应的建筑数量I＝10，并给其按1～10编号；

设定区域削减容量Q＝50kWh；

确定此次需求响应时段t₁至t₂，一般为两小时(即t₂-t₁＝2h):10:00-12:00；

步骤2，建立建筑需求响应实施效果评估的综合指标体系，包括其分配的削减容量执行情况评估指标和实施响应后的负荷削减效果评估指标；其中，

响应容量执行情况指标包括：

响应容量完成率x₁

响应时间完成率x₂

负荷削减效果指标包括：

负荷最大削减量x₃

负荷最小削减量x₄

响应前后峰负荷变化率x₅

响应前后谷负荷变化率x₆

响应前后负荷峰谷差变化率x₇

响应前后负荷率变化率x₈

步骤3，收集参与本次响应的建筑在上次响应日内响应时段的负荷数据，以及其在非响应日内相同时段的负荷数据根据步骤2中建立的8项评估指标，通过模糊综合评估方法对其上次需求响应实施效果进行评估；

(1)负荷数据准备：

数据采集频率：负荷数据采集间隔为5分钟，即一个时段1Δt＝5min，响应起始时刻t₁、响应结束时刻t₂，响应时间为2小时，即响应时段t₂-t₁＝24Δt。

数据采集对象：采集该次需求响应执行时段内的各个参与响应的建筑的负荷数据；采集相同时段未实行需求响应的各建筑负荷数据。(这里需求响应的实施前后负荷对比充分考虑了商业建筑用电的负荷惯性，即在相同工作日的相同时段，且外界环境相似的情况下，商业建筑负荷特性相似)。

以建筑1为例，其实施前后的负荷曲线如图3所示，采集的数据如表1所示。

表1建筑1参与需求响应的相关负荷参数

模糊综合评估计算过程为：

3.1根据步骤2所建立的指标评估体系，计算各项指标值。

以建筑1为例，各项指标值如表2所示。

表2建筑1需求响应评估的指标值

3.2评价等级量化

需求响应实施效果分为5个评估等级：好、较好、一般、较差、差。为将各个等级量化，确定各等级分值为5、4、3、2、1。

3.3单项指标评估

针对评估需求响应实施效果8项指标，分别从单个指标来看某用户某次需求响应实施效果对5个评估等级的模糊隶属度(R|x_m)，进而得到各评价指标的单项隶属度矩阵：

其中L＝5为评估等级数，l∈L；M＝8为总指标数，m∈M。

r_ml表示在对各指标x_m(m＝1,2,...,8)的评价中，被评为属于评估等级v_l(l＝1,2,...,5)所占的比例，其表达式如式(9)所示，

式(9)中，f_ml为第m个指标x_m被评为第l个评估等级v_l的总次数，确定该指标x_m是否属于该评估等级v_l可根据该项指标值确定。

根据表3的各项指标值，建立响应效果评估中各个指标的模糊评价矩阵，如表4所示。

3.4指标权重确定

通过经验和专家打分结果确定需求响应实施效果8项评估指标的权重，x₁～x₈对应权重分别为：0.3、0.2、0.1、0.1、0.05、0.05、0.05、0.15，即评估体系的权重矩阵为：

W＝[w_m]＝[0.3 0.2 0.1 0.1 0.05 0.05 0.05 0.15]；

表3评判因素集权重分配及单因素评判矩阵

3.5综合评价

利用加权平均M(·,)模糊合成算子将权重矩阵W与单项隶属度矩阵R_i合成得到模糊综合评价结果向量，最后根据各等级对应分值求出需求响应实施效果评分。糊综合评价结果向量B_i的计算式如下：

B_i＝W·R_i＝[b_i1 ... b_il ... b_i5]＝[0.045 0.496 0.424 0.035 0]；

根据糊综合评价结果向量B_i，计算需求响应实施效果的综合评分V_i：

V_i＝b_i1×5+b_i2×4+b_i3×3+b_i4×2+b_i5×1＝3.551。

对编号1～10的建筑，重复步骤3的计算过程，计算所有建筑的上次需求响应实施效果评分结果，如表4所示：

表4建筑1-10的需求响应实施效果评分

步骤4，根据建筑需求响应实施效果的综合评分结果，通过评分结果越好则下次削减容量越小的分配原则，计算最终各个建筑本次需求响应的削减容量，得到响应容量分配方案。

4.1对I个评价结果进行筛选，剔除不合格用户

根据计算结果，该次响应中，建筑3、7、10的需求响应实施效果评分V_i＜2.5，属于不合格响应，不参与该次响应并应支付不合格违约金额。建筑1、4、9的需求响应实施效果评分最大，属于优秀响应，应进行额外补偿(处罚及额外补偿金额计算涉及成本计算，不在本发明权利要求内，在此不赘述)。

将不合格建筑剔除后，参与本次响应的建筑总数为J＝7；

4.2对确定参与本次需求响应的的建筑进行重新编号j，j∈J，结果如表5所示：

表5参与本次响应的建筑编号及对应需求响应实施效果评分

4.3计算各个建筑本次需求响应的响应容量Q_j

按照需求响应实施效果评分最高，则削减容量越小的分配原则，计算本次响应中参与用户的响应容量，实际分配中采用该原则可促使各个建筑为获得较小的响应容量，从而提高其每次的需求响应的实施效果。具体计算时采用评估结果每提高一分，则削减容量减小10％的算法，各建筑本次响应容量配额Q_j为：

Q₁＝Q_基准×[1-10％×0.3551]＝0.6449Q_基准；

Q₂＝Q_基准×[1-10％×0.3054]＝0.6946Q_基准；

Q₃＝Q_基准×[1-10％×0.367]＝0.633Q_基准；

Q₄＝Q_基准×[1-10％×0.3223]＝0.6777Q_基准；

Q₅＝Q_基准×[1-10％×0.2874]＝0.7126Q_基准；

Q₆＝Q_基准×[1-10％×0.298]＝0.702Q_基准；

Q₇＝Q_基准×[1-10％×0.3455]＝0.6545Q_基准；

将上述式子代入史(11)即得到基准容量大小Q_基准＝10.6kWh，并将基准容量代入上述式子得到参与建筑的此次响应削减容量Q_j，得到参与建筑的此次响应削减容量Q_j，即最终削减容量分配方案，如表6所示：

表6本次参与需求响应的建筑1-7的响应容量分配方案

Claims (5)

1.一种基于需求响应实施效果评估的商业建筑响应容量分配方法，其特征在于，

步骤1，确定各项响应参数；

步骤2，建立建筑需求响应实施效果评估的综合指标体系，包括其分配的削减容量完成情况评估指标和实施响应后的负荷削减效果评估指标；

步骤3，收集参与本次响应的建筑在上次响应时段的负荷数据，以及其在相同时段不实施响应的负荷数据，通过模糊综合评估方法对其上次需求响应削减效果进行评估，获得各建筑的实施效果评估结果；

步骤4，根据建筑需求响应实施效果评估结果，并根据评估结果越好则下次削减容量越小的分配原则，计算最终各个建筑本次需求响应的削减容量，获得本次需求响应容量分配方案。

2.如权利要求1所述基于需求响应实施效果评估的商业建筑响应容量分配方法，其特征在于，步骤1中所述各项响应参数包括：

确定参与本次需求响应的建筑数量为I，并给每个建筑编号为i，i∈I；

设定区域削减容量，即总响应容量为Q；

确定本次需求响应实施时段由t₁至t₂；

确定上次需求响应实施时，总响应容量为Q⁰以及各个建筑所分配到的响应容量分别为

3.如权利要求2所述基于需求响应实施效果评估的商业建筑响应容量分配方法，其特征在于，

所述削减容量执行情况评估指标包括：响应容量完成率和响应时间完成率；

所述负荷削减效果评估指标包括：负荷最大削减量、负荷最小削减量、响应前后峰负荷变化率、响应前后谷负荷变化率、响应前后负荷峰谷差变化率以及响应前后负荷率变化率。

4.如权利要求3所述基于需求响应实施效果评估的商业建筑响应容量分配方法，其特征在于，所述通过模糊综合评估方法对其上次需求响应实施效果进行评估的过程为：

3.1分别计算步骤2中八项指标各自的指标值；

3.2将需求响应实施效果分为5个评估等级，由好到差确定各评估等级分值依次为5、4、3、2、1；

3.3针对步骤2中八项指标，分别从单个指标来评估上次需求响应实施效果，获得单项指标对5个评估等级的模糊隶属度，进而得到各评价指标的单项隶属度矩阵：

3.4通过经验和专家打分确定八项评估指标各自的权重，获得评估体系的权重矩阵；

3.5利用加权平均模糊合成算子将权重矩阵与单项隶属度矩阵合成得到模糊综合评价结果向量，最后根据各等级对应分值求出需求响应实施效果评分；

所述模糊综合评价结果向量B_i的计算式如下：

B_i＝W·R_i＝[b_i1 ... b_il ... b_i5]；

式中，B_i为第i个建筑需求响应实施效果的综合评估结果向量，W为评估指标的权重系数矩阵；R_i为第i个建筑的单项隶属度矩阵；

式中，b_il为第i个建筑需求响应实施效果的综合评估结果向量B_i中的单个数值；w_m为矩阵W中的单个数值；r_ml为第i个建筑的单项指标隶属度矩阵R_i中的单个数值；

所述需求响应实施效果的综合评分V_i的计算式如下：

V_i＝b_i1×5+b_i2×4+b_i3×3+b_i4×2+b_i5×1

式中：V_i为第i个建筑的需求响应实施效果综合评分结果。

5.如权利要求4所述基于需求响应实施效果评估的商业建筑响应容量分配方法，其特征在于，所述步骤四的具体过程为：

4.1对I个评价结果进行筛选，踢除需求响应实施效果评分低于2.5的建筑，不参与本次需求响应容量削减，设剔除需求响应实施效果评分低于2.5的建筑后参与本次需求响应容量削减的建筑总数为J；

同时对需求响应效果评分结果属于前三的建筑，将其上次需求响应判定为优秀响应，并进行额外补偿；

其余建筑的需求响应则判定为正常响应，不进行不合格处罚也没有额外补偿；

4.2对确定参与本次需求响应的的建筑进行重新编号j，j∈J；

4.3按照需求响应实施效果评分最高，则削减容量越小的分配原则，计算本次响应中各参与建筑的响应容量。