CN109193720B - 基于企业用户典型日负荷曲线的用户侧储能容量配置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于企业用户典型日负荷曲线的用户侧储能容量配置方法。本发明针对企业用户典型日负荷功率曲线，提出一种预测企业用户配置储能盈利效果的方法并结合计算所得经济最优储能配置提出蓄电池每日充放电方案。本发明首先以企业用户典型日负荷曲线为预判据，初步筛选出峰谷差用户作为储能配置的目标用户；再结合企业用户的投资预算、峰谷电价信息、储能市场价格、蓄电池物理约束，遍历所有可能的储能配置情况求得经济最优解；最后以该最优解为基础制定蓄电池充放电策略，实现利用蓄电池进行需量管理和削峰填谷的功能。该方法可合理预测企业用户储能经济最优配置，从而避免用户侧储能的盲目投资。

Description

基于企业用户典型日负荷曲线的用户侧储能容量配置方法
技术领域
本发明属于分布式能源领域，特别涉及基于企业用户典型日负荷曲线的用户侧储能容量配置方法。
背景技术
用户侧储能系统建设是一种改善企业用户日用电功率曲线从而节约企业用电成本的一种有效手段。合理容量的用户侧储能系统的配置可通过需量管理和削峰填谷两种方法优化企业负荷曲线，从而实现降低企业实际缴纳电费的目的。随着储能电池价格大幅降低，企业配置储能的利润空间增大，更多的企业有意图通过配置储能盈利，因此有必要针对企业用户提出一种储能容量配置的预测算法，使得企业通过合理的储能电池容量配置获得利润最大化。
配置储能电池可通过需量管理降低企业用户的基本电费，也可利用峰谷电价差套利。但储能电池本身成本较高，盲目配置会增加企业投资风险，甚至导致投资亏损。通过有效的评估方法对所有可能的储能配置情况进行评估分析可在未投入储能成本之前了解用户负荷功率特点，有针对性的进行储能系统配置，从而降低投资风险，实现储能投资盈利最大化。
经对现有技术的文献检索发现，在智能电网体系下用户侧储能装置的经济性分析(虞胜东,华寅飞,胡志勇.在智能电网体系下用户侧储能装置的经济性分析[J].电力系统及其自动化,2013(35):62-64.)结合投资成本和收益两方面从需量管理、削峰填谷、避免停电损失等不同角度详细讨论了企业用户侧安装储能的优势，对用户侧储能盈利的计算方式具有参考价值。基于优化调度的用户侧电池储能配置及控制方法(林俊豪,古雄文,马丽.基于优化调度的用户侧电池储能配置及控制方法[J].储能科学与技术,2018(7):90-99.)提出使用蓄电池储能为企业提供用电功率优化并给出了蓄电池充放电的控制方法，论文算例部分对文中所提出的蓄电池充放电优化控制策略进行仿真，得到了较好的用电功率曲线优化结果。
中国发明专利(申请号：20170031581.9)提出了一种结合光伏发电的用户侧储能系统的控制方式，中国发明专利(申请号：201710031813.0)提出了结合光伏系统发电容量的储能系统优化配置方法并提出了针对该配置方法的储能系统充放电控制方案，中国发明专利(申请号：201710031219.1)提出了以实现经济效益最优为目标，结合光伏最大化消纳、削峰填谷、需量管理等因素的储能配置软件算法，以上提到的专利从不同的角度提出了用户侧储能系统的配置、运行，优化了削峰填谷，需量管理等用户侧蓄电池配置盈利方式。然而以上文献均未涉及用户负荷曲线类型的判断，并且对用户侧配置蓄电池在需量管理方面的利用不足，导致计算所得用户蓄电池配置容量较大，增加用户投资成本以及投资风险。
发明内容
针对以上不足，本发明根据企业用户典型日负荷功率曲线特点，提出一种先判断用户类型，再进行所有储能配置情况遍历判断其经济性，最后针对经济最优储能计算配置后用户功率优化曲线及成本收益结果方法，保证企业配置储能电池的经济性，降低投资风险。
本发明以企业用户典型日负荷曲线为基础，以用用电功率需量管理为首要目标结合削峰填谷，提出储能系统容量经济最优配置，并在经济最优配置基础上提出储能电池充放电方案。
本发明提供了一种基于企业用户典型日负荷曲线的用户侧储能容量配置方法，包括如下步骤：
(1)输入企业用户典型96点日负荷功率曲线，判断其是否为峰谷差用户；
(2)输入计算参数，估算储能配置前企业用户年度电费；
(3)确定企业最大可配置储能电池容量，确定计算精度，对所有储能配置情况进行遍历；
(4)在所有情况中找到经济最优配置。
进一步的，所述的步骤(2)中所述计算参数包括：变压器容量、容量基本电费、需量基本电费、高峰电价、低谷电价、平段电价以及各电价所对应的计费时间段市场电价信息；蓄电池功率和容量比、充放电深度、考虑老化的蓄电池容量系数、冲放电效率、设计充放电次数储能电池物理约束；企业一次性投资预算、蓄电池购买费用、辅助设施建设费用、变流器投资费用、设备年维护费用、折旧系数、贴现率投资经济成本约束。
进一步的，步骤(3)中确定最大可配置储能电池容量方法为：若设定一次性投资预算则按照经济成本计算最大可配置电池容量；若未设定一次性投资预算则按照高峰电价时的最大用电量或最大用电功率确定可配置最大电池容量。
进一步的，步骤(3)中对储能配置情况进行遍历循环的一次计算包括如下步骤：
(3.1)读取储能配置前高峰电价时用户用电功率最大值Pmax；
(3.2)计算本次循环需量管理目标功率P；
(3.3)计算提供相应功率支持时所需电池容量量
Figure BDA0001797403470000031
(K1是蓄电池功率和容量比)；
(3.4)计算提供相应需量管理电量支持时所需电池容量V2＝(Prel-P)×t(Prel为需量管理时间内用户实际用电功率，t为需量管理时间)；
(3.5)取V1、V2中较大的值作为本次计算需量管理所需电池容量V；
(3.6)判断容量V是否等于V1，若是则在其余非需量管理的高峰电价时段蓄电池恒功率放电，若否则电池在非需量管理时间不放电；
(3.7)制定储能的充放电策略，修改用户负荷曲线并计算储能配置后企业用户月度电费。
进一步的，其中步骤(3.7)中储能的充放电策略按时间不同分为三种场景：需量管理时间：电池放电，弥补因需量管理导致的用户所需功率缺额；高峰电价无需需量管理时间：电池恒功率放电，根据Psp确定电池放电功率；低谷电价时间：电池恒功率充电。
进一步的，其中步骤(4)所述在所有储能配置情况中找到经济最优配置，具体包括遍历所有储能配置方案的一次性投资预算、年化投资以及使用寿命内收益情况，找出储能配置方案中净收益最大者即为储能的经济最优配置方案。得到储能经济最优配置后，计算所述经济最优配置是否盈利，并输出结果。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
本发明首先考虑企业用户的典型日负荷曲线，对适合配置储能的企业进行预筛选。由于对用电负荷进行需量管理既可以节省每月基本电费也可起到削峰填谷的作用，比单纯利用蓄电池削峰填谷收益更多，因此本发明在储能电池容量配置计算时优先考虑满足需量管理所需电池容量，若需量管理要求满足后，储能容量仍有所剩余则在无需需量管理的其余高峰电价时间放电进行削峰填谷，否则蓄电池仅用于需量管理。上述预筛选方法可有效提高计算效率，电池容量配置策略可使单位电池盈利最大化，节约企业用户投资、减小储能投资风险从而达到储能配置的经济最优。
附图说明
图1是基于企业用户典型日负荷曲线的用户侧储能容量配置方法流程图。
图2是实施例中程序输出结果图。
具体实施方式
下面结合试试实例及附图，对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，基于企业用户典型日负荷曲线的用户侧储能容量配置方法包括如下步骤。
步骤1：输入企业用户典型96点日负荷功率曲线，判断为峰谷差用户。
步骤2：输入计算参数，估算储能配置前企业用户年度电费，计算参数包括：变压器容量、容量基本电费、需量基本电费、高峰电价、低谷电价、平段电价以及各电价所对应的计费时间段等市场电价信息；蓄电池功率和容量比例、充放电深度、考虑老化的蓄电池容量系数、放电效率、设计充放电次数等储能电池物理约束；企业一次性投资预算、蓄电池购买费用、辅助设施建设费用、变流器投资费用、设备年维护费用、折旧系数、贴现率等投资经济成本约束。
步骤3：确定企业最大可配置储能电池容量，确定计算精度，对所有储能容量配置情况进行遍历，其中一次循环的具体过程如下：
(1)读取储能配置前高峰电价时用户用电功率最大值Pmax；
(2)计算本次循环需量管理目标功率P；
(3)计算提供相应功率支持时所需电池容量
Figure BDA0001797403470000041
(K1是蓄电池功率和容量比)；
(4)计算提供相应需量管理电量支持时所需电池容量V2＝(Prel-P)×t；
(5)取V＝max(V1,V2)作为本次计算需量管理所需电池容量；
(6)判断容量V是否大于计算允许最大容量
Figure BDA0001797403470000042
(K2为蓄电池充放电深度，K3为蓄电池老化系数，为蓄电池充放电效率)；
(7)计算无需量管理任务时蓄电池放电功率Psp；
(8)修改用户功率曲线，并计算储能配置后企业用户月度电费。
步骤4：遍历所有储能配置容量配置方案的一次性投资成本Crel、年化投资成本Ca以及计及贴现率的年化投资成本CRE，月化需量管理收益Cneed，月化削峰填谷收益Cpeak等使用寿命内收益情况，找出储能配置方案中净收益最大者即为储能的经济最优配置方案，最后得出储能经济最优配置方案总收益：Ctotal＝-Crel-Ca×N+CRE+12N×(Cneed+Cpeak)(N为储能电池使用年限)，判断该最优配置方案是否可盈利。
步骤5：计算及输出：输出的年维护成本、一次性投资成本、年化需量管理收益、年化削峰填谷收益、一次性投资成本回收期限、净盈利总额、蓄电池配置容量如表1所示，输出的功率管理后企业用电功率曲线、蓄电池充放电曲线、荷电量变化曲线如图2所示。
表1输出结果
输出项目 结果
电池配置容量(千瓦时) 69
年维护成本(元/年) 13664
一次性投资成本(元) 78565
年化需量管理收益(元/年) 13222
年化削峰填谷收益(元/年) 19833
净盈利额度(元) 29419
从图2储能配置前后企业用电曲线对比可知，采用本发明中提及的储能配置方法以及充放电策略，可显著降低峰谷差用户高电价时的用电峰值，减少企业用户需量电费，并且通过削峰填谷方式降低企业电量电费的缴纳。
企业不需改变生产计划，生产过程中电量的不足由配置的储能电池补充，一个充放电周期中电池充放电情况见图2中电池荷电量变化曲线以及电池充放电功率曲线，本专利中所提及的充放电方法确保电池一天只进行一次充电循环延长了储能电池的使用寿命减少投资成本。相对于示例中企业用电量，表1输出结果中电池配置容量很小，因此一次性投资成本和年维护成本都在企业可接受范围之内，投资风险较小，且整个生命周期中该储能配置能为企业节约将近三万元的电费，配置的储能容量得到充分利用。
以上对本发明所提供的基于企业用户典型日负荷功率曲线的用户侧储能安装盈利预测方法进行了详细介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，根据本发明的思想，在实际实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.基于企业用户典型日负荷曲线的用户侧储能容量配置方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1、输入企业用户典型96点日负荷功率曲线，判断其是否具有削峰填谷空间；
步骤2、输入计算参数，估算储能配置前企业用户年度电费；
步骤3、确定企业最大可配置储能电池容量，确定计算精度，对所有储能配置情况进行遍历；对所有储能配置情况进行遍历的一次循环包括如下步骤：
3.1、读取储能配置前高峰电价时用户用电功率最大值Pmax；
3.2、确定本次循环的需量管理目标功率P；
3.3、计算提供相应功率支持时所需电池容量V1=（Pmax-P）/ K1， K1是蓄电池功率和容量比；
3.4、计算提供相应需量管理电量支持时所需电池容量V2＝(Prel-P)×t，Prel为需量管理时间内用户实际用电功率，t为需量管理时间；
3.5、取V1、V2中较大的值作为本次计算需量管理所需电池容量V；
3.6、判断容量V是否等于V1，若是则蓄电池在其余非需量管理的高峰电价时段恒功率放电，若否则电池在非需量管理时间不放电；
3.7、制定储能的充放电策略，修改用户负荷曲线并计算储能配置后企业用户月度电费；
步骤4、在所有储能配置情况中找到经济最优配置。
2.根据权利要求1所述的基于企业用户典型日负荷曲线的用户侧储能容量配置方法，其特征在于：步骤2中所述计算参数包括：变压器容量、容量基本电费、需量基本电费、高峰电价、低谷电价、平段电价以及各电价所对应的计费时间段市场电价信息；蓄电池功率和容量比、充放电深度、考虑老化的蓄电池容量系数、充放电效率、设计充放电次数储能电池物理约束；企业一次性投资预算、蓄电池购买费用、辅助设施建设费用、变流器投资费用、设备年维护费用、折旧系数、贴现率投资经济成本约束。
3.根据权利要求1所述的基于企业用户典型日负荷曲线的用户侧储能容量配置方法，其特征在于：步骤3所述确定企业最大可配置储能电池容量具体包括：若设定一次性投资预算，则按照经济成本计算最大可配置储能电池容量；若未设定一次性投资预算，则按照高峰电价时的最大用电量或最大用电功率确定最大可配置储能电池容量。
4.根据权利要求3所述的基于企业用户典型日负荷曲线的用户侧储能容量配置方法，其特征在于：步骤3.7中储能的充放电策略按时间不同分为三种场景：
a、需量管理时间：电池放电，弥补因需量管理导致的用户所需功率缺额；
b、高峰电价无需需量管理时间：电池恒功率放电，根据削峰填谷放电功率Psp确定电池放电功率；
c、低谷电价时间：电池恒功率充电。
5.根据权利要求1所述的基于企业用户典型日负荷曲线的用户侧储能容量配置方法，其特征在于，步骤4中，所述在所有储能配置情况中找到经济最优配置，具体包括遍历所有储能配置方案的一次性投资预算、年化投资以及使用寿命内收益情况，找出储能配置方案中净收益最大者即为储能的经济最优配置方案；得到储能经济最优配置后，计算所述经济最优配置是否盈利，并输出结果。
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