CN110048414A - 一种虚拟电厂互动资源补贴定价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种虚拟电厂互动资源补贴定价方法，包括如下步骤：S1、在需要需求侧响应时，确定系统负荷需求量、虚拟电厂当前时段可以参与需求响应的负荷类型以及每一负荷类型的参与量；S2、分别计算每一负荷类型的负荷参与需求响应的边际成本；S3、根据所述边际成本确定每一负荷类型的负荷参与需求响应的优先级；S4、根据所述系统负荷需求量、每一负荷类型的参与量以及每一类型的负荷参与需求响应的优先级确定补贴价格。本发明能够实现电力资源的合理分配，并确保补偿费用在各用户之间实现公平合理分摊，保障系统备用需求的同时实现补偿成本最小化。

Description

一种虚拟电厂互动资源补贴定价方法

技术领域

本发明涉及负荷管理技术领域，尤其涉及一种虚拟电厂互动资源补贴定价方法。

背景技术

集合多种绿色能源，实现与电网供需的双向互动的虚拟电厂模式是电力需求侧管理的一种，相比需求侧管理，虚拟电厂特点在于一是增加供给，实现潮流的双向流动，二是实现自动负荷控制，无需用户切断电源，在不停电情况下调整负荷达到需求侧管理的要求。

目前实行电力需求侧管理的主要手段是可中控负荷管理，而调整负荷管理主要是通过电力部门和用户之间签订负荷调整合同，利用电价激励机制，要求用户按照合同的规定消减或者调整负荷，用户按合同中规定的可中断电价获得相应补偿。现有的调整负荷定价模型主要分为2类：

现有方案的不足：1)补贴价格预设，不准确；单位功率补贴价格值采用预先设定的方式，根据以往的历史补贴价格进行确定，需求侧响应成本直接通过响应功率的二次函数进行测算，其中部分参数还是根据用户参与需求侧响应项目的历史数据进行估计获得。总的来说，该种方案需要对影响用户的负荷特性、中断能力、停电损失等因素做大量的统计调查和数据分析，考虑到参与者的多样性和信息的获取难度，实际操作中必然会面临各种问题，因此结果的准确性难移得到保障，2)未区分用户类型，未考虑不同用户的成本差异；未根据用户的用电特征户对用户群体进行划分，未对不同用户群体进行参与需求侧响应的潜力分析，未根据用户群体间的差异单独设定其成本函数。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种虚拟电厂电厂互动资源补贴定价方法，以解决现有技术中补贴价格预设并且不准确，同时未区分用户类型、未考虑不同用户的成本差异的缺点。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种虚拟电厂互动资源补贴定价方法，该方法包括如下步骤：

S1、在需要需求侧响应时，确定系统负荷需求量、虚拟电厂当前时段可以参与需求响应的负荷类型以及每一负荷类型的参与量；

S2、分别计算每一负荷类型的负荷参与需求响应的边际成本；

S3、根据所述边际成本确定每一负荷类型的负荷参与需求响应的优先级；

S4、根据所述系统负荷需求量、每一负荷类型的参与量以及每一类型的负荷参与需求响应的优先级确定补贴价格。

其中，所述虚拟电厂中参与负荷相应的负荷包括：

用户柔性负荷、电动汽车充电负荷、电动汽车放电负荷以及独立运行的储能电站的放电负荷。

其中，所述步骤S2具体包括，采用下式计算用户柔性负荷参与负荷调整的边际成本：

其中，C₁表示用户柔性负荷参与需求响应的边际成本，ΔQ1为单个用户参与需求响应的调整量，N为所述单个用户所属的行业的增加值，G为单个用户所属行业的全年电量消耗，Q_i0为单个用户的初始用电量。

其中，所述步骤S2具体包括，采用下式计算电动汽车充电负荷的边际成本：

其中，C₂表示电动汽车充电负荷参与需求响应的边际成本，T表示充电桩在一天内实际使用的时长，S_C表示电动汽车充电服务费，ΔQ1为单个电动汽车参与需求响应的调整量。

其中，所述步骤S2具体包括，采用下式计算电动汽车放负荷的边际成本：

其中，C₃表示电动汽车放电负荷成本，k为系数，T表示充电桩在一天时间内使用的时长，S_C表示电动汽车充电服务费，P_L表示充电价格，P_B表示电池成本，N_B表示电池循环次数，E_C表示电池充放电效率，ΔQ3为单个电动汽车参与需求响应的调整量。

其中，所述步骤S2具体包括，采用下式计算独立储能电站的放电负荷的边际成本：

其中，C₄表示独立储能电站的放电负荷参与需求响应的边际成本，N_F表示独立储能电站平均每天参与调频的次数，P_F1表示调频里程补偿价格，T_F表示每次调频的平均时长，P_F2表示调频容量补偿价格，P_B表示储能电池成本，N_B表示储能电池循环次数，表示储能电池增加一次循环带来的损耗，ΔQ4为单个独立储能电站参与需求响应的调整量。

其中，所述步骤S3具体包括：

若一种负荷类型的负荷参与需求响应的边际成本越低，则该种类负荷参与需求响应的优先级越高。

其中，所述步骤S4具体包括：

根据参与需求响应的负荷总量等于系统需求响应量的原则，依次使优先级从高到底的负荷参与需求响应，计算当参与负荷相应的总负荷量等于系统需求时，根据每一负荷类型的边际成本计算所有参与需求响应的总负荷量对应的最小成本，所述最小成本为补贴价格。

其中，所述根据每一负荷类型的边际成本计算所有参与需求响应的总负荷量对应的最小成本具体包括：

minC＝min(C₁ΔQ₁+C₂ΔQ₂+C₃ΔQ₃+ΔC₄ΔQ₄)

其中，C₁表示用户柔性负荷参与需求响应的边际成本，C₂表示电动汽车充电负荷参与需求响应的边际成本，C₃表示电动汽车放电负荷成本，C₄表示独立储能电站的放电负荷参与需求响应的边际成本，ΔQ₁为柔性负荷参与需求响应的总量，ΔQ₂为电动汽车充电负荷参与需求响应的总量，ΔQ₃为电动汽车放电负荷参与需求响应的总量，ΔQ₄为独立储能电站的放电负荷参与需求响应的总量。

本发明实施例的有益效果在于：本发明通过在需要需求侧进行负荷需求响应时，确定参与需求响应的负荷类型以及每一类型的负荷的数量，并计算每一类型负荷参与需求响应的边界成本，基于边界成本对每一类型的负荷进行需求响应的优先级排序，并基于参与需求响应的负荷与需求负荷相等的原则计算各响应负荷的最小成本，该最小成本为补贴价格。本发明能够实现电力资源的合理分配，并确保补偿费用在各用户之间实现公平合理分摊，保障系统备用需求的同时实现补偿成本最小化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种虚拟电厂互动资源补贴定价方法的流程示意图。

图2是本发明实施例的一种虚拟电厂互动资源补贴定价方法的柔性负荷边际成本计算的示意图。

图3是本发明实施例的一种虚拟电厂互动资源补贴定价方法补贴价格示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。

以下参照图1进行说明，本发明实施例一提供一种虚拟电厂互动资源补贴定价方法，该方法包括如下步骤：

S1、在需要需求侧响应时，确定系统负荷需求量、虚拟电厂当前时段可以参与需求响应的负荷类型以及每一负荷类型的参与量。

考虑到各类资源参与需求侧响应市场的潜力，虚拟电厂中参与负荷相应的负荷中包括用户柔性负荷、电动汽车充电电荷、电动汽车放电电荷、独立运行的发电站的放电电荷。其中，用户柔性负荷包括用户侧储能电荷和用户侧分布式电源放电电荷。

其中，主要以工业用户、一般工商业用户以及商业楼宇等用户的中央空调系统、照明设备等可优先关闭的次要负荷为主。这类柔性负荷能够做到对供电侧响应灵敏，而对用户侧惯性迟钝，是电力部门实施需求侧响应的理想调度资源。对这类负荷采取直接负荷管理的方式，即当满足预先设定的系统条件时(如系统备用容量减少时)，他们的空调、照明等使用行为可为系统运营商或项目发起实体以远程方式控制。这类用户根据其高峰时段消减的负荷量，按照固定的价格获得相应补偿。

其中电化学储能作为一种高性能的需求侧响应资源，可实时调整充放电功率及充放电状态，建设在电网侧可具备2倍于自身装机容量的调峰能力。

用户侧分布式电源：这类项目如果接受虚拟电厂调度参与需求侧响应，必然需减少其发电量的自用比例，因此对这部分负荷消减进行补偿的方式完全等同于用户柔性负荷，同样可按照用户在参与需求侧响应前后高峰期削减的负荷量进行补偿。

其中，电动汽车充电负荷节省指对电动汽车充电侧实施需求侧响应采取直接负荷控制的方式，即系统运营商在用电高峰时段以远程方式直接限制充电桩的充电负荷，这类电动汽车用户根据其高峰时段消减的充电负荷量，按照固定的价格获得相应补偿。

其中，电动汽车放电负荷指电动汽车的车用电池电网负荷高峰可作为分布式的储能元件，将电池中的电能输送回电网，为电网提供容量支持，这类电动汽车用户根据其为电网提供的放电负荷获得相应补贴。

其中，独立运行的储能电站指可集成为虚拟电厂为电网提供需求侧响应调峰服务，对独立接受虚拟电厂调度参与需求侧响应的储能项目按其为电网提供的放电负荷给予相应补贴。

S2、分别计算每一负荷类型的负荷参与调整的边际成本。

(1)用户柔性负荷边际成本计算

在计算用户柔性负荷的边际成本时，主要是通过计算停电给用户造成的经济损失来衡量用户柔性负荷参与需求侧响应的成本。对于这部分经济损失，主要是用基于投入产出法的电力经济价值对每度电进行生产活动所创造的价值进行评估，从而用增加值实现切负荷机会成本的货币量化。

参照图2所示，首先，假设某一个行业的单个用户初始负荷为Q₀，调整负荷为ΔQ1，造成的经济损失也就是失负荷价值V_L(ΔQ)为面积S_cde，这部分消费者剩余，这部分同样也是电网公司需要赔偿的部分。

其次，假设部门增加值N等于部门总的消费者剩余，部门的全年电力消耗为G，所以部门单位电量对增加值的贡献为N/G，用电力经济价值V_L表示，我们这里假设部门内所有用户具有相同的电力经济价值V_L＝N/G元。

考虑到用户用电量为Q_i0时获得的电力经济价值为从上图可以看出切除负荷ΔQ1带来的经济损失比例为单个用户的失负荷价值V_L(ΔQ)通过部门增加值用货币量化为：

因此，从上式可得用户失负荷的平均价值也即用户柔性负荷参与需求侧响应的边际成本为：

其中，C₁表示用户柔性负荷参与需求响应的边际成本，ΔQ1表示用户参与负荷响应的调整年，Q_i0表示用户初始用电负荷，N表示用户所属的行业总的消费即剩余即部门增加值，G为用户所属行业的全年电力消耗。

(2)电动汽车类负荷的边际成本

电动汽车充电负荷：要实现电动汽车高峰时段充电负荷的消减，实际上可通过直接控制充电桩负荷的方式实现，这种方式下充电桩的售电服务费即为消减充电桩负荷的机会成本，因此电动汽车消减充电负荷参与需求侧响应的成本可直接参考充电桩消减负荷的收益损失：

其中，C₂电动汽车充电负荷参与响应的边际成本，T表示充电桩在一天24h的时间内实际使用小时数，S_C表示电动汽车充电服务费，ΔQ2表示单个电动汽车参与需求响应的调整量。

C₃示电动汽车放电负荷参与需求响应的边际成本，S_C表示电动汽车充电服务费， P表示充电价格，S_C+P_L即为电池充电成本，P_B表示电池成本，N_B表示电池循环次数，表示电池增加一次循环带来的损耗，为占用充电桩资源给其带来的服务费减少，E_C表示电池充放电效率，系数k为常数，用来衡量户会失去用于驾驶汽车出行的带来的效用损失，其取值需通过调研确定,ΔQ3为单个电动汽车参与需求响应的调整量。

独立运行的储能电站：根据现阶段辅助服务市场的情况，独立储能电站主要的盈利模式为提供调频辅助服务，目前储能参与AGC调频能够获得的收益主要包括调频里程补偿以及调频容量补偿。因此，这类储能在用电高峰段接受虚拟电厂调度参与需求侧响应调峰的成本即为这段时期内减少的调频收益以及因参与需求侧响应调峰增加的电池损耗成本：

其中，C₄动独立运行的储能电站参与需求响应的边际成本，N_F表示储能平均每天参与调频的次数，P_F1表示调频里程补偿价格，T_F表示每次调频的平均时长，P_F2表示调频容量补偿价格，考虑储能参与1小时需求侧响应调峰需要额外占用一个1小时进行充电，这段时间储能无法参与调峰市场，因此需对这段时间的损失进行补偿，所以乘以系数2。此外，P_B表示储能电池成本，N_B表示储能电池循环次数，表示储能电池增加一次循环带来的损耗，ΔQ4单个电动汽车参与需求响应的调整量。

S3、根据所述边际成本确定每一负荷类型的负荷参与需求响应的优先级；

具体地，边际成本越小的种类负荷优先级越高，边际成本越大的种类负荷优先级越后。

S4、根据所述系统负荷需求量、每一负荷类型的参与量以及每一类型的负荷参与需求响应的优先级确定补贴价格。

根据资源的优先级的从高到低的顺序依次使用所述资源，根据响应需求量等于系统总需求量的原则，确定对应需求量的响应负荷的边际成本的最小值，该最小值即为补贴价格，

minC＝min(C₁ΔQ₁+C₂ΔQ₂+C₃ΔQ₃+ΔC₄ΔQ₄)

其中，C₁表示用户柔性负荷参与需求响应的边际成本，C₂表示电动汽车充电负荷参与需求响应的边际成本，C₃表示电动汽车放电负荷成本，C₄表示独立储能电站的放电负荷参与需求响应的边际成本，ΔQ₁为柔性负荷参与需求响应的总量，ΔQ₂为电动汽车充电负荷参与需求响应的总量，ΔQ₃为电动汽车放电负荷参与需求响应的总量，ΔQ₄为独立储能电站的放电负荷参与需求响应的总量。

此外，所有用户中断容量的总和需满足系统备用要求：

st.ΔQ₁+ΔQ₂+ΔQ₃+ΔQ₄＝ΔQ_总

且用户需要保留其重要负荷：

stΔQ_min≤ΔQ_i≤ΔQ_max

其中，i＝1,2,3,4,ΔQ_i表示用户参与需求侧响应调峰的负荷，ΔQ_min表示电网公司规定的用户参与需求侧响应必须满足的最低消减负荷，ΔQ_max表示用户在保证其重要负荷(进一步消减负荷带来的损失远大于电网公司的补贴)的情况下能消减的最大负荷。

以深圳某园区项目为例，其中可纳入虚拟电厂调度范围参与需求侧响应的负荷主要含园区空调照明等柔性负荷、充电桩负荷、分布式储能电站以及电动汽车放电负荷等四类。其中用户充电桩负荷为5MW，全部负荷均可参与需求侧响应；储能站的负荷10MW，同样全部可接受虚拟电厂调度参与需求侧响应调峰；电动汽车放电负荷为10MW，其中仅1MW负荷能够在高峰段入网放电；园区总的用电负荷为40MW，其中能够参与需求侧响应的空调、照明等用户柔性负荷为4MW。

用户柔性负荷方面，考虑到该园区用户的特性，我们在计算园区用户柔性负荷的电力经济价值时参照某市金融、房地产、商务及居民服务业部门的数据，即取值64.45元/kWh。考虑到用户柔性负荷的可中断量为一条向上倾斜的曲线，即电网公司的补偿价格随着用户切负荷量的增加而上升，当用户切负荷量为1MW (2.5％)时，用户单位小时要求的补偿价格为1.61元/kW，当用户切负荷量为 4MW(10％)时，用户单位小时要求的补偿价格为6.45元/kW。

2017年某市市各部门电力经济价值

而对于充电桩、储能、电动汽车放电等负荷来说，其参与需求侧响应负荷的供给成本为固定的常数，因此其供给曲线均为水平直线，仅供给价格和供给数量存在差异。具体来说，充电桩高峰段消减负荷的成本为0.2元/kW，储能参与需求侧响应的补贴成本为0.4元/kW，电动汽车入网放电的补贴成本为5.32 元/kW。

园区负荷参与需求侧响应的成本

综上，我们可以得到整个园区可中断负荷的供给曲线。从图3可以看出，当园区高峰时段总的中断负荷需求为20MW时，用户进行需求侧响应切负荷1小时能获得的补偿价格均为6.445元/kW，电网公司支付总的赔偿费用为12.89万元。其中用户柔性负荷消减4MW，总共获得补偿2.58万元；储能消减10MW，获得补偿6.45万元；电动汽车充电负荷消减5MW，获得补偿3.22万元；电动汽车放电负荷消减1MW，获得补偿0.64万元。

本发明通过在需要需求侧进行负荷需求响应时，确定参与需求响应的负荷类型以及每一类型的负荷的数量，并计算每一类型负荷参与需求响应的边界成本，基于边界成本对每一类型的负荷进行需求响应的优先级排序，并基于参与需求响应的负荷与需求负荷相等的原则计算各响应负荷的最小成本，该最小成本为补贴价格。本发明能够实现电力资源的合理分配，并确保补偿费用在各用户之间实现公平合理分摊，保障系统备用需求的同时实现补偿成本最小化。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种虚拟电厂互动资源补贴定价方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在需要需求侧响应时，确定系统负荷需求量、虚拟电厂当前时段可以参与需求响应的负荷类型以及每一负荷类型的参与量；

S2、分别计算每一负荷类型的负荷参与需求响应的边际成本；

S3、根据所述边际成本确定每一负荷类型的负荷参与需求响应的优先级；

S4、根据所述系统负荷需求量、每一负荷类型的参与量以及每一类型的负荷参与需求响应的优先级确定补贴价格。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述虚拟电厂中参与负荷相应的负荷包括：

用户柔性负荷、电动汽车充电负荷、电动汽车放电负荷以及独立运行的储能电站的放电负荷。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括，采用下式计算用户柔性负荷参与负荷调整的边际成本：

其中，C₁表示用户柔性负荷参与需求响应的边际成本，ΔQ1为单个用户参与需求响应的调整量，N为所述单个用户所属的行业的增加值，G为单个用户所属行业的全年电量消耗，Q_i0为单个用户的初始用电量。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括，采用下式计算电动汽车充电负荷的边际成本：

其中，C₂表示电动汽车充电负荷参与需求响应的边际成本，T表示充电桩在一天内实际使用的时长，S_c表示电动汽车充电服务费，ΔQ1为单个电动汽车参与需求响应的调整量。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括，采用下式计算电动汽车放负荷的边际成本：

其中，C₃表示电动汽车放电负荷成本，k为系数，T表示充电桩在一天时间内使用的时长，S_c表示电动汽车充电服务费，P_L表示充电价格，P_B表示电池成本，N_B表示电池循环次数，E_C表示电池充放电效率，ΔQ3为单个电动汽车参与需求响应的调整量。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括，采用下式计算独立运行的储能电站的放电负荷的边际成本：

其中，C₄表示独立运行的储能电站的放电负荷参与需求响应的边际成本，N_F表示独立运行的储能电站平均每天参与调频的次数，P_F1表示调频里程补偿价格，T_F表示每次调频的平均时长，P_F2表示调频容量补偿价格，P_R表示储能电池成本，N_R表示储能电池循环次数，表示储能电池增加一次循环带来的损耗，ΔQ4为单个独立储能电站参与需求响应的调整量。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

若一种负荷类型的负荷参与需求响应的边际成本越低，则该种类负荷参与需求响应的优先级越高。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

根据参与需求响应的负荷总量等于系统需求响应量的原则，依次使优先级从高到底的负荷参与需求响应，计算当参与负荷响应的总负荷量等于系统需求时，确定最低补偿价格，根据每一负荷类型的参与量计算所有参与需求响应的总负荷量对应的最小成本。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据每一负荷类型的边际成本计算所有参与需求响应的总负荷量对应的最小成本具体包括：

min C＝min(C₁ΔQ₁+C₂ΔQ₂+C₃ΔQ₃+ΔC₄ΔQ₄)

其中，C₁表示用户柔性负荷参与需求响应的边际成本，C₂表示电动汽车充电负荷参与需求响应的边际成本，C₃表示电动汽车放电负荷成本，C₄表示独立储能电站的放电负荷参与需求响应的边际成本，ΔQ₁为柔性负荷参与需求响应的总量，ΔQ₂为电动汽车充电负荷参与需求响应的总量，ΔQ₃为电动汽车放电负荷参与需求响应的总量，ΔQ₄为独立储能电站的放电负荷参与需求响应的总量。