CN111523708B - 一种基于价格型需求响应的能量优化管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力能源优化领域，具体为一种基于价格型需求响应的能量优化管理方法，包括用电侧管理方法：S1、确定负荷调节范围；S2、开始接收DR事件通知；S3、判定DR事件所属类别；S4、根据DR事件所属类别进行调节；S6、确定响应并分配；还包括供电侧管理方法：a.确定供电来源，包括电网、光伏、储能设备；b.判断用电时间段是否为谷时段，并不同供电来源的用电次序进行优先级排列：c.谷时段电能存储。本发明的有益效果是，通过价格或激励信号刺激用户改变其正常电力消费行为，从而优化资源配置、削峰填谷、促进可再生能源消费。
Description
技术领域
本发明涉及电力能源优化领域，特别是一种基于价格型需求响应的能量优化管理方法。
背景技术
需求响应(Demand Response，简称DR)即电力需求响应的简称，是指当电力批发市场价格升高或系统可靠性受威胁时，电力用户接收到供电方发出的诱导性减少负荷的直接补偿通知或者电力价格上升信号后，改变其固有的习惯用电模式，达到减少或者推移某时段的用电负荷而响应电力供应，从而保障电网稳定，并抑制电价上升的短期行为。
电网的构成主要由供电侧和用电侧构成，供电侧主要用于产生电能或存储电能以供给用电侧的用户使用。但是上述理论过于理论化，对于实际的生产需要，没有切实可行的方案，尤其对于温控调节和电动汽车充电等领域，急需一种具体可实施性强的方案。
发明内容
本发明的目的是为了解决当前需求响应只有理论基础，缺乏具体可实施方案的现状，设计了一种基于价格型需求响应的能量优化管理方法。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种基于价格型需求响应的能量优化管理方法，包括用电侧和供电侧的用电管理方法，
其中用电侧管理方法包括以下步骤：
S1、确定负荷调节范围，预先设定用户所能接受的时间和功率极限值；
S2、开始接收DR事件通知，读取事件所需的时间和功率数值；
S3、判定DR事件所属类别，确定DR事件在时间和功率上的可调性；
S4、根据DR事件所属类别进行调节，调节方式包括改变其起始时间、持续时间、功率大小；
S6、确定响应并分配，资源的分配原则是在满足用户所能接受的范围内，减低功耗，平移或减少时耗，从而实现用电费用的减低；
其中供电侧管理方法包括以下步骤：
a.确定供电来源及其特性，包括：
电网，功率和时间无上限，需消费购买；
光伏，功率受限，无需消费购买；
储能设备，功率和时间受限，无需消费购买；
b.判断用电时间段是否为谷时段，并根据判断结果将电网、光伏和储能设备的用电次序进行优先级排列：
若用电时间段为谷时段，优先级由高到低依次，光伏、电网；
若用电时间段为峰、平时段，优先级由高到低依次，光伏、储能设备、电网；
c.谷时段电能存储，利用谷时段电费低的特性，将储能设备充满电，用于非谷时段的用电需要。
用户所能接受的时间极限为tdr-con，功率极限为pdr-min、pdr-max，DR事件的开始时段号(Ndr)、最大/小响应功率(Pdr-max/Pdr-min)、持续时间Tdr-con，DR事件持续时段内所需功率值P1；
所述DR事件所属类别包括以下三种：
1)刚性负荷：不可改变设备工作状态的不可调节负荷，不可用于DR事件；
2)可平移负荷：可改变工作时间但不可改变其工作状态的设备，可用于DR事件；
3)柔性负荷：通过改变设备参数进而改变工作状态与能耗的设备，可用于DR事件；
其中，DR事件为刚性负荷时，该事件不可调节；DR事件为可平移负荷时，该事件可调节；DR事件为柔性负荷时，该事件可调节。
然后进行具体的判定，从而对DR事件的类型进行确定，从而便于选择调节的具体方式，其判定方法为，判定“Tdr-con<tdr-con”与“P1>Pdr-min”是否成立，若不成立，说明其为刚性负荷；
否则，再判定“0<可平移负荷<Pdr-max？”，若成立，则判定其为可平移负荷；
否则，继续判定“0<柔性负荷<Pdr-max？，若成立，则判定其为柔性负荷；
否则，不适用本方法进行调节。
用户侧管理方法中，确定响应并分配的方法是利用电费在谷时段廉价，峰时段高昂的特性，将DR事件的持续时间和功率减少，并将其所在的时间段推离峰时段。
用户侧管理方法中，确定响应并分配的目的是实现用户侧的电费花销最低，若分配之后的费用比分配前高，则该分配失效。
其有益效果在于，通过价格或激励信号刺激用户改变其正常电力消费行为，从而优化资源配置、削峰填谷、促进可再生能源消费。从而实现分布式能源的最大消纳和用能结构的最优调整，并和电网进行友好交互以优化资源配置。
附图说明
图1是本发明所述控制方法简要示意图；
图2是本发明所述DR事件供电来源示意图；
图3是本发明所述用电侧管理具体实施方法流程图；
图4是本发明所述供电侧管理具体实施方法流程图；
具体实施方式
如图1所示，本发明的核心是将商业综合体供电侧的所有供电设备、储能设备和用能设备接入智能管理系统，通过监管商业综合体能量的使用过程，从而降低商业综合体能耗并提高用户的舒适度。
由于针对不同的用电侧设备(包括图2所示设备)，其工作状态和负荷调节均有不同的特性，为了实现综合电力调控的同时不破坏其工作状态，首先要对用电负荷进行分类：
1)刚性负荷：不可改变设备工作状态的不可调节负荷，不可用于DR事件。商业综合体中这类设备主要为计算机房设备、应急照明、消防设备。
2)可平移负荷(不可中断负荷)：可改变工作时间但不可改变其工作状态的设备，可用于DR事件。主要有部分照明设备。
3)柔性负荷(可中断负荷)：通过改变设备参数进而改变工作状态与能耗的设备，可用于DR事件。主要有组合空调、热泵、循环泵、部分照明设备。
结合附图1-4所示，对于温控调节和电动汽车充电的用电管理，其供电来源有外部电网，分布式光伏，储能设备与充电桩，通过提前了解用户的需求，然后在该需求范围内，将用电时间尽量推离用电峰值，同时降低其用电负荷，从而实现净用电成本最低的目的，为了说明其具体调节方式，下面以室温调节为例，结合附图3，说明其操作方式具体包括以下步骤：
S1、确定负荷调节范围。预先设定用户所能接受的功率极限pdr-min、pdr-max(这里采用温度极限Tdr-min、Tdr-max)；持续时间极限tdr-con，该范围值即为温控负荷调节的范围，若负荷调节后脱离该范围，即无法达到用户的要求，则该调节失效；
S2、开始接收DR事件通知。读取DR事件信息，包括：开始时段号(Ndr)、最大/小响应功率(Pdr-max/Pdr-min)、持续时间Tdr-con，确定负荷再分配区间；
S3、确定调节可行性(判定是否为刚性负荷)。判定“持续时间Tdr-con<持续时间极限tdr-con”与“DR事件持续时段内：P1>Pdr-min”是否成立，若成立，说明负荷在用户要求范围内可调节，否则，说明其为刚性负荷，无论如何调节也无法达到用户要求，即无法进行负荷调节，则该DR事件结束，不再响应。
S4、负荷判定并调节(进一步判定是否为可平移负荷)。若上一判定成立，负荷为可以调节的非刚性负荷，即可能为可平移负荷，也可能为柔性负荷，因此要进一步判定“0<可平移负荷<Pdr-max？”，若上式成立，则判定其为可平移负荷，然后判定“DR事件响应容量>Pdrmin？”，若成立，则最后判定“电费是否比调节前要低”，也成立，将该负荷平移到其他时间段(非DR事件时间段，即远离高峰--用电相对宽裕的时间)，从而避免多负荷时间重叠，用电高峰费用高的问题，上两式若不成立，则说明其不适合用可平移负荷调节方式进行，进入下一步。
S5、负荷再判定并调节(再一步判定是否为柔性负荷)。若上一判定不成立，则其可能为柔性负荷，但仍不确定，需要进一步判定“0<柔性负荷<Pdr-max？”，若成立，则确定其为柔性负荷，建立柔性负荷再分配调度模型，对柔性负荷进行二次分配，并计算各时段内的数值(这里为了便于后续表述，假定柔性负荷事件为室温调节，该数值定为室温值)。
S6、确定响应并分配。进一步比较“Tdrmin<室温值<Tdrmax？”和“DR事件响应容量>Pdrmin？”和“响应DR事件后的电费<不响应DR事件后的电费？”，这三式中若有一条不成立，则说明该负荷调节后会在温度、功率或费用上出现不能满足实际要求的问题，即不符合用户的温控要求，则此次DR事件不再响应，反之，若三式全部成立，则说明该事件可以在满足用户温控要求的前提下降低费用花费，则系统响应此次DR事件，并确定各时段内新的负荷分布情况。
上述的调节方式简单说就是，预设用户的电力需求(用电时间、用电功率、用电花销)，然后在用电事件发生后，判定用电事件的类别，并尝试改变其功率区间或时间区间，最终达到降低电费的目的，其控制目标是为了实现净用电成本最低，然后通过DR事件进行约束，从而当DR事件发生时基于实时电价得到最优的用电方案。
电能的使用需要同时具有供电侧和用电侧，而上面是针对用电侧的管理方法，下面将结合附图4说明包含充电桩的供电侧的管理方式。
a.先判断电动汽车是否要通过充电桩充电，若否，则电动汽车不计入总负荷；若是，则电动汽车负荷计入总负荷，再确定充电桩内的剩余电量能否满足当前电动汽车的充电需要，若能满足，直接转到b，若充电桩电量不足，则将充电桩作为储能设备后转b。
b.判断用电时间段是否为谷时段，若否，则说明电价较高，应优先使用光伏电力，余电对储能充电，光伏供电不足时优先使用储能电量，再考虑电网购电，如步骤c；若是，说明当前电费廉价，用电负荷优先使用光伏电力，余电上网，供电不足时直接从电网购电，同时判断储能剩余电量，从电网购电，将储能设备充满或直至谷时结束，如步骤d。
c.当前用电时间段为非谷时段，此时判断“光伏出力>总负荷？”，若是，说明光伏电力充足，则综合体所有用电负荷，由光伏供电，并将多余电能用于储能设备充电，剩余电量上网；若上式判定为否，说明光伏电力不足以满足综合体所有用电负荷需求，此时将光伏电力完全供于用电负荷，供电不足部分由储能设备放电补充，仍不足部分从电网购电。
d.当前用电时间段为谷时段，此时判断“光伏出力>总负荷？”，若是，说明光伏电力充足，则综合体所有用电负荷，由光伏供电，并将多余电量上网；若上式判定为否，说明光伏电力不足以满足综合体所有用电负荷需求，此时将光伏电力完全供于用电负荷，供电不足部分直接从电网购电，同时判断储能设备剩余电量，利用谷时段低电价对储能设备充电，直至储能设备充满，或者谷时结束终止充电。
上面是供电侧的管理方法，当用电设备包含电动汽车时，先判断充电桩的工作状态，再考虑是否将充电桩看作储能设备，有储能设备、光伏电力和电网三种选择，三者均能对其供电，考虑到光伏电力属于无花费的资源，所以在充电时优先采用光伏供电，并基于是否为电力谷时段，考虑次用储能设备还是电网，从而实现综合体用能花费的最优选择，其控制目标为净用电成本最低，然后通过各时段内电能供需平衡，实现储能系统和充电桩最优的充放电计划。
至此，已经将用电侧和供电侧的用电配置方法说明了，通过两者的综合调控，能够优化从供电上游至用电下游的电能结构，从而优化资源配置、削峰填谷、促进可再生资源能源消费，通过该需求响应的能量优化方法，实现分布式能源的最大消纳和用能结构的最后调整，与电网进行友好交互以优化资源配置的同时降低了用户的用电花销。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于价格型需求响应的能量优化管理方法，其特征在于，包括用电侧和供电侧的用电管理方法，
其中用电侧管理方法包括以下步骤：
S1、确定负荷调节范围，预先设定用户所能接受的时间和功率极限值；
S2、开始接收DR事件通知，读取事件所需的时间和功率数值；
S3、判定DR事件所属类别，确定DR事件在时间和功率上的可调性；
S4、根据DR事件所属类别进行调节，调节方式包括改变其起始时间、持续时间、功率大小；
S6、确定响应并分配，资源的分配原则是在满足用户所能接受的范围内，减低功耗，平移或减少时耗，从而实现用电费用的减低；
其中供电侧管理方法包括以下步骤：
a.确定供电来源及其特性，包括：
电网，功率和时间无上限，需消费购买；
光伏，功率受限，无需消费购买；
储能设备，功率和时间受限，无需消费购买；
b.判断用电时间段是否为谷时段，并根据判断结果将电网、光伏和储能设备的用电次序进行优先级排列：
若用电时间段为谷时段，优先级由高到低依次，光伏、电网；
若用电时间段为峰、平时段，优先级由高到低依次，光伏、储能设备、电网；
c.谷时段电能存储，利用谷时段电费低的特性，将储能设备充满电，用于非谷时段的用电需要；
用户所能接受的时间极限为tdr-con，功率极限为pdr-min、pdr-max，DR事件的开始时段号(Ndr)、最大/小响应功率(Pdr-max/Pdr-min)、持续时间Tdr-con，DR事件持续时段内所需功率值P1；
所述DR事件所属类别包括以下三种：
1)刚性负荷：不可改变设备工作状态的不可调节负荷，不可用于DR事件；
2)可平移负荷：可改变工作时间但不可改变其工作状态的设备，可用于DR事件；
3)柔性负荷：通过改变设备参数进而改变工作状态与能耗的设备，可用于DR事件；
其中，DR事件为刚性负荷时，该事件不可调节；DR事件为可平移负荷时，该事件可调节；DR事件为柔性负荷时，该事件可调节；
判定“Tdr-con<tdr-con”与“P1>Pdr-min”是否成立，若不成立，说明其为刚性负荷；
否则，再判定“0<可平移负荷<Pdr-max？”，若成立，则判定其为可平移负荷；
否则，继续判定“0<柔性负荷<Pdr-max？，若成立，则判定其为柔性负荷；
否则，不适用本方法进行调节。
2.根据权利要求1所述的一种基于价格型需求响应的能量优化管理方法，其特征在于，确定响应并分配的方法是利用电费在谷时段廉价，峰时段高昂的特性，将DR事件的持续时间和功率减少，并将其所在的时间段推离峰时段。
3.根据权利要求1所述的一种基于价格型需求响应的能量优化管理方法，其特征在于，确定响应并分配的目的是实现用户侧的电费花销最低，若分配之后的费用比分配前高，则该分配失效。
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