CN111555319A - 考虑储能和分布式发电的工业用户参与调峰需求响应方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了考虑储能和分布式发电的工业用户参与调峰需求响应方法。首先将参与调峰的工业用户分别储能工业用户、分布式发电工业用户与其他工业用户三种类型，统计其生产流程，量测工序运行启动时间及总负荷，根据各种类型工业用户的发电特征，以负荷与各工序稳态有功功率和之差最小为目标，建立优化模型求解各时刻工业用户各工序的有功功率；然后根据求解结果计算计算各时刻工业用户各工序的需求响应调峰能力；最后以需求响应调峰能力作为约束条件之一，以由工业用户组成的负荷聚合商参与调峰提供需求响应获益最大为目标，建立优化模型求解各调峰时段工业用户提供需求响应的容量。

Description

考虑储能和分布式发电的工业用户参与调峰需求响应方法

技术领域

本发明属于电力调度领域，特别涉及了考虑储能和分布式发电的工业用户参与调峰需求响应方法。

背景技术

随着我国电力体制的改革不断深化，电力交易的规模和范围增长十分迅速。越来越多的发电资源参与到市场竞争中来。需求响应资源是电力系统中一种多时间尺度的、灵活的资源。在长时间尺度下，需求响应资源能在负荷高峰时段通过激励、电价等手段转移负荷；而在较短的时间尺度下，需求响应资源又能对电力系统频率稳定提供支持。负荷聚合商聚合的工业用户具有一定的调峰能力。考虑不同类型发电资源的调峰能力，研究需求侧参与调峰的方法具有重要的理论意义和实践价值。

发明内容

发明目的：为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了考虑储能和分布式发电的工业用户参与调峰需求响应方法，考虑储能、分布式发电等工业用户的调峰能力，以负荷聚合商收益最大为目标，构建负荷聚合商参与调峰的优化模型。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：考虑储能和分布式发电的工业用户参与调峰需求响应方法，包括以下步骤：

(1)将参与调峰的工业用户分为储能工业用户、分布式发电工业用户与其他工业用户三种类型。统计各工业用户的生产流程，量测其工序运行时间、启动时间及各时刻总负荷稳态有功功率，根据各种类型工业用户的发电特征，以总负荷稳态有功功率与各工序稳态有功功率和之差最小为目标，建立优化模型求解各时刻工业用户各工序的实际稳态有功功率；

将参与调峰的工业用户分别储能工业用户、分布式发电工业用户与其他工业用户三种类型。对于参与调峰提供需求响应的各工业用户，统计其工业生产流程顺序、工序i所需运行时间T_i，工序i中设备的最早启动时间E_i以及最晚启动时间L_i，以及储能工业用户各时刻电池剩余电量要求的最小值

与最大值

分布式风力发电工业用户各时刻风速要求的最小值W_t ^min与最大值W_t ^max，分布式光伏发电工业用户各时刻光照强度要求的最小值

与最大值

量测工业生产过程中时刻t总负荷稳态有功功率P_L(t)、工序i中设备的实际启动时间t_io和实际关停时间t_ic，储能工业用户的电池剩余电量SOC_t、分布式风力发电工业用户的风速W_t、分布式光伏发电工业用户的光照强度I_t。建立该工业用户的基于实际生产流程的优化模型，求解该工业用户在时刻t工序i的稳态有功功率P_i(t)；

目标函数为时刻t总负荷稳态有功功率与各工序稳态有功功率和之差的最小值：

上式中，P_L(t)表示量测得到的时刻t总负荷稳态有功功率；n表示该工业用户工序总数；M_i(t)表示时刻t工序i是否运行的标志，M_i(t)＝1为时刻t工序i运行，M_i(t)＝0为时刻t工序i不运行；P_i(t)表示该工业用户在时刻t工序i的稳态有功功率；

其中，对于除了储能和分布式发电工业用户以外的其他工业用户，时刻t工序i的运行标志M_i(t)定义如下：

上式中，E_i和L_i分别表示工序i中设备的最早启动时间和最晚启动时间，T_i表示工序i所需运行时间，t_io和t_ic分别表示工序i中设备的实际启动时间和实际关停时间；

对于储能工业用户，时刻t工序i的运行标志M_i(t)定义如下：

上式中，

和SOC_t分别表示储能工业用户各时刻电池剩余电量要求的最小值、最大值与储能工业用户在时刻t的电池剩余电量。

同理，对于分布式风力发电工业用户和分布式光伏发电工业用户，时刻t工序i的运行标志M_i(t)定义如下：

上式中，W_t ^min、W_t ^max和W_t分别表示分布式风力发电工业用户各时刻风速要求的最小值、最大值与分布式风力发电工业用户在时刻t的风速。

和I_t分别表示分布式光伏发电工业用户各时刻光照强度要求的最小值、最大值与分布式光伏发电工业用户在时刻t的光照强度。

该模型的约束条件为：

P_i ^min≤P_i(t)≤P_i ^max

上式中，P_i ^min和P_i ^max分别表示该工业用户工序i的有功功率下限和上限。

(2)根据(1)中求解得到的各时刻工业用户各工序的实际稳态有功功率，计算各调峰时段工业用户各工序的需求响应调峰能力，即该用户各工序在该时段能够通过转移负荷来提供需求响应参与调峰的最大容量；

根据求解得到的工业用户在时刻t工序i的稳态有功功率P_i(t)，计算该工业用户在时刻t工序i的需求响应调峰能力

①若E_i＝L_i，则工序i的最早启动时间和最晚启动时间相等，不具备可转移负荷的调峰能力，

②若E_i<L_i，则工序i的最早启动时间和最晚启动时间不相等，具备可转移负荷的调峰能力，设工序i的转移时间为0≤Δt≤L_i-E_i，则工序i的Δt时段的调峰能力

(3)根据(2)中求得的各调峰时段工业用户各工序的需求响应调峰能力，计算该工业用户在各调峰时段的所有工序需求响应调峰能力之和，作为约束条件之一，以由各种类型工业用户组成的负荷聚合商参与调峰提供需求响应获益最大为目标，考虑各种类型工业用户的发电特征的约束条件，建立优化模型求解各调峰时段工业用户提供需求响应的容量。

根据(2)中求得的工业用户工序i在Δt时段的需求响应调峰能力

计算负荷聚合商中的工业用户j在Δt时段的需求响应调峰能力：

以此作为约束条件之一，建立优化模型，其目标函数为由各种类型的工业用户组成的负荷聚合商参与调峰经济效益的最大值：

上式中，f_GLA表示负荷聚合商参与调峰的收益；N表示负荷聚合商中各种类型工业用户总数；M表示调峰时间单元个数；

表示工业用户j的响应量，为正数；

表示工业用户j的响应报价，r,s均为正数，；a'_Δt,b'_Δt,c'_Δt表示Δt时段调峰成本系数。

该模型的约束条件如下：

①所有类型工业用户调峰能力约束

上式中，

表示工业用户j在Δt时段的调峰能力；

表示负荷聚合商在Δt时段的调峰能力；γ表示负荷聚合商的调峰意愿且0<γ<1。

②储能工业用户充放速率约束

如果在Δt时段，储能工业用户j处于充电状态，

并且满足充电效率约束：

0≤W_ch(Δt)η_ch≤P_eΔt

上式中，W_ch(Δt)表示储能单元Δt时段充电量，η_ch表示储能装置的充能效率，P_e表示储能装置的功率；

如果在Δt时段，储能工业用户j处于放电状态，

并且满足放电效率约束：

上式中，W_dis(Δt)表示储能单元Δt时段放电量，η_dis表示储能装置的放能效率。

求解该模型可以得到负荷聚合商中工业用户j在Δt时段提供需求响应调峰的容量

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：

本发明考虑负荷(工业用户)和储能单元的调峰能力，以负荷聚合商收益最大为目标，构建负荷聚合商参与调峰的优化模型。引导负荷聚合商参与调峰，有助于缓解系统调峰压力的同时，并且提升负荷聚合商的自身收益。

附图说明

图1是本发明的整体流程图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明设计了一种基于调峰能力的工业用户需求响应方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、将参与调峰的工业用户分别储能工业用户、分布式发电工业用户与其他工业用户三种类型。统计各工业用户的生产流程，量测其工序运行时间、启动时间及各时刻总负荷稳态有功功率，根据各种类型工业用户的发电特征，以总负荷稳态有功功率与各工序稳态有功功率和之差最小为目标，建立优化模型求解各时刻工业用户各工序的实际稳态有功功率；

将参与调峰的工业用户分别储能工业用户、分布式发电工业用户与其他工业用户三种类型。对于参与调峰提供需求响应的各工业用户，统计其工业生产流程顺序、工序i所需运行时间T_i，工序i中设备的最早启动时间E_i以及最晚启动时间L_i，以及储能工业用户各时刻电池剩余电量要求的最小值

与最大值

分布式风力发电工业用户各时刻风速要求的最小值W_t ^min与最大值W_t ^max，分布式光伏发电工业用户各时刻光照强度要求的最小值

与最大值

量测工业生产过程中时刻t总负荷稳态有功功率P_L(t)、工序i中设备的实际启动时间t_io和实际关停时间t_ic，储能工业用户的电池剩余电量SOC_t、分布式风力发电工业用户的风速W_t、分布式光伏发电工业用户的光照强度I_t。建立该工业用户的基于实际生产流程的优化模型，求解该工业用户在时刻t工序i的稳态有功功率P_i(t)；

目标函数为时刻t总负荷稳态有功功率与各工序稳态有功功率和之差的最小值：

上式中，P_L(t)表示量测得到的时刻t总负荷稳态有功功率；n表示该工业用户工序总数；M_i(t)表示时刻t工序i是否运行的标志，M_i(t)＝1为时刻t工序i运行，M_i(t)＝0为时刻t工序i不运行；P_i(t)表示该工业用户在时刻t工序i的稳态有功功率；

其中，对于除了储能和分布式发电工业用户以外的其他工业用户，时刻t工序i的运行标志M_i(t)定义如下：

上式中，E_i和L_i分别表示工序i中设备的最早启动时间和最晚启动时间，T_i表示工序i所需运行时间，t_io和t_ic分别表示工序i中设备的实际启动时间和实际关停时间；

对于储能工业用户，时刻t工序i的运行标志M_i(t)定义如下：

上式中，

和SOC_t分别表示储能工业用户各时刻电池剩余电量要求的最小值、最大值与储能工业用户在时刻t的电池剩余电量。

同理，对于分布式风力发电工业用户和分布式光伏发电工业用户，时刻t工序i的运行标志M_i(t)定义如下：

上式中，W_t ^min、W_t ^max和W_t分别表示分布式风力发电工业用户各时刻风速要求的最小值、最大值与分布式风力发电工业用户在时刻t的风速。

和I_t分别表示分布式光伏发电工业用户各时刻光照强度要求的最小值、最大值与分布式光伏发电工业用户在时刻t的光照强度。

该模型的约束条件为：

P_i ^min≤P_i(t)≤P_i ^max

上式中，P_i ^min和P_i ^max分别表示该工业用户工序i的有功功率下限和上限。

步骤2、根据步骤1中求解得到的各时刻工业用户各工序的实际稳态有功功率，计算各调峰时段工业用户各工序的需求响应调峰能力，即该用户各工序在该时段能够通过转移负荷来提供需求响应参与调峰的最大容量；

根据求解得到的工业用户在时刻t工序i的稳态有功功率P_i(t)，计算该工业用户在时刻t工序i的需求响应调峰能力

①若E_i＝L_i，则工序i的最早启动时间和最晚启动时间相等，不具备可转移负荷的调峰能力，

②若E_i<L_i，则工序i的最早启动时间和最晚启动时间不相等，具备可转移负荷的调峰能力，设工序i的转移时间为0≤Δt≤L_i-E_i，则工序i的Δt时段的调峰能力

步骤3、根据步骤2中求得的各调峰时段工业用户各工序的需求响应调峰能力，计算该工业用户在各调峰时段的所有工序需求响应调峰能力之和，作为约束条件之一，以由各种类型工业用户组成的负荷聚合商参与调峰提供需求响应获益最大为目标，考虑各种类型工业用户的发电特征的约束条件，建立优化模型求解各调峰时段工业用户提供需求响应的容量。

根据求得的工业用户工序i在Δt时段的需求响应调峰能力

计算负荷聚合商中的工业用户j在Δt时段的需求响应调峰能力：

以此作为约束条件之一，建立优化模型，其目标函数为由各种类型的工业用户组成的负荷聚合商参与调峰经济效益的最大值：

上式中，f_GLA表示负荷聚合商参与调峰的收益；N表示负荷聚合商中各种类型工业用户总数；M表示调峰时间单元个数；

表示工业用户j的响应量，为正数；

表示工业用户j的响应报价，r,s均为正数，；a'_Δt,b'_Δt,c'_Δt表示Δt时段调峰成本系数。

该模型的约束条件如下：

①所有类型工业用户调峰能力约束

上式中，

表示工业用户j在Δt时段的调峰能力；

表示负荷聚合商在Δt时段的调峰能力；γ表示负荷聚合商的调峰意愿且0<γ<1。

②储能工业用户充放速率约束

如果在Δt时段，储能工业用户j处于充电状态，

并且满足充电效率约束：

0≤W_ch(Δt)η_ch≤P_eΔt

上式中，W_ch(Δt)表示储能单元Δt时段充电量，η_ch表示储能装置的充能效率，P_e表示储能装置的功率；

如果在Δt时段，储能工业用户j处于放电状态，

并且满足放电效率约束：

上式中，W_dis(Δt)表示储能单元Δt时段放电量，η_dis表示储能装置的放能效率。

求解该模型可以得到负荷聚合商中工业用户j在Δt时段提供需求响应调峰的容量

实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.考虑储能和分布式发电的工业用户参与调峰需求响应方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将参与调峰的工业用户分为储能工业用户、分布式发电工业用户与其它工业用户三种类型，统计各工业用户的生产流程，量测其工序运行时间、启动时间及各时刻总负荷稳态有功功率，根据各种类型工业用户的发电特征，以总负荷稳态有功功率与各工序稳态有功功率和之差最小为目标，建立优化模型求解各时刻所有类型工业用户各工序的实际稳态有功功率；

(2)根据(1)中求解得到的各时刻所有类型工业用户各工序的实际稳态有功功率，计算各调峰时段工业用户各工序的需求响应调峰能力，即该用户各工序在该时段能够通过转移负荷来提供需求响应参与调峰的最大容量；

(3)根据(2)中求得的各调峰时段工业用户各工序的需求响应调峰能力，计算该工业用户在各调峰时段的所有工序需求响应调峰能力之和，作为约束条件之一，以由各种类型工业用户组成的负荷聚合商参与调峰提供需求响应获益最大为目标，考虑各种类型工业用户的发电特征的约束条件，建立优化模型求解各调峰时段所有类型工业用户提供需求响应的容量。

2.根据权利要求1所述的考虑储能和分布式发电的工业用户参与调峰需求响应方法，其特征在于，步骤(1)具体方法如下：将参与调峰的工业用户分为储能工业用户、分布式发电工业用户与其它工业用户三种类型，对于参与调峰提供需求响应的各工业用户，统计其工业生产流程顺序、工序i所需运行时间T_i，工序i中设备的最早启动时间E_i以及最晚启动时间L_i，以及储能工业用户各时刻电池剩余电量要求的最小值

与最大值

分布式风力发电工业用户各时刻风速要求的最小值W_t ^min与最大值W_t ^max，分布式光伏发电工业用户各时刻光照强度要求的最小值

与最大值

量测工业生产过程中时刻t总负荷稳态有功功率P_L(t)、工序i中设备的实际启动时间t_io和实际关停时间t_ic，储能工业用户的电池剩余电量SOC_t、分布式风力发电工业用户的风速W_t、分布式光伏发电工业用户的光照强度I_t,建立所有类型工业用户都适用的基于实际生产流程的优化模型，求解该工业用户在时刻t工序i的稳态有功功率P_i(t)；

目标函数为时刻t总负荷稳态有功功率与各工序稳态有功功率和之差的最小值：

上式中，P_L(t)表示量测得到的时刻t总负荷稳态有功功率；n表示该工业用户工序总数；M_i(t)表示时刻t工序i是否运行的标志，M_i(t)＝1为时刻t工序i运行，M_i(t)＝0为时刻t工序i不运行；P_i(t)表示该工业用户在时刻t工序i的稳态有功功率；

其中，对于除了储能和分布式发电工业用户以外的其它工业用户，时刻t工序i的运行标志M_i(t)定义如下：

上式中，E_i和L_i分别表示工序i中设备的最早启动时间和最晚启动时间，T_i表示工序i所需运行时间，t_io和t_ic分别表示工序i中设备的实际启动时间和实际关停时间；

对于储能工业用户，时刻t工序i的运行标志M_i(t)定义如下：

上式中，

和SOC_t分别表示储能工业用户各时刻电池剩余电量要求的最小值、最大值与储能工业用户在时刻t的电池剩余电量；

同理，对于分布式风力发电工业用户和分布式光伏发电工业用户，时刻t工序i的运行标志M_i(t)定义如下：

上式中，W_t ^min、W_t ^max和W_t分别表示分布式风力发电工业用户各时刻风速要求的最小值、最大值与分布式风力发电工业用户在时刻t的风速，

和I_t分别表示分布式光伏发电工业用户各时刻光照强度要求的最小值、最大值与分布式光伏发电工业用户在时刻t的光照强度；

该模型的约束条件为：

P_i ^min≤P_i(t)≤P_i ^max

上式中，P_i ^min和P_i ^max分别表示该工业用户工序i的有功功率下限和上限。

3.根据权利要求2所述的考虑储能和分布式发电的工业用户参与调峰需求响应方法，其特征在于，步骤(2)具体方法如下：

根据求解得到的工业用户在时刻t工序i的稳态有功功率P_i(t)，计算该工业用户在时刻t工序i的需求响应调峰能力

①若E_i＝L_i，则工序i的最早启动时间和最晚启动时间相等，不具备可转移负荷的调峰能力，

②若E_i<L_i，则工序i的最早启动时间和最晚启动时间不相等，具备可转移负荷的调峰能力，设工序i的转移时间为0≤Δt≤L_i-E_i，则工序i的Δt时段的调峰能力

4.根据权利要求3所述的考虑储能和分布式发电的工业用户参与调峰需求响应方法，其特征在于，步骤(3)具体方法如下：

根据(2)中求得的工业用户工序i在Δt时段的需求响应调峰能力

计算负荷聚合商中的所有类型工业用户j在Δt时段的需求响应调峰能力：

以此作为约束条件之一，建立所有类型工业用户都适用的优化模型，其目标函数为由各种类型的工业用户组成的负荷聚合商参与调峰经济效益的最大值：

上式中，f_GLA表示负荷聚合商参与调峰的收益；N表示负荷聚合商中各种类型工业用户总数；M表示调峰时间单元个数；

表示工业用户j的响应量，为正数；

表示工业用户j的响应报价，r,s均为正数，a'_Δt,b'_Δt,c'_Δt表示Δt时段调峰成本系数；

该模型的约束条件如下：

①所有类型工业用户调峰能力约束：

上式中，

表示工业用户j在Δt时段的调峰能力；

表示负荷聚合商在Δt时段的调峰能力；γ表示负荷聚合商的调峰意愿且0<γ<1；

②储能工业用户充放速率约束：

如果在Δt时段，储能工业用户j处于充电状态，

并且满足充电效率约束：

0≤W_ch(Δt)η_ch≤P_eΔt

上式中，W_ch(Δt)表示储能单元Δt时段充电量，η_ch表示储能装置的充能效率，P_e表示储能装置的功率；

如果在Δt时段，储能工业用户j处于放电状态，

并且满足放电效率约束：

上式中，W_dis(Δt)表示储能单元Δt时段放电量，η_dis表示储能装置的放能效率；

求解该模型可以得到负荷聚合商中所有类型工业用户j在Δt时段提供需求响应调峰的容量

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