CN111598378A - 一种居民电热水器负荷需求侧响应可调控潜力评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种居民电热水器负荷需求侧响应可调控潜力评估方法，根据历史用电数据，分析用户用电行为得到需求侧响应可调控潜力评估值，通过电热水器使用时间日前评估，预测日前使用事件和日内使用时间；基于此进一步实现基于历史数据评估的电热水器负荷日前预测；然后根据用户使用习惯，评估电热水器限制调节时间段；最后综合日前预测数据和限制调节时间段数据，实现电热水器需求侧响应调控潜力评估。本发明通过分析电热水器的历史用电行为，提供单个居民电热水器的预测与需求侧响应调控潜力分析方法，为需求侧响应的实施提供支撑，助力电力体制改革和电力资源优化配置。

Description

一种居民电热水器负荷需求侧响应可调控潜力评估方法
技术领域
本发明涉及一种居民电热水器负荷需求侧响应可调控潜力评估方法，属于配用电和大数据应用技术领域。
背景技术
居民负荷的高速增长给供给侧带来越来越大的压力，需求侧响应是解决这一问题的有效措施，但其依赖于需求侧的全息数据和用电行为的深度挖掘，随着非介入负荷辨识、随器量测等技术的发展，实现居民用户数据的感知能力显著提升，为需求侧响应等技术的实施提供数据支撑。
然而需求侧响应的实行需要实现精细化的居民用户分项负荷预测和分项调节潜力评估。但是因为居民用电随机性较强，传统的负荷预测方法将无法适用，制约着需求侧响应的实施。
本发明所面向的电热水器负荷的调控类型属于可转移负荷，一方面受用户习惯的制约，另一方面需要考虑负荷时间转移和不可消失性。所以应当根据历史用电行为，详细评估电热水器的居民使用习惯，得到限制调控的因素。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种居民电热水器负荷需求侧响应可调控潜力评估方法，利用根据历史用电数据，分析用户用电行为得到居民电热水器需求侧响应可调控潜力评估值的方法。其具体技术方案如下：
一种居民电热水器负荷需求侧响应可调控潜力评估方法，根据历史用电数据，通过以下步骤计算得到需求侧响应可调控潜力评估值：
步骤1：电热水器使用时间日前评估，通过历史用电数据实现日前使用预测和日内使用时间预测，包括基于历史用电数据电热水器使用鉴别方法、日前使用预测方法和日内使用时间预测方法；
步骤2：电热水器负荷日前预测，根据日内使用时间预测和历史用电数据，实现日前电热水器负荷预测；
步骤3：电热水器限制调节时间段评估，根据用户使用习惯，确定电热水器限制调节时间段；
步骤4：电热水器需求侧响应调控潜力评估，根据日前电热水器负荷预测数据和限制调节时间段，计算需求侧响应时间段内的可调控潜力值。
进一步的，所述基于历史用电数据电热水器使用鉴别方法具体为：
根据历史用电数据，当该日存在电热水器持续运行不少于半个小时，记该日存在电热水器使用事件，记该次功率变化时刻为电热水器使用开始运行时刻。
进一步的，所述日前使用预测方法具体为：
步骤1-A1：根据电热水器使用鉴别方法得到历史日是否存在电热水器使用事件；
步骤1-A2：统计连续日使用的次数占比d 0，隔1日使用的次数占比d 1，隔2日使用的次数占比d 2，隔3日使用的次数占比d 3，隔4日使用的次数占比d 4，隔5日使用的次数占比d 5，隔6日使用的次数占比d 6，隔7日及以上使用的次数占比d 7，所述连续日使用指连续两日均存在电热水器使用事件，所述隔N日使用指在连续N+2日中，中间N日不存在电热水器使用事件，开始和结束日均存在电热水器使用事件，N可以为1~7；
步骤1-A3：统计下一日拒上次电热水器使用事件的间隔日M，如果则预测下一日存在电热水器使用事件，否则下一日不存在电热水器使用事件。
进一步的，所述日内使用时间预测方法具体为：
步骤1-B1：根据电热水器使用鉴别方法得到存在电热水器使用事件的历史日中的电热水器使用开始运行时刻；
步骤1-B2：以15分钟为尺度，统计所有电热水器使用事件中各时段的次数占比；
步骤1-B3：记次数占比最大的时间段开始时间为下一日电热水器预测使用开始时间；
步骤1-B4：计算电热水器使用事件的电热水器平均启动时间；
步骤1-B5：记电热水器使用开始时间加上电热水器平均启动时间为下一日电热水器预测使用结束时间。
进一步的，所述所述电热水器负荷日前预测，具体为：
步骤2-1：计算电热水器运行时的功率平均值，记为运行预测功率；
步骤2-2：如果连续三天电热水器保温运行，预测下一日存在保温运行功率，计算所有保温运行间隔时间平均值，记为预测保温运行周期间隔，计算所有保温运行持续时间平均值，记为预测保温运行时间；否则下一日不存在保温运行功率。
步骤2-3：当下一日存在电热水器使用事件，根据电热水器预测使用开始时间和电热水器预测使用结束时间，记两时段间的居民电热水器负荷的预测功率为运行预测功率；
步骤2-4：以上一日保温加热结束时间为基准，根据预测保温运行周期间隔和保温运行持续时间平均值，计算下一日保温原因周期性的启动时间和结束时间，所有周期性的启动时间和结束时间之间的预测功率为运行预测功率；
步骤2-5：综合步骤2-3和步骤2-4，设置其余时间功率为0，得到日前全天的电热水器负荷预测功率。
进一步的，所述电热水器限制调节时间段评估，具体为：
根据日前全天的电热水器负荷预测功率，以所有的电热水器使用事件的预测使用开始时间为基准，减去使用时间TUSE得到使用时刻，使用时刻再减去平均启动时间，得到临界时间点时刻，记临界时间点时刻到使用时刻之间为电热水器限制调节时间段。
进一步的，所述TUSE默认为半小时可调。
进一步的，所述电热水器需求侧响应调控潜力评估，具体为：
需求侧响应包含需调控时间段需求侧响应开始时间和需求侧响应结束时间，当限制调节时间段与需调控时间段重叠，则重叠部分时间段的可调控潜力为0，其余需调控时间段的可调控潜力为每时刻的日前电热水器负荷预测功率值；当限制调节时间段与需调控时间段无重叠，则所有需调控时间段的可调控潜力为每时刻的日前电热水器负荷预测功率值。
进一步的，所述总可调潜力值为需调控时间段所有点的可调控潜力累加。
本发明的工作原理是：
根据历史用电数据，分析用户用电行为得到需求侧响应可调控潜力评估值，通过电热水器使用时间日前评估，预测日前使用事件和日内使用时间；基于此进一步实现基于历史数据评估的电热水器负荷日前预测；然后根据用户使用习惯，评估电热水器限制调节时间段；最后综合日前预测数据和限制调节时间段数据，实现电热水器需求侧响应调控潜力评估。本发明通过分析电热水器的历史用电行为，提供单个居民电热水器的预测与需求侧响应调控潜力分析方法，为需求侧响应的实施提供支撑，助力电力体制改革和电力资源优化配置。
本发明的有益效果是：
根据历史用电数据，实现基于用电行为的电热水器负荷预测和调控潜力评估，解决了因随机性强导致的电热水器负荷预测困难的问题。
通过本发明得到的电热水器需求侧响应调控潜力值，为需求侧响应的实施提供支撑，助力电力体制改革和电力资源优化配置。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
本居民电热水器负荷需求侧响应可调控潜力评估方法，根据历史用电数据，通过如图1所示的以下步骤计算得到需求侧响应可调控潜力评估值：
步骤1：电热水器使用时间日前评估，通过历史用电数据实现日前使用预测和日内使用时间预测，包括基于历史用电数据电热水器使用鉴别方法、日前使用预测方法和日内使用时间预测方法。
步骤2：电热水器负荷日前预测，根据日内使用时间预测和历史用电数据，实现日前电热水器负荷预测。
步骤3：电热水器限制调节时间段评估，根据用户使用习惯，确定电热水器限制调节时间段。
步骤4：电热水器需求侧响应调控潜力评估，根据日前电热水器负荷预测数据和限制调节时间段，计算需求侧响应时间段内的可调控潜力值。
（1）电热水器使用时间日前评估
①基于历史用电数据电热水器使用鉴别方法
具体为：根据历史用电数据，当该日存在电热水器持续运行不少于半个小时，记该日存在电热水器使用事件，记该次功率变化时刻为电热水器使用开始运行时刻。
②日前使用预测方法
具体为，包括以下步骤：
步骤1-A1：根据电热水器使用鉴别方法得到历史日是否存在电热水器使用事件。
步骤1-A2：统计连续日使用的次数占比d 0，隔1日使用的次数占比d 1，隔2日使用的次数占比d 2，隔3日使用的次数占比d 3，隔4日使用的次数占比d 4，隔5日使用的次数占比d 5，隔6日使用的次数占比d 6，隔7日及以上使用的次数占比d 7。所述连续日使用指连续两日均存在电热水器使用事件。所述隔N日使用指在连续N+2日中，中间N日不存在电热水器使用事件，开始和结束日均存在电热水器使用事件，N可以为1~7。
步骤1-A3：统计下一日拒上次电热水器使用事件的间隔日M，如果则预测下一日存在电热水器使用事件，否则下一日不存在电热水器使用事件。
③日内使用时间预测方法
具体为，包括以下步骤：
步骤1-B1：根据电热水器使用鉴别方法得到存在电热水器使用事件的历史日中的电热水器使用开始运行时刻。
步骤1-B2：以15分钟为尺度，统计所有电热水器使用事件中各时段的次数占比。
步骤1-B3：记次数占比最大的时间段开始时间为下一日电热水器预测使用开始时间。
步骤1-B4：计算电热水器使用事件的电热水器平均启动时间。
步骤1-B5：记电热水器使用开始时间加上电热水器平均启动时间为下一日电热水器预测使用结束时间。
（2）电热水器负荷日前预测
具体为，包括以下步骤：
步骤2-1：计算电热水器运行时的功率平均值，记为运行预测功率。
步骤2-2：如果连续三天电热水器保温运行，预测下一日存在保温运行功率，计算所有保温运行间隔时间平均值，记为预测保温运行周期间隔，计算所有保温运行持续时间平均值，记为预测保温运行时间；否则下一日不存在保温运行功率。
步骤2-3：当下一日存在电热水器使用事件，根据电热水器预测使用开始时间和电热水器预测使用结束时间，记两时段间的居民电热水器负荷的预测功率为运行预测功率。
步骤2-4：以上一日保温加热结束时间为基准，根据预测保温运行周期间隔和保温运行持续时间平均值，计算下一日保温原因周期性的启动时间和结束时间，所有周期性的启动时间和结束时间之间的预测功率为运行预测功率。
步骤2-5：综合步骤2-3和步骤2-4，设置其余时间功率为0，得到日前全天的电热水器负荷预测功率。
（3）电热水器限制调节时间段评估
具体为：根据日前全天的电热水器负荷预测功率，以所有的电热水器使用事件的预测使用开始时间为基准，减去使用时间TUSE得到使用时刻，使用时刻再减去平均启动时间，得到临界时间点时刻。记临界时间点时刻到使用时刻之间为电热水器限制调节时间段。所述TUSE默认为半小时可调。
（4）电热水器需求侧响应调控潜力评估
具体为：需求侧响应包含需调控时间段需求侧响应开始时间和需求侧响应结束时间，当限制调节时间段与需调控时间段重叠，则重叠部分时间段的可调控潜力为0，其余需调控时间段的可调控潜力为每时刻的日前电热水器负荷预测功率值；当当限制调节时间段与需调控时间段无重叠，则所有需调控时间段的可调控潜力为每时刻的日前电热水器负荷预测功率值。
总可调潜力值为需调控时间段所有点的可调控潜力累加。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种居民电热水器负荷需求侧响应可调控潜力评估方法，其特征在于：根据历史用电数据，通过以下步骤计算得到需求侧响应可调控潜力评估值：
步骤1：电热水器使用时间日前评估，通过历史用电数据实现日前使用预测和日内使用时间预测，包括基于历史用电数据电热水器使用鉴别方法、日前使用预测方法和日内使用时间预测方法；
步骤2：电热水器负荷日前预测，根据日内使用时间预测和历史用电数据，实现日前电热水器负荷预测；
步骤3：电热水器限制调节时间段评估，根据用户使用习惯，确定电热水器限制调节时间段；
步骤4：电热水器需求侧响应调控潜力评估，根据日前电热水器负荷预测数据和限制调节时间段，计算需求侧响应时间段内的可调控潜力值。
2.根据权利要求1所述的居民电热水器负荷需求侧响应可调控潜力评估方法，其特征在于：所述基于历史用电数据电热水器使用鉴别方法具体为：
根据历史用电数据，当该日存在电热水器持续运行不少于半个小时，记该日存在电热水器使用事件，记该次功率变化时刻为电热水器使用开始运行时刻。
3.根据权利要求1所述的居民电热水器负荷需求侧响应可调控潜力评估方法，其特征在于：所述日前使用预测方法具体为：
步骤1-A1：根据电热水器使用鉴别方法得到历史日是否存在电热水器使用事件；
步骤1-A2：统计连续日使用的次数占比d0，隔1日使用的次数占比d1，隔2日使用的次数占比d2，隔3日使用的次数占比d3，隔4日使用的次数占比d4，隔5日使用的次数占比d5，隔6日使用的次数占比d6，隔7日及以上使用的次数占比d7，所述连续日使用指连续两日均存在电热水器使用事件，所述隔N日使用指在连续N+2日中，中间N日不存在电热水器使用事件，开始和结束日均存在电热水器使用事件，N可以为1～7；
步骤1-A3：统计下一日拒上次电热水器使用事件的间隔日M，如果
Figure FDA0002430739080000011
则预测下一日存在电热水器使用事件，否则下一日不存在电热水器使用事件。
4.根据权利要求1所述的居民电热水器负荷需求侧响应可调控潜力评估方法，其特征在于：所述日内使用时间预测方法具体为：
步骤1-B1：根据电热水器使用鉴别方法得到存在电热水器使用事件的历史日中的电热水器使用开始运行时刻；
步骤1-B2：以15分钟为尺度，统计所有电热水器使用事件中各时段的次数占比；
步骤1-B3：记次数占比最大的时间段开始时间为下一日电热水器预测使用开始时间；
步骤1-B4：计算电热水器使用事件的电热水器平均启动时间；
步骤1-B5：记电热水器使用开始时间加上电热水器平均启动时间为下一日电热水器预测使用结束时间。
5.根据权利要求1所述的居民电热水器负荷需求侧响应可调控潜力评估方法，其特征在于：所述所述电热水器负荷日前预测，具体为：
步骤2-1：计算电热水器运行时的功率平均值，记为运行预测功率；
步骤2-2：如果连续三天电热水器保温运行，预测下一日存在保温运行功率，计算所有保温运行间隔时间平均值，记为预测保温运行周期间隔，计算所有保温运行持续时间平均值，记为预测保温运行时间；否则下一日不存在保温运行功率。
步骤2-3：当下一日存在电热水器使用事件，根据电热水器预测使用开始时间和电热水器预测使用结束时间，记两时段间的居民电热水器负荷的预测功率为运行预测功率；
步骤2-4：以上一日保温加热结束时间为基准，根据预测保温运行周期间隔和保温运行持续时间平均值，计算下一日保温原因周期性的启动时间和结束时间，所有周期性的启动时间和结束时间之间的预测功率为运行预测功率；
步骤2-5：综合步骤2-3和步骤2-4，设置其余时间功率为0，得到日前全天的电热水器负荷预测功率。
6.根据权利要求1所述的居民电热水器负荷需求侧响应可调控潜力评估方法，其特征在于：所述电热水器限制调节时间段评估，具体为：
根据日前全天的电热水器负荷预测功率，以所有的电热水器使用事件的预测使用开始时间为基准，减去使用时间TUSE得到使用时刻，使用时刻再减去平均启动时间，得到临界时间点时刻，记临界时间点时刻到使用时刻之间为电热水器限制调节时间段。
7.根据权利要求6所述的居民电热水器负荷需求侧响应可调控潜力评估方法，其特征在于：所述TUSE默认为半小时可调。
8.根据权利要求1所述的居民电热水器负荷需求侧响应可调控潜力评估方法，其特征在于：所述电热水器需求侧响应调控潜力评估，具体为：
需求侧响应包含需调控时间段需求侧响应开始时间和需求侧响应结束时间，当限制调节时间段与需调控时间段重叠，则重叠部分时间段的可调控潜力为0，其余需调控时间段的可调控潜力为每时刻的日前电热水器负荷预测功率值；当限制调节时间段与需调控时间段无重叠，则所有需调控时间段的可调控潜力为每时刻的日前电热水器负荷预测功率值。
9.根据权利要求8所述的居民电热水器负荷需求侧响应可调控潜力评估方法，其特征在于：所述总可调潜力值为需调控时间段所有点的可调控潜力累加。
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