CN111969598B - 一种考虑激励型需求侧响应的用户侧储能优化方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑激励型需求侧响应的用户侧储能优化方法及系统，其方法包括：建立用户侧储能经济性最优化模型；获取用户侧在上年度的最大用电负荷，并基于所述最大用电负荷确定需求侧响应基线；以所述需求侧响应基线为评判标准，将用户侧储能装置的相关参数导入所述用户侧储能经济性最优化模型，结合混合整数线性规划算法求解出用户最优上报需求响应功率。在本发明实施例中，通过设定需求侧响应基线作为有效需求响应的评判标准，可提高用户侧储能响应电价政策、参与辅助服务的经济效益。

Description

一种考虑激励型需求侧响应的用户侧储能优化方法及系统
技术领域
本发明涉及电网侧储能技术领域，尤其涉及一种考虑激励型需求侧响应的用户侧储能优化方法及系统。
背景技术
近年来我国用电需求保持较快增长，用电峰谷差逐年拉大，季节性电力紧缺时有发生。虽然通过有序用电管理能够有效保障供用电秩序稳定，但供需矛盾依然会对工业生产造成一定的影响，使得组织协调实施的难度不断增加。针对如何缓解电力供需矛盾、促进资源优化配置这一问题，技术人员提出开展用户侧电力需求响应工作。
一般情况下，通过在用户侧安装储能装置可响应电价政策，实现峰谷套利、降低需量电费，而且储能装置在参与需求侧响应等辅助服务的同时也可获取响应补偿。相应的，国内外学者对用户侧储能装置的经济性配置问题进行了大量研究，但更多的是集中在对储能响应分时电价、两部制电价政策的研究，缺乏对储能参与激励型需求侧响应的考虑。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种考虑激励型需求侧响应的用户侧储能优化方法及系统，通过设定需求侧响应基线作为有效需求响应的评判标准，可提高用户侧储能响应电价政策、参与辅助服务的经济效益。
相应的，本发明提出了一种考虑激励型需求侧响应的用户侧储能优化方法，所述方法包括：
以用户侧的最低上缴电费以及参与需求侧响应的最大补偿为目标值确定模型的目标函数，并确定用户侧储能装置的运行约束条件，建立用户侧储能经济性最优化模型；
所述目标函数为：
F＝minimize(C1+C2-C3)
其中，F为本月上缴电费，C1为当月电量电费，C2为当月需量电费，C3为用户侧参与需求侧响应所获取的补贴；
所述用户侧参与需求侧响应所获取的补贴C3为：
Figure GDA0004122691460000021
其中，αi为需求响应的可中断负荷电价，si为调控时长所对应的电价标准，vi为响应速度系数，PDSM，i为第i次参与约定响应的上报功率值，m为需求响应次数；
获取用户侧在上年度的最大用电负荷，并基于所述最大用电负荷确定需求侧响应基线；
以所述需求侧响应基线为评判标准，将用户侧储能装置的相关参数导入所述用户侧储能经济性最优化模型，结合混合整数线性规划算法求解出用户最优上报需求响应功率。
可选的，所述建立用户侧储能经济性最优化模型包括：
确定所述用户侧储能经济性最优化模型的目标函数，且所述目标函数以用户侧的最低上缴电费以及参与需求侧响应的最大补偿为目标值；
确定所述用户侧储能装置的运行约束条件。
可选的，所述目标函数为：
F＝minimize(C1+C2-C3)
其中，F为本月上缴电费，C1为当月电量电费，C2为当月需量电费，C3为用户侧参与需求侧响应所获取的补贴。
可选的，所述当月电量电费C1为：
Figure GDA0004122691460000022
其中，Ci为分时电价，n为每月采样点数量，Loadi为第i时刻的用户负荷功率，pd，i为第i时刻的储能放电功率，Pc，i为第i时刻的储能充电功率。
可选的，所述当月需量电费C2为：
Figure GDA0004122691460000031
其中，Pdemand，max为用户侧上报的最大需量值，b为实际需量值。
可选的，所述用户侧储能装置的运行约束条件包括储能荷电状态约束、储能充放电状态约束、储能充放电功率约束和储能荷电状态连续性约束。
可选的，所述需求侧响应基线的约束条件包括：
Figure GDA0004122691460000032
其中，i为用户参与需求侧响应的时段，j为需求侧响应基线的采样时段，Pyear，max为用户侧全年最大负荷值。
相应的，本发明实施例还提供了一种考虑激励型需求侧响应的用户侧储能优化系统，所述系统包括：
建立模块，用于以用户侧的最低上缴电费以及参与需求侧响应的最大补偿为目标值确定模型的目标函数，并确定用户侧储能装置的运行约束条件，建立用户侧储能经济性最优化模型；
所述目标函数为：
F＝minimize(C1+C2-C3)
其中，F为本月上缴电费，C1为当月电量电费，C2为当月需量电费，C3为用户侧参与需求侧响应所获取的补贴；
所述用户侧参与需求侧响应所获取的补贴C3为：
Figure GDA0004122691460000033
其中，αi为需求响应的可中断负荷电价，si为调控时长所对应的电价标准，vi为响应速度系数，PDSM，i为第i次参与约定响应的上报功率值，m为需求响应次数；
获取模块，用于获取用户侧在上年度的最大用电负荷，并基于所述最大用电负荷确定需求侧响应基线；
优化模块，用于以所述需求侧响应基线为评判标准，将用户侧储能装置的相关参数导入所述用户侧储能经济性最优化模型，结合混合整数线性规划算法求解出用户最优上报需求响应功率。
可选的，所述建立模块用于确定所述用户侧储能经济性最优化模型的目标函数，且所述目标函数以用户侧的最低上缴电费以及参与需求侧响应的最大补偿为目标值；以及确定所述用户侧储能装置的运行约束条件。
在本发明实施例中，通过调用分析用户侧的历史用电数据来设定需求侧响应基线，并基于基线负荷与响应日负荷的差距来辅助用户侧储能经济性最优化模型对有效需求响应的评判，可提高用户侧储能响应电价政策、参与激励型需求侧响应的经济效益，具有一定的推广应用价值。
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，显而易见的，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它的附图。
图1是本发明实施例公开的一种考虑激励型需求侧响应的用户侧储能优化方法的流程示意图；
图2是本发明实施例公开的一种考虑激励型需求侧响应的用户侧储能优化系统的组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
图1示出了本发明实施例中的一种考虑激励型需求侧响应的用户侧储能优化方法的流程示意图，所述方法包括如下步骤：
S101、建立用户侧储能经济性最优化模型；
(1)以用户侧的最低上缴电费以及参与需求侧响应的最大补偿为目标值，确定所述用户侧储能经济性最优化模型的目标函数为：
F＝minimize(C1+C2-C3)
Figure GDA0004122691460000051
Figure GDA0004122691460000052
Figure GDA0004122691460000053
其中，F为本月上缴电费，C1为当月电量电费，C2为当月需量电费，C3为用户侧参与需求侧响应所获取的补贴，Ci为分时电价，n为每月采样点数量，Loadi为第i时刻的用户负荷功率，Pd.i为第i时刻的储能放电功率，Pc，i为第i时刻的储能充电功率，Pdemand，max为用户侧上报的最大需量值，b为实际需量值，αi为需求响应的可中断负荷电价，si为调控时长所对应的电价标准，vi为响应速度系数，PDSM，i为第i次参与约定响应的上报功率值，m为需求响应次数。
(2)确定所述用户侧储能装置的运行约束条件。
a.储能运行过程中的剩余容量需满足一定的约束，在任一时刻下储能荷电状态(SOC)约束条件为：
SOCmin≤SOCi≤SOCmax
b.储能充放电状态约束条件为：
0≤swch，t+swdis，t≤1
c.考虑到不同类型储能设备的放电倍率，过大电流充放电会损坏设备性能，缩短运行寿命，故在运行过程中储能充放电功率约束条件为：
Figure GDA0004122691460000061
d.由于储能系统每个调度周期始末存储能量(即荷电状态)一致时可确保其连续运行的周期性，故限定储能荷电状态连续性约束条件为：
Figure GDA0004122691460000062
其中，SOCi为第i天第t时刻的储能荷电状态，SOCmin为储能荷电状态最小值，SOCmax为储能荷电状态最大值，swdis，t为第i时刻储能的放电状态(取值为1时表示储能处于放电状态)，swch，t为第i时刻储能的充电状态(取值为1时表示储能处于充电状态)，Prate为用户侧储能装置的额定功率，ηc为储能最大充电效率，ηd为储能最大放电效率，Erate为用户侧储能装置的额定容量，Δt为储能充放电时间间隔。
S102、获取用户侧在上年度的最大用电负荷，并基于所述最大用电负荷确定需求侧响应基线；
在本发明实施例中，首先设置所述需求侧响应基线的约束条件为：
Figure GDA0004122691460000063
其中，i为用户参与需求侧响应的时段，j为需求侧响应基线的采样时段，Pyear，max为用户侧全年最大负荷值；
其次，通过后台监控中心以15min的采样间隔来采集用户侧在上年度的历史用电数据，并经过筛选输出用户侧在上年度的全年最大负荷值，以对所述需求侧响应基线进行限定；最后，以选定的用户侧响应日作为基准，将所述用户侧响应日前5天的负荷曲线定义为需求侧响应基线。
S103、以所述需求侧响应基线为评判标准，将用户侧储能装置的相关参数导入所述用户侧储能经济性最优化模型，结合混合整数线性规划算法求解出用户最优上报需求响应功率。
具体实施过程包括：(1)对所述混合整数线性规划算法进行初始化，即读取仿真时长、调度周期、用电侧历史负荷曲线、用户侧储能装置相关参数；(2)将所述用电侧历史负荷曲线按照相似特征划分成200个种群，且每一个种群中所存在的每一个个体均包含储能容量、储能额定功率和年负荷削峰率信息；(3)调用所述混合整数线性规划算法获取仿真期间内所有种群中的每一个个体在调度周期内的储能最优充放电曲线和月负荷削峰率，同时结合相应的储能容量、储能额定功率和年负荷削峰率计算出所有种群中的每一个个体所对应的目标函数值和参与需求侧响应时段；(3)由技术人员根据所有种群在以往两年内每个月所上缴的总电费进行统计分析，为每一个种群设定一个最低上缴费用区间，判断每一个个体所对应的目标函数值是否落在对应的最低上缴费用区间内；(4)基于目标函数值落在对应的最低上缴费用区间内的个体，结合所述需求侧响应基线获取该个体在所对应的参与需求侧响应时段内的最优上报需求响应功率；基于目标函数值未落在对应的最低上缴费用区间内的个体，对其进行响应异常登记。
实施例
图2示出了本发明实施例中的一种考虑激励型需求侧响应的用户侧储能优化系统，所述系统包括：
建立模块201，用于建立用户侧储能经济性最优化模型；
在本发明实施例中，所述建立模块201用于确定所述用户侧储能经济性最优化模型的目标函数，所述目标函数以用户侧的最低上缴电费以及参与需求侧响应的最大补偿为目标值；以及确定所述用户侧储能装置的运行约束条件。具体分别如下：
(1)确定所述用户侧储能经济性最优化模型的目标函数为：
F＝minimize(C1+C2-C3)
Figure GDA0004122691460000071
Figure GDA0004122691460000072
Figure GDA0004122691460000073
其中，F为本月上缴电费，C1为当月电量电费，C2为当月需量电费，C3为用户侧参与需求侧响应所获取的补贴，Ci为分时电价，n为每月采样点数量，Loadi为第i时刻的用户负荷功率，Pd，i为第i时刻的储能放电功率，Pc，i为第i时刻的储能充电功率，Pdemand，max为用户侧上报的最大需量值，b为实际需量值，αi为需求响应的可中断负荷电价，si为调控时长所对应的电价标准，vi为响应速度系数，PDSM，i为第i次参与约定响应的上报功率值，m为需求响应次数。
(2)确定所述用户侧储能装置的运行约束条件。
a.储能运行过程中的剩余容量需满足一定的约束，在任一时刻下储能荷电状态(SOC)约束条件为：
SOCmin≤SOCi≤SOCmax
b.储能充放电状态约束条件为：
0≤Swch，t+Swdis，t≤1
c.考虑到不同类型储能设备的放电倍率，过大电流充放电会损坏设备性能，缩短运行寿命，故在运行过程中储能充放电功率约束条件为：
Figure GDA0004122691460000081
d.由于储能系统每个调度周期始末存储能量(即荷电状态)一致时可确保其连续运行的周期性，故限定储能荷电状态连续性约束条件为：
Figure GDA0004122691460000082
其中，SOCi为第i天第t时刻的储能荷电状态，SOCmin为储能荷电状态最小值，SOCmax为储能荷电状态最大值，swdis，t为第i时刻储能的放电状态(取值为1时表示储能处于放电状态)，swch，t为第i时刻储能的充电状态(取值为1时表示储能处于充电状态)，Prate为用户侧储能装置的额定功率，ηc为储能最大充电效率，ηd为储能最大放电效率，Erate为用户侧储能装置的额定容量，Δt为储能充放电时间间隔。
获取模块202，用于获取用户侧在上年度的最大用电负荷，并基于所述最大用电负荷确定需求侧响应基线；
具体实施过程包括：首先设置所述需求侧响应基线的约束条件为：
Figure GDA0004122691460000091
其中，i为用户参与需求侧响应的时段，j为需求侧响应基线的采样时段，Pyear,max为用户侧全年最大负荷值；
其次，通过后台监控中心以15min的采样间隔来采集用户侧在上年度的历史用电数据，并经过筛选输出用户侧在上年度的全年最大负荷值，以对所述需求侧响应基线进行限定；最后，以选定的用户侧响应日作为基准，将所述用户侧响应日前5天的负荷曲线定义为需求侧响应基线。
优化模块203，用于以所述需求侧响应基线为评判标准，将用户侧储能装置的相关参数导入所述用户侧储能经济性最优化模型，结合混合整数线性规划算法求解出用户最优上报需求响应功率。
具体实施过程包括：(1)对所述混合整数线性规划算法进行初始化，即读取仿真时长、调度周期、用电侧历史负荷曲线、用户侧储能装置相关参数；(2)将所述用电侧历史负荷曲线按照相似特征划分成200个种群，且每一个种群中所存在的每一个个体均包含储能容量、储能额定功率和年负荷削峰率信息；(3)调用所述混合整数线性规划算法获取仿真期间内所有种群中的每一个个体在调度周期内的储能最优充放电曲线和月负荷削峰率，同时结合相应的储能容量、储能额定功率和年负荷削峰率计算出所有种群中的每一个个体所对应的目标函数值和参与需求侧响应时段；(3)由技术人员根据所有种群在以往两年内每个月所上缴的总电费进行统计分析，为每一个种群设定一个最低上缴费用区间，判断每一个个体所对应的目标函数值是否落在对应的最低上缴费用区间内；(4)基于目标函数值落在对应的最低上缴费用区间内的个体，结合所述需求侧响应基线获取该个体在所对应的参与需求侧响应时段内的最优上报需求响应功率；基于目标函数值未落在对应的最低上缴费用区间内的个体，对其进行响应异常登记。
在本发明实施例中，通过调用分析用户侧的历史用电数据来设定需求侧响应基线，并基于基线负荷与响应日负荷的差距来辅助用户侧储能经济性最优化模型对有效需求响应的评判，可提高用户侧储能响应电价政策、参与激励型需求侧响应的经济效益，具有一定的推广应用价值。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的一种考虑激励型需求侧响应的用户侧储能优化方法及系统进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，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，依据本发明的思想，在具体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 (7)

1.一种考虑激励型需求侧响应的用户侧储能优化方法，其特征在于，所述方法包括：
以用户侧的最低上缴电费以及参与需求侧响应的最大补偿为目标值确定模型的目标函数，并确定用户侧储能装置的运行约束条件，建立用户侧储能经济性最优化模型；
所述目标函数为：
F＝minimize(C1+C2-C3)
其中，F为本月上缴电费，C1为当月电量电费，C2为当月需量电费，C3为用户侧参与需求侧响应所获取的补贴；
所述用户侧参与需求侧响应所获取的补贴C3为：
Figure FDA0004122691400000011
其中，αi为需求响应的可中断负荷电价，si为调控时长所对应的电价标准，vi为响应速度系数，PDSM,i为第i次参与约定响应的上报功率值，m为需求响应次数；
获取用户侧在上年度的最大用电负荷，并基于所述最大用电负荷确定需求侧响应基线；
以所述需求侧响应基线为评判标准，将用户侧储能装置的相关参数导入所述用户侧储能经济性最优化模型，结合混合整数线性规划算法求解出用户最优上报需求响应功率。
2.根据权利要求1所述的考虑激励型需求侧响应的用户侧储能优化方法，其特征在于，所述当月电量电费C1为：
Figure FDA0004122691400000012
其中，Ci为分时电价，n为每月采样点数量，Loadi为第i时刻的用户负荷功率，Pd,i为第i时刻的储能放电功率，Pc,i为第i时刻的储能充电功率，Δti为储能充放电时间间隔。
3.根据权利要求1所述的考虑激励型需求侧响应的用户侧储能优化方法，其特征在于，所述当月需量电费C2为：
Figure FDA0004122691400000021
其中，Pdemand,max为用户侧上报的最大需量值，b为实际需量值。
4.根据权利要求1所述的考虑激励型需求侧响应的用户侧储能优化方法，其特征在于，所述用户侧储能装置的运行约束条件包括储能荷电状态约束、储能充放电状态约束、储能充放电功率约束和储能荷电状态连续性约束。
5.根据权利要求2所述的考虑激励型需求侧响应的用户侧储能优化方法，其特征在于，所述需求侧响应基线的约束条件包括：
Figure FDA0004122691400000022
其中，i为用户参与需求侧响应的时段，j为需求侧响应基线的采样时段，Pyear,max为用户侧全年最大负荷值。
6.一种考虑激励型需求侧响应的用户侧储能优化系统，其特征在于，所述系统包括：
建立模块，用于以用户侧的最低上缴电费以及参与需求侧响应的最大补偿为目标值确定模型的目标函数，并确定用户侧储能装置的运行约束条件，建立用户侧储能经济性最优化模型；
所述目标函数为：
F＝minimize(C1+C2-C3)
其中，F为本月上缴电费，C1为当月电量电费，C2为当月需量电费，C3为用户侧参与需求侧响应所获取的补贴；
所述用户侧参与需求侧响应所获取的补贴C3为：
Figure FDA0004122691400000031
其中，αi为需求响应的可中断负荷电价，si为调控时长所对应的电价标准，vi为响应速度系数，PDSM,i为第i次参与约定响应的上报功率值，m为需求响应次数；
获取模块，用于获取用户侧在上年度的最大用电负荷，并基于所述最大用电负荷确定需求侧响应基线；
优化模块，用于以所述需求侧响应基线为评判标准，将用户侧储能装置的相关参数导入所述用户侧储能经济性最优化模型，结合混合整数线性规划算法求解出用户最优上报需求响应功率。
7.根据权利要求6所述的考虑激励型需求侧响应的用户侧储能优化系统，其特征在于，所述建立模块用于确定所述用户侧储能经济性最优化模型的目标函数，所述目标函数以用户侧的最低上缴电费以及参与需求侧响应的最大补偿为目标值；以及确定所述用户侧储能装置的运行约束条件。
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