CN112085394A - 一种计及需求侧响应的用户侧储能评估方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种计及需求侧响应的用户侧储能评估方法及系统，所述评估方法包括：获取用户侧的典型用电负荷曲线；建立用户侧储能评估模型；将所述典型用电负荷曲线导入所述用户侧储能评估模型，确定用户侧的储能装置参数；通过所述储能装置参数计算需求侧最大响应收益，并利用评估指标对所述需求侧最大响应收益进行评估，判断用户侧是否适合加装储能装置。本发明实施例通过搭建用户侧储能评估模型对用户侧的储能状况进行必要性分析，可提高分布式储能系统的经济性。

Description

一种计及需求侧响应的用户侧储能评估方法及系统
技术领域
本发明涉及电力分析技术领域，尤其涉及一种计及需求侧响应的用户侧储能评估方法及系统。
背景技术
分布式储能作为能源互联网中电源发电不确定性和负荷使用无序性间的“缓冲器”，通常安装在用户侧和微电网侧，用于应对新能源接入的电力调峰、存储可再生能源过剩电能或者修正用户负荷曲线，从而降低用电费用。当前大部分储能系统的应用只考虑到储能器件的成本和用户侧通过峰谷套利的收益，而未将峰谷套利和需求侧响应结合在一起，为进一步提高储能系统的经济性，控制储能系统对用户侧的需量管理，本发明提出一种计及需求侧响应的用户侧储能评估方法及系统，对用户侧的储能状况进行评估。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种计及需求侧响应的用户侧储能评估方法及系统，通过搭建用户侧储能评估模型对用户侧的储能状况进行必要性分析，可提高分布式储能系统的经济性。
为了解决上述问题，本发明提出了一种计及需求侧响应的用户侧储能评估方法，所述评估方法包括：
获取用户侧的典型用电负荷曲线；
建立用户侧储能评估模型；
将所述典型用电负荷曲线导入所述用户侧储能评估模型，并输出用户侧的储能装置参数；
通过所述储能装置参数计算需求侧最大响应收益，并利用评估指标对所述需求侧最大响应收益进行评估，判断用户侧是否适合加装储能装置。
可选的，所述获取用户侧的典型用电负荷曲线包括：
采集用户侧在特定时间段内的历史用电数据；
基于K-means算法对所述历史用电数据进行分类，获取所述典型用电负荷曲线。
可选的，所述建立用户侧储能评估模型包括：
确定所述用户侧储能评估模型的目标函数，所述目标函数的输出值为用户侧的最低上缴费用；
确定所述用户侧储能评估模型的储能约束条件。
可选的，所述目标函数为：
min F＝C1+C2-C3
Figure BDA0002678463520000021
Figure BDA0002678463520000022
C3＝pDR*kDR*PDR*NDR
其中，F为本月上缴的电费，C1为当月的电量电费，C2为当月的基本电费，C3为需求侧响应收益，m为分时电价，T为每月的天数，PL,i(t)为第i天第t时刻的用户负荷功率，Pc,i(t)为第i天第t时刻的储能充电功率，Pd,i(t)为第i天第t时刻的储能放电功率，a为用户上报的最大需量值，b为用户实际需量值，PDR为可中断负荷电价，kDR为响应速度系数，PDR为需求响应功率值，NDR为需求响应次数。
可选的，所述储能约束条件包括储能荷电状态约束、储能充放电状态约束、储能功率约束、储能荷电状态连续性约束和需求侧响应约束。
可选的，所述储能装置参数包括储能最大充电功率、储能最大放电功率和最大储能容量。
可选的，所述评估指标为：
B＝(N-NT)(Cs1+Cs2)
Figure BDA0002678463520000023
Figure BDA0002678463520000031
Cs2＝STcbj-C2
其中，B为全生命周期的预计收益，N为储能年限，NT为储能回归年限，Cs1为储能用于峰谷套利节省的电量电费，Cs2为按需量计费后节约的基本电费，Cs为用户侧预计储能的投资成本，ST为变压器容量，cbj为用户侧按变压器容量收费的单价。
可选的，所述利用评估指标对所述需求侧最大响应收益进行评估，判断用户侧是否适合加装储能装置包括：
判断所述全生命周期的预计收益是否大于所述需求侧最大响应收益；
若是，则用户侧适合加装储能装置；
若否，则用户侧不适合加装储能装置。
另外，本发明实施例还提供了一种计及需求侧响应的用户侧储能评估系统，所述评估系统包括：
获取模块，用于获取用户侧的典型用电负荷曲线；
搭建模块，用于建立用户侧储能评估模型；
输出模块，用于将所述典型用电负荷曲线导入所述用户侧储能评估模型，并输出用户侧的储能装置参数；
判断模块，用于通过所述储能装置参数计算需求侧最大响应收益，并利用评估指标对所述需求侧最大响应收益进行评估，判断用户侧是否适合加装储能装置。
可选的，所述搭建模块包括：
第一确定单元，用于确定所述用户侧储能评估模型的目标函数，所述目标函数的输出值为用户侧的最低上缴费用；
第二确定单元，用于确定所述用户侧储能评估模型的储能约束条件。
在本发明实施例中，通过搭建用户侧储能评估模型，结合用户侧在特定时间段内的实际负荷数据对用户侧的储能状况进行必要性分析，在此基础上还将需求侧响应成本引入评估模型中，可提高分布式储能系统的经济性，同时促进电力系统运行效率的提升。
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计及需求侧响应的用户侧储能评估方法的流程示意图；
图2是本发明实施例公开的用户侧的典型用电负荷曲线图；
图3是本发明实施例公开的一种计及需求侧响应的用户侧储能评估系统的结构组成示意图。
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。
图1是本发明实施例中的一种计及需求侧响应的用户侧储能评估方法的流程示意图，所述评估方法包括如下步骤：
S101、获取用户侧的典型用电负荷曲线；
具体实施过程为：以1h为测量间隔，采集用户侧在特定时间段内的历史用电数据，其中所述特定时间段内的历史用电数据为过去一年的历史用户数据；基于K-means算法对所述历史用电数据进行分类，且保证每个用电数据样本与所在类均值的误差平方和达到最小，在本发明实施例中设置初始聚类数目为4，将所述历史用电数据大致划分为四类用户的用电数据，所述四类用户分别为：典型的双峰型用户、典型的单峰型用户、典型的削峰型用户和典型的平滑型用户，并选取其中最有代表性的削峰型用户所对应的典型用电负荷曲线开展后续工作，如图2所示，经分析可知用户侧的用电特性为：在10:00-13:00这个时间段内出现一个峰值，在20:00-22:00这个时间内出现另一个峰值，且两个峰值的差距较小；当用户侧加装储能装置后将对这两个峰值段进行优化，选择在谷时段和平时段充电、在峰时段放电，通过削减峰期负荷，在赚取削峰填谷收益的同时尽量平滑最终的用电曲线。
S102、建立用户侧储能评估模型；
具体实施过程为：
(1)确定所述用户侧储能评估模型的目标函数，所述目标函数的输出值为用户侧的最低上缴费用；
具体的，所述目标函数为：
min F＝C1+C2-C3
Figure BDA0002678463520000051
Figure BDA0002678463520000052
C3＝pDR*kDR*PDR*NDR
其中，F为本月上缴的电费，C1为当月的电量电费，C2为当月的基本电费，C3为需求侧响应收益，m为分时电价，T为每月的天数，PL,i(t)为第i天第t时刻的用户负荷功率，Pc,i(t)为第i天第t时刻的储能充电功率，Pd,i(t)为第i天第t时刻的储能放电功率，a为用户上报的最大需量值，b为用户实际需量值，PDR为可中断负荷电价，kDR为响应速度系数，PDR为需求响应功率值，NDR为需求响应次数。
需要说明的是，所述当月的基本电费是遵循需求侧响应项目合同内容进行上缴，用户侧需要在每个月的月初向电力公司的营销部门上报最大需量值，若未上报更新，该最大需量值将根据所述需求侧响应项目合同的规定进行核定，在计算过程中应根据实际情况执行。
(2)确定所述用户侧储能评估模型的储能约束条件，所述储能约束条件包括储能荷电状态约束、储能充放电状态约束、储能功率约束、储能荷电状态连续性约束和需求侧响应约束，分别如下所述：
a.所述储能荷电状态约束为：
Smin≤Si(t)≤Smax
其中，Si(t)为第i天第t时刻的储能荷电状态，Smin为荷电状态的下限，Smax为荷电状态的上限；
b.所述储能充放电状态约束为：
Bd,i(t)+Bc,i(t)≤1
其中，Bd,i(t)为第i天第t时刻的储能放电状态，Bc,i(t)为第i天第t时刻的储能充电状态；
c.所述储能功率约束为：
Figure BDA0002678463520000061
其中，Pd,i(t)为第i天第t时刻的储能放电功率，Pc,i(t)为第i天第t时刻的储能充电功率，Pdmax为储能最大放电功率，Pcmax为储能最大充电功率；
d.所述储能荷电状态连续性约束为：
Figure BDA0002678463520000062
其中，Si(t+1)为第i天第t+1时刻的储能荷电状态，Δt为充放电时间，ηc为储能充电效率，ηd为储能放电效率，E为储能容量；
e.所述需求侧响应约束为：
Figure BDA0002678463520000063
其中，average为基线平均负荷，PL,DayDR(t)为响应日的用户负荷功率，Pc,DayDR(t)为响应日的储能充电功率，Pd,DayDR(t)为响应日的储能放电功率。
S103、将所述典型用电负荷曲线导入所述用户侧储能评估模型，并输出用户侧的储能装置参数；
在本发明实施例中，由于所述用户侧储能评估模型是以用户侧的最低上缴费用为目标，当所述典型用电负荷曲线导入后，获取其中的最优日用电负荷数据，并根据所述最优日用电负荷数据求解出所述储能装置参数，其中所述储能装置参数包括储能最大充电功率、储能最大放电功率和最大储能容量。
S104、通过所述储能装置参数计算需求侧最大响应收益，并利用评估指标对所述需求侧最大响应收益进行评估，判断用户侧是否适合加装储能装置。
具体实施过程为：首先，根据步骤S102所提出的所述需求侧响应收益的求解公式，基于所述储能最大充电功率和所述储能最大放电功率对其中的所述需求响应功率值进行调整，求解出最大的需求响应功率值，从而计算出所述需求侧最大响应收益。需要说明的是，所述需求侧最大响应收益实际上反应出用户侧使用到储能装置的成本。
其次，计算所述评估指标为：
B＝(N-NT)(Cs1+Cs2)
Figure BDA0002678463520000071
Figure BDA0002678463520000072
Cs2＝STcbj-C2
其中，B为全生命周期的预计收益，N为储能年限，NT为储能回归年限，Cs1为储能用于峰谷套利节省的电量电费，Cs2为按需量计费后节约的基本电费，Cs为用户侧预计储能的投资成本，ST为变压器容量，cbj为用户侧按变压器容量收费的单价；
最后，判断所述全生命周期的预计收益是否大于所述需求侧最大响应收益；若是，则说明用户侧适合加装储能装置；若否，则说明用户侧将储能装置应用在需量管理后，造成每月的收益无法负担储能成本，会导致用户出现亏本的情况，此时用户侧不适合加装储能装置。另外，通过对比求解出来的所述储能回归年限和所述储能年限，对上述的判断结果进行验证，若所述储能回归年限大于所述储能年限，说明用户侧不适合加装储能装置。需要说明的是，所述用户侧预计储能的投资成本Cs和所述储能年限N是由所述需求侧响应项目合同进行规定的。
图3是本发明实施例公开的一种计及需求侧响应的用户侧储能评估系统的结构组成示意图，所述评估系统包括：
获取模块201，用于获取用户侧的典型用电负荷曲线；
搭建模块202，用于建立用户侧储能评估模型；
具体的，所述搭建模块包括第一确定单元和第二确定单元；所述第一确定单元用于确定所述用户侧储能评估模型的目标函数，所述目标函数的输出值为用户侧的最低上缴费用；所述第二确定单元用于确定所述用户侧储能评估模型的储能约束条件。
输出模块203，用于将所述典型用电负荷曲线导入所述用户侧储能评估模型，并输出用户侧的储能装置参数；
判断模块204，用于通过所述储能装置参数计算需求侧最大响应收益，并利用评估指标对所述需求侧最大响应收益进行评估，判断用户侧是否适合加装储能装置。
其中，所述评估系统被配置用于执行上述的计及需求侧响应的用户侧储能评估方法，针对所述评估系统中的各个模块的具体实施方式请参考上述的实施例，在此不再赘述。
在本发明实施例中，通过搭建用户侧储能评估模型，结合用户侧在特定时间段内的实际负荷数据对用户侧的储能状况进行必要性分析，在此基础上还将需求侧响应成本引入评估模型中，可提高分布式储能系统的经济性，同时促进电力系统运行效率的提升。
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，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的一种计及需求侧响应的用户侧储能评估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 (10)

1.一种计及需求侧响应的用户侧储能评估方法，其特征在于，所述评估方法包括：
获取用户侧的典型用电负荷曲线；
建立用户侧储能评估模型；
将所述典型用电负荷曲线导入所述用户侧储能评估模型，并输出用户侧的储能装置参数；
通过所述储能装置参数计算需求侧最大响应收益，并利用评估指标对所述需求侧最大响应收益进行评估，判断用户侧是否适合加装储能装置。
2.根据权利要求1所述的用户侧储能评估方法，其特征在于，所述获取用户侧的典型用电负荷曲线包括：
采集用户侧在特定时间段内的历史用电数据；
基于K-means算法对所述历史用电数据进行分类，获取所述典型用电负荷曲线。
3.根据权利要求1所述的用户侧储能评估方法，其特征在于，所述建立用户侧储能评估模型包括：
确定所述用户侧储能评估模型的目标函数，所述目标函数的输出值为用户侧的最低上缴费用；
确定所述用户侧储能评估模型的储能约束条件。
4.根据权利要求3所述的用户侧储能评估方法，其特征在于，所述目标函数为：
min F＝C1+C2-C3
Figure FDA0002678463510000011
Figure FDA0002678463510000021
C3＝pDR*kDR*PDR*NDR
其中，F为本月上缴的电费，C1为当月的电量电费，C2为当月的基本电费，C3为需求侧响应收益，m为分时电价，T为每月的天数，PL,i(t)为第i天第t时刻的用户负荷功率，Pc,i(t)为第i天第t时刻的储能充电功率，Pd,i(t)为第i天第t时刻的储能放电功率，a为用户上报的最大需量值，b为用户实际需量值，PDR为可中断负荷电价，kDR为响应速度系数，PDR为需求响应功率值，NDR为需求响应次数。
5.根据权利要求3所述的用户侧储能评估方法，其特征在于，所述储能约束条件包括储能荷电状态约束、储能充放电状态约束、储能功率约束、储能荷电状态连续性约束和需求侧响应约束。
6.根据权利要求1所述的用户侧储能评估方法，其特征在于，所述储能装置参数包括储能最大充电功率、储能最大放电功率和最大储能容量。
7.根据权利要求1所述的用户侧储能评估方法，其特征在于，所述评估指标为：
B＝(N-NT)(Cs1+Cs2)
Figure FDA0002678463510000022
Figure FDA0002678463510000023
Cs2＝STcbj-C2
其中，B为全生命周期的预计收益，N为储能年限，NT为储能回归年限，Cs1为储能用于峰谷套利节省的电量电费，Cs2为按需量计费后节约的基本电费，Cs为用户侧预计储能的投资成本，ST为变压器容量，cbj为用户侧按变压器容量收费的单价。
8.根据权利要求7所述的用户侧储能评估方法，其特征在于，所述利用评估指标对所述需求侧最大响应收益进行评估，判断用户侧是否适合加装储能装置包括：
判断所述全生命周期的预计收益是否大于所述需求侧最大响应收益；
若是，则用户侧适合加装储能装置；
若否，则用户侧不适合加装储能装置。
9.一种计及需求侧响应的用户侧储能评估系统，其特征在于，所述评估系统包括：
获取模块，用于获取用户侧的典型用电负荷曲线；
搭建模块，用于建立用户侧储能评估模型；
输出模块，用于将所述典型用电负荷曲线导入所述用户侧储能评估模型，并输出用户侧的储能装置参数；
判断模块，用于通过所述储能装置参数计算需求侧最大响应收益，并利用评估指标对所述需求侧最大响应收益进行评估，判断用户侧是否适合加装储能装置。
10.根据权利要求9所述的用户侧储能评估系统，其特征在于，所述搭建模块包括：
第一确定单元，用于确定所述用户侧储能评估模型的目标函数，所述目标函数的输出值为用户侧的最低上缴费用；
第二确定单元，用于确定所述用户侧储能评估模型的储能约束条件。
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CN113705989A (zh) * 2021-08-17 2021-11-26 上海交通大学 基于数据驱动和偏差判据的虚拟电厂用户响应检测方法
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