CN116683499A - 一种用户侧储能装置功率的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用户侧储能装置功率的计算方法，属于用户侧储能装置功率计算技术领域；解决了目前用户侧储能功率无法合理配置的问题；包括如下步骤：（1）统计用户侧负荷∑P_y；（2）将用户侧负荷按储能场景需求分类，得到各类型储能相关负荷，并分别统计各类型储能相关负荷的功率；（3）根据用户负荷情况和实际需求，分别确定各类型储能相关负荷的功率相关系数，其中功率相关系数为用户储能功率需量与对应的储能相关负荷的比值；（4）分别计算各类型储能相关负荷对应的储能装置功率需量；（5）基于步骤（4）的计算结果，计算求得用户侧储能装置功率配置需求∑CP；本发明应用于用户侧储能装置的功率需量规模配置。

Description

一种用户侧储能装置功率的计算方法

技术领域

本发明提供了一种用户侧储能装置功率的计算方法，属于用户侧储能装置功率计算技术领域。

背景技术

当前，我国正在大力构建以新能源为主体的新型电力系统，作为新型电力系统的重要支撑，储能的双向功率及能量特性可解决波动性可再生能源大规模发展带来的并网消纳问题，保障电力供应的安全可靠，提高能源的综合利用效率，因此日益得到广泛应用。

储能的应用场景包括发电侧、辅助服务、电网侧、可再生能源领域和用户侧，其中，在用户侧，储能技术可以用于容量费用管理、电能质量控制、紧急备用、需求侧管理和分时电价管理等五个方面。

但在实践中，由于当前储能技术的发展尚不完善，用户侧的储能功率规模配置缺乏理论和技术指导，因此在设计中往往难以确定储能功率配置的合理性，导致用户侧储能的配置方案不满足实际需求，无法发挥其应有的作用，给用户带来不必要的经济损失。

发明内容

本发明为了解决目前用户侧储能装置功率无法合理配置的问题，提出了一种用户侧储能装置功率的计算方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用户侧储能装置功率的计算方法，包括如下步骤：

（1）统计用户侧负荷∑P_y；

（2）将用户侧负荷按储能场景需求分类，得到各类型储能相关负荷，并分别统计各类型储能相关负荷的功率；

（3）根据用户负荷情况和实际需求，分别确定各类型储能相关负荷的功率相关系数，其中功率相关系数为用户储能装置功率需量与对应的储能相关负荷的比值；

（4）分别计算各类型储能相关负荷对应的储能装置功率需量；

（5）基于步骤（4）的计算结果，计算求得用户侧储能装置功率配置需求∑CP。

所述步骤（2）中用户侧负荷按储能场景需求分类后得到以下几类负荷，分别为：

高峰负荷P_g：将仅出现在用户自身用电高峰时段的负荷定义为高峰负荷；

敏感负荷P_m：将对供电质量较为敏感的部分用户负荷定义为敏感负荷；

保安负荷P_b：将供电不可间断的部分用户负荷定义为保安负荷；

可调负荷P_k：将运行状态的改变对用户生产生活不构成直接影响，且能够用以响应电网需求侧管理要求的部分用户负荷定义为可调负荷；

正常负荷P_z：将用户正常活动所需要的全时段运行的负荷定义为正常负荷；

根据上述负荷定义分别统计高峰负荷功率∑P_g，保安负荷功率∑P_b，可调负荷功率∑P_k和正常负荷功率∑P_z。

所述步骤（4）中分别计算各类型储能相关负荷对应的储能装置功率需量的公式如下：

对于高峰负荷，CP_g=η_g∑P_g，上式中CP_g为高峰负荷对应的储能装置功率需量，η_g为高峰负荷的功率相关系数；

对于敏感负荷，CP_m=η_m∑P_y，上式中CP_m为敏感负荷对应的储能装置功率需量，η_m为敏感负荷的功率相关系数，P_y为用户整体负荷功率；

对于保安负荷，CP_b=η_b∑P_b，上式中CP_b为保安负荷对应的储能装置功率需量，η_b为保安负荷的功率相关系数；

对于可调负荷，CP_k=η_k（P_x-∑P_k），上式中CP_k为可调负荷对应的储能装置功率需量，η_k为可调负荷的功率相关系数，P_x为需求响应峰值功率，将其定义为用户为满足需求侧响应的可调负荷目标值；

对于正常负荷，CP_z=η_z∑P_z，上式中CP_z为正常负荷对应的储能装置功率需量，η_z为正常负荷的功率相关系数。

所述步骤（5）中用户侧储能装置功率配置需求∑CP的计算公式如下：

∑CP=k_gf_gCP_g+k_mf_mCP_m+k_bf_bCP_b+k_kf_kCP_k+k_zf_zCP_z；

上式中：CP为用户侧储能装置功率需量，k_g、k_m、k_b、k_k、k_z分别为高峰负荷的可靠系数、敏感负荷的可靠系数、保安负荷的可靠系数、可调负荷的可靠系数、正常负荷的可靠系数；f_g、f_m、f_b、f_k、f_z分别为高峰负荷的重复系数、敏感负荷的重复系数、保安负荷的重复系数、可调负荷的重复系数、正常负荷的重复系数。

所述步骤（5）中用户侧储能装置功率配置需求∑CP的计算公式中的可靠性系数是根据负荷的性质和重要性，以及储能装置的自身性能，分别确定各类型储能相关负荷对应的储能装置功率需量的可靠系数；k_g、k_m、k_b、k_k、k_z在1.1~1.3之间进行取值；

所述步骤（5）中用户侧储能装置功率配置需求∑CP的计算公式中的重复系数是根据各类型负荷的重复统计情况和比例，分别确定各类型储能相关负荷对应的储能装置功率需量的重复系数；f_z取1.0，f_g、f_m、f_b和f_k在0.0~1.0之间进行取值。

所述η_g在0.9~1.1之间进行取值；

所述η_m通过调相调压计算取得，或者根据实际负荷波动情况η_m在0.1~0.3之间进行取值；

所述η_b在1.0~1.2之间进行取值；

所述η_k在0.8~1.2之间进行取值；

所述η_z在0.7~1.0之间进行取值。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明提出了功率相关系数的新概念，将其应用在用户侧储能装置功率的计算方法中，本发明的方法基于实际场景需求，在理论上解决了用户侧储能装置功率的规模计算问题，可指导用户按需配置自身的储能装置的功率，使其规模充分且适当，避免因储能装置功率配置不当带来的经济损失。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明计算方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明为计算用户侧储能装置功率规模的配置，提出一种具有创新理论并且能够解决实际问题的方案。本发明涉及一个新的用户侧储能技术概念：功率相关系数，以及一系列与储能装置功率计算相关的新的用电负荷类别，本发明涉及的储能相关负荷包括高峰负荷、敏感负荷、保安负荷、可调负荷、正常负荷等类型。通过建立以及合理定义上述新的概念，形成了一套创新性的储能装置功率计算的方法和公式，为用户侧储能装置功率的确定提供定性定量的计算方法。

一个具有一定规模的电力用户，其自身的电负荷，根据其重要性，可以分成不同的负荷类别。同时，根据用户配置储能的目的，在实践中，不同类别的负荷对于储能装置的功率需求也将呈现不同的特点。分析上述特点，可以认为，具备了建立用户电负荷与储能装置功率之间的数学关系，进而准确地确定储能装置功率规模配置的可能。

本发明的基本思路是：通过分析不同用户负荷及其储能功率需求的相关性，建立并引入该相关性的概念及定义，然后以此为基础，形成用户电负荷与储能装置功率之间的定性且定量的数学关系，最终形成一种用户侧储能装置功率的计算方法。该方法的具体内容为：

（1）对拟配置储能装置的用户当前电负荷情况进行分类定义，分类的原则应基于储能装置的应用场景，使其分类与储能装置的功率需量相对应。这些负荷类型包括高峰负荷、敏感负荷、保安负荷、可调负荷、正常负荷等，其具体定义和对应的储能场景关系下面进行一一解释说明。

高峰负荷：其应用的储能场景为容量费用管理，其定义为：两部制电价用户，可通过配置一定容量的储能装置（高峰负荷储能装置功率需量，记为CP_g）用以在用电高峰时消减外部电能量需求，从而减少容量电费的支出。对应于用户自身的峰谷用电，那些仅出现在高峰时段的负荷定义为高峰负荷。

敏感负荷：其应用的储能场景为电能质量控制，其定义为：部分用户负荷，如精密机械、科研设备等，对供电质量较为敏感，为避免电能质量的波动，用户可通过配置一定容量的储能装置（敏感负荷储能装置功率需量，记为CP_m）用以克服短时的供电波动。此部分负荷定义为敏感负荷。需要指出的是，电能质量的优劣，是体现在所有用户负荷之上的，故此处与CP_m相对应的并非P_m这一单独部分，而是用户整体负荷功率P_y。

保安负荷：其应用的场景为紧急备用，其定义为：部分用户负荷，如关键计算机、消防系统等，其供电不可间断，为防止外部供电的间断，用户可通过配置一定容量的储能装置（保安负荷储能装置功率需量，记为CP_b）用以在外部电源停用的一段时间内维持其供电。此部分负荷定义为保安负荷。

可调负荷：其应用的场景为需求侧管理，其定义为：部分用户负荷，如照明、暖通类负荷及一些非关键电动机等，在部分时间内，其运行状态的改变对用户生产生活不构成直接影响，可用以响应电网需求侧管理要求，并从中获得收益。此部分负荷定义为可调负荷。相应的，用户可配置一定容量的储能装置（可调负荷储能装置功率需量，记为CP_k）充当可调负荷以补充需求侧响应总能量的不足。需要指出的是，从上述描述可见，CP_k与P_k之间无线性比例关系，而是根据需求侧管理的要求，共同组成需求响应负荷。

正常负荷：其应用的场景为分时电价管理，其定义为：用户正常活动所需要的负荷，往往全时段运行。为平衡峰谷电价的影响，减轻电价负担，用户可配置一定容量的储能装置（正常负荷储能装置功率需量，记为CP_z），对应一定的峰谷时段，通过峰放谷充的方式，对冲峰谷电价影响。此部分负荷为正常负荷，也可称作常用负荷或恒定负荷。

（2）按上述分类，统计各类型储能相关负荷功率。并将高峰负荷的统计功率标定为∑P_g，保安负荷的统计功率标定为∑P_b，可调负荷的统计功率标定为∑P_k，正常负荷的统计功率标定为∑P_z，用户总统计负荷标定为∑P_y。

（3）引入功率相关系数的概念，建立各类型储能相关负荷与储能功率需量之间的数学关系。

其中，功率相关系数定义为用户储能功率需量与对应的储能相关负荷的比值，记为η。

相应的，根据各类型储能相关负荷的对应关系，在各类型储能相关负荷与储能装置功率需量之间建立如下数学关系：

对于高峰负荷有，CP_g=η_g∑P_g（公式1）。其中，根据用户具体的削峰需求，η_g可取0.9~1.1。

对于敏感负荷有，CP_m=η_m∑P_y（公式2）。其中，根据<供配电系统设计规范>（GB50052-2009）6.0.3节条文说明，η_m应通过调相调压计算取得，如没有条件进行计算的，η_m可按规定，根据实际负荷波动情况，取0.1~0.3。

对于保安负荷有，CP_b=η_b∑P_b（公式3）。其中，根据保安负荷的重要性和功率需求，η_b可取1.0~1.2。

对于可调负荷，此处引入需求响应峰值功率P_x，将其定义为用户为满足需求侧响应的可调负荷目标值。则根据可调负荷的定义，有CP_k=η_k（P_x-∑P_k）（公式4）。其中，根据需求侧响应的变化幅度，η_k可取0.8~1.2。

对于正常负荷有，CP_z=η_z∑P_z（公式5）。其中，根据正常负荷的波动情况，η_z可取0.7~1.0。

（4）根据上述各定义和数学关系，则可得出用户侧储能装置功率计算的公式：

∑CP=k_gf_gCP_g+k_mf_mCP_m+k_bf_bCP_b+k_kf_kCP_k+k_zf_zCP_z（公式6）；

其中，k_g、k_m、k_b、k_k、k_z分别为高峰负荷的可靠系数、敏感负荷的可靠系数、保安负荷的可靠系数、可调负荷的可靠系数、正常负荷的可靠系数。上述可靠系数用以弥补储能装置检修或损坏原因、以及自然衰减造成的功率缺额。根据负荷的性质和重要性，以及储能装置的自身性能，上述可靠系数一般可按1.1~1.3选取。

f_g、f_m、f_b、f_k、f_z分别为高峰负荷的重复系数、敏感负荷的重复系数、保安负荷的重复系数、可调负荷的重复系数、正常负荷的重复系数。在实际中，五类储能相关负荷可能是互相重复的，因此应考虑避免重复计算储能装置的需量。考虑负荷的性质，一般的，f_z可取1.0，f_g、f_m、f_b和f_k则应根据重复的比例，取值在0.0~1.0之间。

（5）综上，可定量计算得出用户侧储能装置的功率配置规模∑CP。

根据上述说明，本发明计算方法的具体实施步骤为：

（1）统计用户侧负荷∑P_y。

（2）将用户侧负荷按储能场景需求分类，分别为：高峰负荷P_g，敏感负荷P_m，保安负荷P_b，可调负荷P_k，正常负荷P_z，并分别统计高峰负荷功率∑P_g，保安负荷功率∑P_b，可调负荷功率∑P_k和正常负荷功率∑P_z。

（3）根据用户负荷情况和实际需求，分别确定各类型储能相关负荷的功率相关系数η_g、η_m、η_b、η_k和η_z。

（4）根据公式1~5，分别计算各类型储能相关负荷对应的储能装置功率需量CP_g、CP_m、CP_b、CP_k和CP_z。

（5）根据负荷的性质和重要性，以及储能装置的自身性能，分别确定各类型储能相关负荷对应的储能装置功率需量的可靠系数k_g、k_m、k_b、k_k和k_z。

（6）根据各类型储能相关负荷的重复统计情况和比例，分别确定各类型储能相关负荷对应的储能装置功率需量的重复系数f_g、f_m、f_b、f_k和f_z。

（7）基于上述计算结果，根据公式6计算求得用户侧储能装置功率配置需求∑CP。

（8）计算结束。

本发明主要的创新点在于：

（1）创新性地建立了用户侧基于储能场景需求的新的负荷分类方法。

（2）基于创新的负荷分类方法，建立了不同负荷与不同储能装置功率需求之间的数学关系。

（3）在建立上述数学关系过程中，创新性地提出了功率相关系数的概念。该系数为确定储能装置功率需求提供了新的数学工具。

（4）基于上述的新概念和新方法，创新性地提出了用户侧储能装置功率配置的计算公式。

本发明为使用储能装置的电力用户提供了一种创新的、科学的且具有工程指导意义的方法和公式，能够帮助用户准确地确定其储能装置的功率需求。

本发明能够有效地、科学地服务于当前用户侧储能技术的发展需要。同时，该方法并不仅仅涵盖用户的电负荷的电储能需要，还可以进一步引申至其他类型的用户负荷（如冷热负荷）和相应的其他能量储存装置。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种用户侧储能装置功率的计算方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）统计用户侧负荷∑P_y；

（2）将用户侧负荷按储能场景需求分类，得到各类型储能相关负荷，并分别统计各类型储能相关负荷的功率；

（3）根据用户负荷情况和实际需求，分别确定各类型储能相关负荷的功率相关系数，其中功率相关系数为用户储能装置功率需量与对应的储能相关负荷的比值；

（4）分别计算各类型储能相关负荷对应的储能装置功率需量；

（5）基于步骤（4）的计算结果，计算求得用户侧储能装置功率配置需求∑CP。

2.根据权利要求1所述的一种用户侧储能装置功率的计算方法，其特征在于：所述步骤（2）中用户侧负荷按储能场景需求分类后得到以下几类负荷，分别为：

高峰负荷P_g：将仅出现在用户自身用电高峰时段的负荷定义为高峰负荷；

敏感负荷P_m：将对供电质量较为敏感的部分用户负荷定义为敏感负荷；

保安负荷P_b：将供电不可间断的部分用户负荷定义为保安负荷；

可调负荷P_k：将运行状态的改变对用户生产生活不构成直接影响，且能够用以响应电网需求侧管理要求的部分用户负荷定义为可调负荷；

正常负荷P_z：将用户正常活动所需要的全时段运行的负荷定义为正常负荷；

根据上述负荷定义分别统计高峰负荷功率∑P_g，保安负荷功率∑P_b，可调负荷功率∑P_k和正常负荷功率∑P_z。

3.根据权利要求2所述的一种用户侧储能装置功率的计算方法，其特征在于：所述步骤（4）中分别计算各类型储能相关负荷对应的储能装置功率需量的公式如下：

对于高峰负荷，CP_g=η_g∑P_g，上式中CP_g为高峰负荷对应的储能装置功率需量，η_g为高峰负荷的功率相关系数；

对于敏感负荷，CP_m=η_m∑P_y，上式中CP_m为敏感负荷对应的储能装置功率需量，η_m为敏感负荷的功率相关系数，P_y为用户整体负荷功率；

对于保安负荷，CP_b=η_b∑P_b，上式中CP_b为保安负荷对应的储能装置功率需量，η_b为保安负荷的功率相关系数；

对于可调负荷，CP_k=η_k（P_x-∑P_k），上式中CP_k为可调负荷对应的储能装置功率需量，η_k为可调负荷的功率相关系数，P_x为需求响应峰值功率，将其定义为用户为满足需求侧响应的可调负荷目标值；

对于正常负荷，CP_z=η_z∑P_z，上式中CP_z为正常负荷对应的储能装置功率需量，η_z为正常负荷的功率相关系数。

4.根据权利要求3所述的一种用户侧储能装置功率的计算方法，其特征在于：所述步骤（5）中用户侧储能装置功率配置需求∑CP的计算公式如下：

∑CP=k_gf_gCP_g+k_mf_mCP_m+k_bf_bCP_b+k_kf_kCP_k+k_zf_zCP_z；

上式中：CP为用户侧储能装置功率需量，k_g、k_m、k_b、k_k、k_z分别为高峰负荷的可靠系数、敏感负荷的可靠系数、保安负荷的可靠系数、可调负荷的可靠系数、正常负荷的可靠系数；f_g、f_m、f_b、f_k、f_z分别为高峰负荷的重复系数、敏感负荷的重复系数、保安负荷的重复系数、可调负荷的重复系数、正常负荷的重复系数。

5.根据权利要求4所述的一种用户侧储能装置功率的计算方法，其特征在于：所述步骤（5）中用户侧储能装置功率配置需求∑CP的计算公式中的可靠性系数是根据负荷的性质和重要性，以及储能装置的自身性能，分别确定各类型储能相关负荷对应的储能装置功率需量的可靠系数；k_g、k_m、k_b、k_k、k_z在1.1~1.3之间进行取值；

所述步骤（5）中用户侧储能装置功率配置需求∑CP的计算公式中的重复系数是根据各类型负荷的重复统计情况和比例，分别确定各类型储能相关负荷对应的储能装置功率需量的重复系数；f_z取1.0，f_g、f_m、f_b和f_k在0.0~1.0之间进行取值。

6.根据权利要求5所述的一种用户侧储能装置功率的计算方法，其特征在于：

所述η_g在0.9~1.1之间进行取值；

所述η_m通过调相调压计算取得，或者根据实际负荷波动情况η_m在0.1~0.3之间进行取值；

所述η_b在1.0~1.2之间进行取值；

所述η_k在0.8~1.2之间进行取值；

所述η_z在0.7~1.0之间进行取值。