一种考虑需求侧响应的用户侧储能配置运行协同优化方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑需求侧响应的用户侧储能配置运行协同优化方法，包括：步骤一，建立分时电价下需求响应模型和分时电价策略优化模型；步骤二，建立用户侧储能系统全寿命周期内经济模型和运行约束；步骤三，构建用户侧储能系统配置运行协同优化模型，并结合混合整数线性规划和KKT条件求解，输出储能系统的最优容量和功率及其充放电策略。本发明专利技术通过调整分时电价策略与配置储能系统实现用户构成成本、储能系统投资收益及电网运行稳定性的最佳权衡。本发明专利技术的分时电价优化方法同时考虑净负荷波动、用户购电成本满意度，能够使用户通过更低的购电成本在较为舒适的用电环境下减少净负荷波动。净负荷波动。净负荷波动。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑需求侧响应的用户侧储能配置运行协同优化方法


[0001]本专利技术属于新型电力系统储能配置
，具体涉及一种考虑需求侧响应的用户侧储能配置运行协同优化方法。

技术介绍

[0002]用户侧储能系统具有灵活的负荷调节特性，以减少最大负载和平滑负荷变化，在电价峰时段采用储能放电，在电价谷时段对储能充电，实现用户负荷的转移，从而达到用户侧主动调节负荷、有效缓解电能供需矛盾、改善电能供需状况、使电力系统安全稳定的目的。但是，目前研究的储能技术由于其在运行方面仍存在不稳定性，大部分建立在电网侧，很少有对用户侧储能的经济效益展开研究，导致用户侧储能研究完整可靠的配置和运行，而且用户侧储能成本回报周期较长，缺乏发展的驱动力，从而使用户难以对储能进行投资。
[0003]专利公开号为CN116187099A，名称为一种基于双层迭代的用户侧储能配置方法的专利申请，包括如下步骤：S1：建立用户侧峰谷平时段划分模型；S2：构建DSO的利润最大化模型；S3：构建计及光伏不确定性的用户效益最大化模型；S4：对双层模型进行求解，确定用户侧最优储能配置。该专利申请虽然也提供了对用户侧储能配置的方法，但该专利申请没有考虑用户需求，无法根据用户需求判断而调整电价而使电网运行稳定。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种考虑需求侧响应的用户侧储能配置运行协同优化方法，从而将需求侧响应与用户侧储能系统进行联合规划，通过调整分时电价策略与配置储能系统实现用户构成成本、储能系统投资收益及电网运行稳定性的最佳权衡。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种考虑需求侧响应的用户侧储能配置运行协同优化方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一，建立分时电价下需求响应模型和分时电价策略优化模型；
[0008]步骤二，建立用户侧储能系统全寿命周期内经济模型和运行约束；
[0009]步骤三，构建用户侧储能系统配置运行协同优化模型，并结合混合整数线性规划和KKT条件求解，输出储能系统的最优容量和功率及其充放电策略；
[0010]其中，步骤一中，分时电价下需求响应的模型建立包括以下步骤：通过电力负荷弹性系数来表示负荷对电价变化的敏感程度；将一天的负荷分为谷、平、峰三种时段，根据电力负荷弹性系数和分时电价环境下用户需求响应矩阵，得出分时电价下的负荷响应模型；
[0011]分时电价策略优化模型的建立包括以下步骤：分别计算实施分时电价后谷、平、峰时段的电价；进行时段划分；以负荷均方差和轮廓系数为目标函数共同评估时段划分效果；以优化负荷特性和用户用电满意度为目标，最小化峰谷差和最小化峰值负荷；以实施分时电价前后用户用电支出的比值作为用户用电满意度的指标，选择最大化购电成本满意度为目标；以用户转移负荷与初始负荷的比值作为用户用电舒适度的指标，选择最大化用电舒
适度为目标。
[0012]可选的，步骤二中，用户侧储能系统的运行约束包括：功率平衡约束、充放电功率约束、荷电状态(SOC)约束、日运行周期内电池充放电量约束和削峰填谷约束。
[0013]可选的，所述功率平衡约束的公式如下：
[0014]P
grid
＝P
load
(i)
‑
P
dis
(i)+P
ch
(i)
[0015]式中，P
grid
为第i个时段与电网交换功率，P
load
为第i个时段用户负荷功率，P
dis
(i)为储能在第i个时段的放电功率，P
ch
(i)为储能在第i个时段的充电功率；
[0016]所述充放电功率约束的公式如下：
[0017][0018]式中，B
dis
(i),B
ch
(i)为0
‑
1变量，表示储能充放电状态，且满足任意时刻B
dis
(i)+B
cha
(i)≤1，P
dis
(i)为储能在第i个时段的放电功率，P
ch
(i)为储能在第i个时段的充电功率，P
max
为储能系统的额定功率；
[0019]所述荷电状态(SOC)约束的公式如下：
[0020][0021]式中，SOC(i)为储能系统在第i个时段的荷电状态，η
ch
,η
dis
分别为储能系统的充电和放电效率，SOC
max
和SOC
min
分别是储能荷电状态的上下限，分别取0.9和0.1，η
ch
,η
dis
分别为储能系统的充、放电效率，P
dis
(i)为储能在第i个时段的放电功率，P
ch
(i)为储能在第i个时段的充电功率，E
max
为储能系统的额定容量，i为时段，Δt为时段的持续时间；
[0022]所述日运行周期内电池充放电量约束的公式如下：
[0023]Q
d
≤Q
max
[0024]式中，Q
d
为第d天的日吞吐量，Q
max
为日吞吐量的最大值；
[0025]所述削峰填谷约束的公式如下：
[0026][0027]式中：P
load
为第i个时段用户负荷功率，P
dis
(i)为储能在第i个时段的放电功率，P
ch
(i)为储能在第i个时段的充电功率，P
peak,m
为用户原始月负荷峰值，P
′
peak,m
为加装储能后的月负荷峰值，P
′
peak,y
为加装储能后的年负荷峰值。
[0028]可选的，步骤三中，所述用户侧储能系统配置运行协同优化模型包括上层模型和下层模型，其中，所述上层模型的公式如下：
[0029]maxF1＝B
ele
+B
bas
+B
tran
+B
rec
‑
C
sys
‑
C
ope
[0030]式中，F1为储能系统全寿命周期内的净收益，B
ele
为削峰填谷收益，B
bas
为需量削减收益，B
tran
为降低变压器成本的收益，B
rec
为储能电池的回收收益，C
sys
为固定投资成本，C
ope
为运行维护成本；
[0031]所述上层模型的约束条件包括所述功率平衡约束；
[0032]所述下层模型的计算公式为：
[0033][0034]式中，F2为固定投资成本，B1为储能一天的价格套利收益，B2为储能一月的需量削本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑需求侧响应的用户侧储能配置运行协同优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，建立分时电价下需求响应模型和分时电价策略优化模型；步骤二，建立用户侧储能系统全寿命周期内经济模型和运行约束；步骤三，构建用户侧储能系统配置运行协同优化模型，并结合混合整数线性规划和KKT条件求解，输出储能系统的最优容量和功率及其充放电策略；其中，步骤一中，分时电价下需求响应的模型建立包括以下步骤：通过电力负荷弹性系数来表示负荷对电价变化的敏感程度；将一天的负荷分为谷、平、峰三种时段，根据电力负荷弹性系数和分时电价环境下用户需求响应矩阵，得出分时电价下的负荷响应模型；分时电价策略优化模型的建立包括以下步骤：分别计算实施分时电价后谷、平、峰时段的电价；进行时段划分；以负荷均方差和轮廓系数为目标函数共同评估时段划分效果；以优化负荷特性和用户用电满意度为目标，最小化峰谷差和最小化峰值负荷；以实施分时电价前后用户用电支出的比值作为用户用电满意度的指标，选择最大化购电成本满意度为目标；以用户转移负荷与初始负荷的比值作为用户用电舒适度的指标，选择最大化用电舒适度为目标。2.根据权利要求1所述的一种考虑需求侧响应的用户侧储能配置运行协同优化方法，其特征在于，步骤二中，用户侧储能系统的运行约束包括：功率平衡约束、充放电功率约束、荷电状态(SOC)约束、日运行周期内电池充放电量约束和削峰填谷约束。3.根据权利要求2所述的一种考虑需求侧响应的用户侧储能配置运行协同优化方法，其特征在于，所述功率平衡约束的公式如下：P
grid
＝P
load
(i)
‑
P
dis
(i)+P
ch
(i)式中，P
grid
为第i个时段与电网交换功率，P
load
为第i个时段用户负荷功率，P
dis
(i)为储能在第i个时段的放电功率，P
ch
(i)为储能在第i个时段的充电功率；所述充放电功率约束的公式如下：式中，B
dis
(i),B
ch
(i)为0
‑
1变量，表示储能充放电状态，且满足任意时刻B
dis
(i)+B
cha
(i)≤1，P
dis
(i)为储能在第i个时段的放电功率，P
ch
(i)为储能在第i个时段的充电功率，P
max
为储能系统的额定功率；所述荷电状态(SOC)约束的公式如下：式中，SOC(i)为储能系统在第i个时段的荷电状态，η
ch
,η
dis
分别为储能系统的充电和放电效率，SOC
max
和SOC
min
分别是储能荷电状态的上下限，分别取0.9和0.1，η
ch
,η
dis
分别为储能系统的充、放电效率，P
dis
(i)为储能在第i个时段的放电功率，P
ch
(i)为储能在第i个时段的充电功率，E
max
为储能系统的额定容量，i为时段，Δt为时段的持续时间；所述日运行周期内电池充放电量约束的公式如下：
其中，式中，向量L表示实施分时电价后用户用电量，下标v、f、p分别表示谷、平、峰三种时段，λ为用户需求响应矩阵。7.根据权利要求1所述的一种考虑需求侧响应的用户侧储能配置运行协同优化方法，其特征在于，所述的分时电价策略优化模型的各时段的电价计算公式如下：式中，ρ
v
,ρ
f
,ρ
p
分别为实施分时电价后谷、平、峰时段的电价，δ
v
,δ
f
,δ
p
分别为谷、平、峰时段电价的波动量，t表示时刻，T
v
,T
f
,T
p
分别为谷、平、峰时段；最小化峰谷差和最小化峰值负荷的公式如下：式中，f1是实施分时电价前后峰谷差之比，f2是实施分时电价前后峰值负荷比，L
0min
,L
0max
分别为实施分时电价前日负荷曲线最大最小值，L
min
,L
max
分别为实施分时电价后日负荷曲线的最大最小值；所述用户用电满意度的指标的计算公式如下：式中，f3是用户满意度指标，L
0i
,L
i
分别为实施分时电价前后第i小时的用电量，ρ
0i
,ρ
i
分别为实施分时电价前后第i小时的电价；以用户转移负荷与初始负荷的比值作为用户用电舒适度的指标，选择最大化用电舒适度为目标：式中，f4是用户舒适指标，L
0i
,L
i
分别为实施分时电价前后第i小时的用电量；采用设定权重法构建电价制定的目标函数为：min(μ1(f1+f2)
‑
μ2(f3+f4))式中,f1是实施分时电价前后峰谷差之比，f2是实施分时电价前后峰值负荷比，f...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈景文，单茜，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：