基于用户负荷数据的用户侧储能选型规划研究论文_曹淳枫,黄家晖,赵文恺,刘凯

摘要：目前我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，人们的生活质量在不断的提高，对于用电的需求在不断的加大。在分析用户负荷特征和用电特点的时候，采取量化的方式进行分析，但同时也带来了庞大的负荷相关数据和工作量，因此开发出能够基于用户负荷特征和用电特点，并为售电主体分析和预测的分析平台就成为了迫切需求。基于上述两点要求，该平台需要能够对用户符合特征和用电特点进行研究。实际运用证明，在用户负荷特征分析与电价发生波动时对电价的响应方面，该平台都能够快速展示，同时具有操作简单、反应迅速等优点。

关键词：用户负荷；数据；储能选型；规划

引言

国家电网有限公司提出了“三型两网、世界一流”的战略目标，其中“三型”枢纽型、平台型、共享型，“两网”指：坚强智能电网、泛在电力物联网，建设世界一流能源互联网企业的目标已经明确。国网上海市浦东供电公司在此背景下，面对优质客户可能减少，市场份额可能下降，售电市场开始竞争并缩小的形势，逐步开始研究用户侧需求。本文就是在这种大环境下，以用户负荷特征和用电特点为基础，以提高公司竞争力、降低研究成本为目的，在调研了部分电力用户的用电情况后，通过数据预处理的研究方式，进行了负荷聚类分析。

1储能电源的技术特征

储能电源按储能方式主要有包括抽水蓄能（pumpedhydrostorage，PHS）、压缩空气储能（compressedairenergystorage，CASE）、飞轮储能（FW）等机械储能方式，及包括锂电池（Li-ion）、钒液流电池（vanadi-umredoxflowbattery，VRB）、铅酸电池（lead-acidbattey，LAB）、镍镉电池（Ni-Cd）、钠硫电池（NaS）等电化学储能方式和包括超导磁储能（superconductingmagneticenergystorage，SMES）、超级电容（electrochemcialcapacitor，EC）等电磁储能方式。据功能特点又可将高能量输入/输出的蓄电池等归为能量型，将高功率输入/输出的超级电容等归为功率型。各类型储能电源由于运行机理、化学组成、物理结构、电压和电流输出特性等不同，而使其在能量转换效率、自放电率、放电时间、循环寿命、功率密度、能量密度、环境影响程度等技术指标上均存在差异。储能电源的实际运行寿命是电池容量折损过程的反映。影响循环寿命的主要因素为充放电次数N、充/放电深度（depthofdischarge，DOD）、温度和峰值电流等。其中，DOD是最为重要的一个影响因素，即放电程度越深，寿命循环的折损就越严重。

2用户负荷数据

2.1负荷特性指标选取

为正确分析用户负荷特性，常常通过选取具有代表性的负荷特性指标，其能够反映用户用电负荷的变化规律。目前，典型的电力负荷特性指标从时间维度和物理量维度两个维度进行划分。

2.2居民用户最小边际补偿单价分析

由于负荷聚合商对居民可中断负荷的控制方式是循环启停，电器占空比（断电时间占调控总时间的比重）直接影响到居民用户的舒适程度，如图1所示为空调间歇中断，室内温度变化情况，因此按照用户电器占空比给予居民用户补偿单价比较合理。

图1 空调间歇中断下室内温度变化情况

定义c（f）为负荷聚合商对居民用户设备占空比为f时的补偿单价，在本文称为边际补偿单价。假设用户的电器功率恒定，那么：

式中：Q是未进行负荷中断前居民用户可中断负荷的使用量，q是居民用户负荷中断量。t是断电持续时间，T是进行负荷中断的总持续时间。B（F）是占空比为F时，负荷聚合商对居民用户的补偿总额。之前的研究将需求价格函数作为电能带来的边际效益来分析工业用户特点。但是居民用户不同于工业用户，他们使用电力不是用来生产，获得利润，而是用于自身消费，因此从消费者效用角度进行分析会更加合理。用户效用主要和电器占空比，经济收益有关。经济效益包括补偿金额和避免的电费。

式中：p是需要进行负荷中断时刻的单位电价，S是居民用户获得的经济收益。使其无量纲化：

式中：S′是无量纲化后的居民用户得到的经济收益。本文采用道格拉斯函数来衡量用户总效用：

式中：U（F）是占空比为F时的用户的效用，w1为居民用户对占空比的敏感程度，w1越大，说明用户对占空比敏感程度越大，w2为用户对经济收益的敏感程度，w2越大，说明用户对经济收益敏感程度越大。负荷聚合商如果想要提高用户的占空比，需要使得用户效用不下降，即：

为计算用户接受的最小的边际单位补偿单价，令：

即：

由于不同用户对用电量和补偿金额的敏感程度不同，因此不同的用户的w2的值不相同。从图2可以看出负荷聚合商对用户的最小边际补偿单价随占空比的增大而增大。并且w2越大，边际补偿单价增加的越慢，说明用户对补偿金额较敏感时，较小的价格变化便可以使用户得到满足。反之，当w2越小，边际补偿单价增加的越快，说明当用户对用电量较敏感时，较大的价格变化才能使用户得到满足。并且该理论下，最小边际补偿单价与Q无关，与电价p相关。当电价p越高时，最小边际补偿单价越小，负荷聚合商越容易对居民用户的可中断负荷进行聚合，也就是说，如果实行尖峰电价将推动居民用户参与到负荷聚合之中。

2.3用电行为指标选取

随着售电侧竞争机制的建立，售电主体与用户之间的交易会愈发频繁，电价在引导用户调整用电方式、优化配置资源的作用会愈发重要。为合理分析用户对电价改变的响应程度，在平台的设计过程中，通过对比分析用户在电价变化前后的负荷曲线，着重选取了特定的用电行为指标如响应度、峰谷比变化率、削峰率及填谷率。1）响应度：电价政策实施后，用户对电价的变化做出的响应。

式中：ΔQt和ΔPt分别为用户t时刻的电量变化量和电价变化量；Q0、P0分别为最初时刻的原始电量和原始电价。2）峰谷比变化率：电价实施前后用户用电负荷峰谷比值的变化。

式中：ΔR为峰谷比变化率；lf，bi、lg，bi分别为实施电价后用户在i时段内用电负荷峰值、负荷谷值；lf，ai、lg，ai分别为实施电价前用户在i时段内用电负荷峰值、负荷谷值。3）削峰率：电价实施后用户用电负荷峰值减小量。

式中：lf，aj、lf，bj分别为实施电价前、后用户在j时段内用电负荷峰值。4）填谷率：电价实施后用户用电负荷谷值增加量。

式中：lg，am、lg，bm分别为实施电价前、后用户在m时段内用电负荷谷值。

结语

本文主要研究了负荷聚合商对居民用户补偿方法。通过对居民用户效用的分析，得出了居民用户可中断负荷最小边际补偿单价曲线，并使用混沌粒子群算法得到了三种方案的最小补偿额。主要结论如下：居民用户可中断负荷最小边际补偿单价随占空比的增加而增加，其最小边际补偿单价曲线与电价和用户偏好有关。最优补偿方案的选取与居民用户的整体偏好均值，平均占空比无关，而和用户整体偏好离散程度有关。当用户整体偏好离散程度极小时，边际补偿方案是最优的，其它情况下，阶梯补偿方案是最优的，并且阶梯补偿价格分为3-5级比较合理。

参考文献：

［1］王书生，陈幸赟.电力体制改革中用户选择权放开的法律问题［J］.大众用电，2018，32（7）：3－5.

［2］陈伟，乐丽琴，崔凯，等.典型用户负荷特性及用电特点分析［J］.能源技术经济，2011，23（9）：44－49.

［3］李冉冉.典型用户负荷特性及用电特点研究［J］.机电信息，2016（3）：14－15.

论文作者:曹淳枫,黄家晖,赵文恺,刘凯

论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期

论文发表时间:2020/1/15

标签：用户论文;  负荷论文;  电价论文;  边际论文;  居民论文;  单价论文;  储能论文;  《电力设备》2019年第19期论文;