基于混合发电系统和需求响应工业用户能源用量评估方法与流程

本发明属于电力系统技术领域。

背景技术：

随着社会经济发展和生产力的提高，全球能源消耗量快速增长，工业用户电能消耗在全社会能源消耗占比普遍大于居民用电。同时，随着工业化水平的逐步提升和分布式新能源发电的兴起，工业用户能源获得方式也从传统单一的电力市场购电发生着改变。现在很多工业用户可以从不同来源获得能源，包括电力市场，互惠协议，自备小型涡轮机、储能系统、新能源发电(如风力发电、太阳能发电)和成为需求响应计划(derp)参与者。

需求响应(demandresponse)即电力需求响应的简称，是指当电力批发市场价格升高或系统可靠性受威胁时，电力用户接收到供电方发出的诱导性减少负荷的直接补偿通知或者电力价格上升信号后，改变其固有的习惯用电模式，达到减少或者推移某时段的用电负荷而响应电力供应，从而保障电网稳定，并抑制电价上升的短期行为。它是需求侧管理(dsm)的解决方案之一。基于价格的需求响应是指用户根据收到的价格信号，包括分时电价(timeofusepricing，tou)、实时电价(realtimepricing，rtp)和尖峰电价(criticalpeakpricing，cpp)等，相应地调整电力需求。可调度资源主要采用基于激励的需求侧响应策略。与需求侧资源不同，需求侧响应是指响应电力市场或者电网可靠性的需求侧资源用能暂时性的改变，需求侧资源指的是可以提供需求侧响应的可测集中负荷。

利用新能源发电已经受到国内外众多学者的广泛关注，我国也鼓励工业用户以通过清洁能源获得能源供给，用电大客户希望同时通过参与需求响应计划，增加能源利用率。但是，基于考虑光伏系统，风力涡轮机，储能系统(ess)和derp的主要用户的能源用量评估方法尚未得到普遍的定量研究，这成为了建设范在电力物联网的短板。目前研究考虑需求响应的都是基于供需互动角度，考虑新能源消纳的又没有考虑参与需求响应计划的影响。因此，寻求一种基于混合发电系统和需求响应，综合考虑供需互动与多能互补，确定工业用户同时使用储能系统的能源用量评估方法，具有实际应用的价值。

技术实现要素：

本发明的目的是通过对综合性多数据的评估，针对工业用户需求而设计的基于混合发电系统和需求响应工业用户能源用量评估方法。

本发明步骤是：

步骤1、对通过不同方式为工业客户提供能源分类别建模；

步骤2、确定功率平衡约束和双边合同限制；

步骤3、对内部系统和储能系统能源生产量评估；

步骤4、对风电和太阳能系统发电量评估；

步骤5、对参与需求响应能耗评估；

步骤6、提出求解算法和优化方法。

本发明提出了工业客户能源成本计算问题的解决方案，并研究了需求响应问题对工业客户总体成本的影响。此外，为了考虑工业客户总体成本的常规和最坏情况，提出了一种考虑综合能源发电的有效方法。基于考虑光伏系统，风力涡轮机，储能系统(ess)和derp的主要用户的电力购买成本得到了定量研究，为建设范在电力物联网提供了帮助，具有实际应用的价值。

附图说明

图1为双目标案例的度量空间模型；

图2为对于双目标问题，在最佳线上的均匀间隔点的集合；

图3为常规约束法在双目标问题中的应用；

图4用于三目标函数的最佳超平面；

图5为在最佳平面上的均匀间隔点；

图6为帕累托过滤器；

图7为帕累托过滤器流程图。

具体实施方式

本发明步骤是：

步骤1使用函数表示通过不同方式为工业客户提供能源的类别。该等式由两部分组成。第一部分表示互惠协议中的能源价格，第二部分表示电力市场供应的能源成本和mt，储能，风力发电和太阳能电池板的供能方式。

步骤2确定功率平衡约束和双边合同限制：功率平衡限制由等式表示。通过池市场，互惠协议和风力发电，太阳能电池板，mt和能量存储采购的能源数量应与derp存在的额外负载相同，并且需要在存储系统中保留所需的能量。

双边合同限制：用等式表示对互惠协议的限制。用等式表示互惠协议的功率范围。此外，用等式表示来自互惠协议的总购买能量。

步骤3对内部系统和储能系统建模：

为了表示微型涡轮机的运行成本，采用三段线性技术。表示微型涡轮机运行成本。等式表示每个部分中的功率限制的大小。此外，表示第一分段中的最大功率。表示技术特征，其表示产生的能量的上升和下降速度作为上升和下降约束。用公式计算上述等式从中显示的两个up和dn时间辅助变量中使用的最小上升和下降时间；

用等式表示能量存储系统限制。表示在计算之前存储在电池中的能量。表示电池的最高可能充电和放电能量。等式表示保留的能量范围。等式约束同时防止存储系统被充电和放电。最后，等式表示在任何给定时间内计算电池中的预留能量。

步骤4对风电和太阳能建模：

计算给定时间内的风力产生，限制风力涡轮机产生的使用能量。

太阳能发电建模:利用太阳能板利用太阳能来产生电能。此外，通常假设从这种类型产生的最大能量。计算给定时间内的太阳能发电,计算最大能量产量。限制太阳能电池板产生的使用能量。

步骤5对需求响应计划建模：

本步骤实现了derp的tou变化。derp通过将能量消耗从峰值时间移动到其他时间来平滑负载分布并降低运行费用。利用derp，消耗的一部分可以从高峰时间移动到其他时间。使用derp产生的消耗模式可以通过等式计算。

此外，derp的技术限制在等式中表示。

步骤6提出求解算法和评估方法：

利用帕累托过滤器算法，提出评估方法，详细步骤见附图。

本发明的具体步骤是：

步骤1使用函数(1)表示通过不同方式为工业客户提供能源的价格。该等式由两部分组成。第一部分表示互惠协议中的能源价格，第二部分表示电力市场供应的能源成本和mt，储能，风力发电和太阳能电池板的运营成本：

步骤2确定功率平衡约束和双边合同限制：功率平衡限制由等式(2)表示。该公式表明，通过池市场，互惠协议和风力发电，太阳能电池板，mt和能量存储采购的能源数量应与derp存在的额外负载相同，并且需要在存储系统中保留所需的能量。

双边合同限制：

等式(3)和(4)表示对互惠协议的限制。等式(3)表示互惠协议的功率范围。此外，等式(4)表示来自互惠协议的总购买能量。

步骤3对内部系统和储能系统建模：

为了表示微型涡轮机的运行成本，采用了三段线性技术。等式(5)表示微型涡轮机运行成本。等式(6)表示每个部分中的功率限制的大小。此外，等式(7)表示第一分段中的最大功率。等式(8)和(9)表示技术特征，其表示产生的能量的上升和下降速度作为上升和下降约束。公式(10)计算从(11)中显示的两个up和dn时间辅助变量中使用的最小上升和下降时间；

等式(16)—(21)表示能量存储系统限制。等式(16)表示在计算之前存储在电池中的能量。等式(17)和(18)表示电池的最高可能充电和放电能量。等式(19)表示保留的能量范围。等式(20)同时防止存储系统被充电和放电。最后，等式(21)在任何给定时间内计算电池中的预留能量。

步骤4对风电和太阳能建模：

等式(12)计算给定时间内的风力产生，等式(13)限制风力涡轮机产生的使用能量。

pt^wind≤pt^wind,max(19)

太阳能发电建模:利用太阳能板利用太阳能来产生电能。此外，通常假设从这种类型产生的最大能量。等式(14)计算给定时间内的太阳能发电,计算最大能量产量。等式(13)限制太阳能电池板产生的使用能量。

步骤5对需求响应计划建模：

本步骤实现了derp的tou变化。derp通过将能量消耗从峰值时间移动到其他时间来平滑负载分布并降低运行费用。利用derp，消耗的一部分可以从高峰时间移动到其他时间。使用derp产生的消耗模式可以通过等式(22)计算，并且它被重新形成为等式(23)。

此外，derp的技术限制在等式(24)—(27)中表示。

根据等式(24)，总消耗量在一段时间内不会改变；它只会从高峰时间转移到其他时间。在方程(25)中，还表明增加的负载必须小于基本负载的百分比。根据(26)和(27)，对derp的贡献量不应超过预先规定的值。在步骤中，20％被设置为预先规定的值。

步骤6提出求解算法和评估方法：

利用帕累托过滤器算法，提出评估方法，首先，评估双目标案例的度量空间模型。其次，确定对于双目标问题，在最佳线上的均匀间隔点的集合。再次，利用常规约束法在双目标问题中的应用，用于三目标函数的最佳超平面，最后求得在最佳平面上的均匀间隔点，为最终评估结果，具体方案见附图。