基于数字孪生架构的用户侧储能调度优化控制方法及装置与流程

本说明书涉及节能环保，适用于用户侧储能，尤其涉及一种基于数字孪生架构的用户侧储能调度优化控制方法及装置。

背景技术：

1、传统电网以发电-传输-配电架构模式为主，电力从发电端到用户端会产生多方面的电力损耗，比如高压输电过程中，由于线路电阻等因素，部分电能会转化为热能损耗，变压器变压过程会产生铁损或铜损，低压配电过程中线路电阻会造成电能的损失等等。传统的供电模式还存在着电能供应不稳定的问题，特别是在用电高峰时段和紧急情况下更为明显。用户侧储能作为一种新兴的能源技术，通过调度优化有效缓解传统电网模式的不足，为电力系统的智能化转型奠定基础。用户侧储能是指储能设备安装在用户一端，由用户自行进行储能管理和运营的模式，该模式根据用户的电力需求情况进行储能和放电，主要用于平衡用户端的电网负荷，通过储能设备调节用户端负荷曲线，实现用电尖峰期的负荷转移，从而降低电费，同时还能配合光伏或风电等再生能源，提高再生能源利用率。

2、用户侧储能技术已有了一定的研究，例如中国发明专利申请专利号cn201910259899.1，名称为“一种用户侧储能控制策略”中利用储能设备在用电低谷电价低的时候充电，在用电高峰电价高的时候将存储的电能回馈给电网，从中赚取电费差价的利润；储能设备在用户发生停电事故的时候可不间断电源给用户供电；储能设备在充电的时候可等同于容性设备，可作为用户负载无功补偿使用；用户储能优化控制器采集用户和储能设备的用电信息，通过gprs通讯将数据传送到储能优化平台，储能优化平台主要两个作用，用户查看用户的用电信息和利用经济模型进行优化得到储能设备的最佳充放电策略。

3、例如中国发明专利申请专利号cn202310443101.5，名称为“一种基于双层迭代的用户侧储能配置方法”中通过建立配电系统运营商（dso）和用户之间的两层迭代优化模型，研究光伏不确定下最优需量电价和上网电价的公式。上层选择dso作为研究对象，首先用时段划分模型确定了产消者和消费者的峰平谷周期，然后提出了利润最大化模型来确定最优需量电价和上网电价。下层以产消者和消费者为研究对象，以电度电费，需量电费和储能成本最小为目标，建立了考虑光伏不确定性风险规避的实用模型，确定用户侧最优储能配置。但是上述方法均没有考虑如何提高用户侧储能装置的利用效率及如何通过调整用户的负载来保障储能装置存储能量的充分使用。

4、现在亟需一种基于数字孪生架构的用户侧储能调度优化控制方法，从而解决现有技术中用户侧储能装置过不合理储能导致用电高峰期电能不足的问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本说明书实施例提供了一种基于数字孪生架构的用户侧储能调度优化控制方法及装置，通过构建数字孪生系统、预测用电需求、实时调整可移动负载等步骤，解决了用户侧储能装置过不合理储能导致用电高峰期电能不足的问题，充分利用了储能装置，同时优化了用户可移动负载的调整方案，实现了高峰期能量供应的持续和稳定，从而提高了用电效率，降低了总体能源消耗成本。

2、为了解决上述技术问题中的任意一种，本说明书的具体技术方案如下：

3、本说明书实施例提供了一种基于数字孪生架构的用户侧储能调度优化控制方法，包括：

4、根据用户所有负载的信息和储能装置的信息，构建数字孪生系统；

5、根据所述负载的历史用电时间预测所述负载的用电时长；

6、将所述负载的用电时长输入至所述数字孪生系统中，以便于所述数字孪生系统根据所述负载的用电时长以及所述数字孪生系统中所述负载的单位时间用电量计算所述负载的电能消耗量，并根据所述电能消耗量以及所述储能装置的储能情况计算所述储能装置的储能量，以便于所述储能装置按照所述储能量进行储能。

7、进一步地，根据所述电能消耗量以及所述储能装置的储能情况计算所述储能装置的储能量的公式为：

8、；

9、其中， q storge表示储能量， τ表示比例系数； n表示负载的数量， q i表示第 i个负载的电能消耗量， γ表示缩小系数， q b remain表示储能装置的剩余电能， q min表示储能装置的放电阈值， q max表示储能装置的最大储能， δ表示放大系数。

10、进一步地，所述负载包括可时移负载和不可时移负载；

11、所述方法还包括：

12、所述数字孪生系统的传感器获取所述负载的实时运行状态信息和在预定的用电高峰时段的高峰耗电量，并根据所述负载的高峰耗电量、实时运行状态信息以及所述储能装置的储能量判断是否需要调整可时移负载的用电时段；

13、若不需要，则控制所述储能装置正常给所述可时移负载和不可时移负载提供电能；

14、若需要，则调整所述可时移负载的用电时段，控制所述储能装置按照调整后的所述可时移负载的用电时段给所述可时移负载提供电能，并正常给所述不可时移负载提供电能。

15、进一步地，根据所述负载的高峰耗电量、实时运行状态信息以及所述储能装置的储能量判断是否需要调整可时移负载的用电时段进一步包括：

16、判断所述高峰耗电量、实时运行状态信息以及储能量是否满足如下判别式：

17、；

18、若满足判别式，则需要调整可时移负载的用电时段；若不满足上述判别式，则不需要调整可时移负载的用电时段；

19、其中， q peak表示高峰耗电量， α和 β表示比例常数， q storge表示储能量， q min表示储能装置的放电阈值， q total表示在所述用电高峰时段所有负载的高峰总耗电量， u t(i)表示所述用电高峰时段内的 t时刻所述传感器获取的第 i个负载的负载电压值， u t-1(i)表示所述用电高峰时段内的 t-1时刻所述传感器获取的第 i个负载的负载电压值， i t(i)表示所述用电高峰时段内的 t时刻所述传感器获取的第 i个负载的负载电流值， i t-1(i)表示所述用电高峰时段内的 t-1时刻所述传感器获取的第 i个负载的负载电流值， ε表示电压电流波动阈值常数， n表示负载的数量。

20、进一步地，所述方法还包括：所述数字孪生系统的传感器获取所述负载在所述用电高峰时段的预定短时域内的短时域耗电量；

21、根据所述短时域耗电量，利用公式计算所述高峰耗电量，其中， q peak表示高峰耗电量，δ t表示预定的用电高峰时段的时长，δ τ表示预定短时域的时长， wδ τ表示短时域耗电量。

22、进一步地，在需要调整可时移负载的用电时段的情况下，所述方法还包括：

23、根据可时移负载的数量生成多个负载时移方案；

24、将各负载时移方案输入到所述数字孪生系统中，以便于所述数字孪生系统分别在相同的模拟用电时段内对每个负载时移方案进行模拟，并在所述模拟用电时段内根据获取到负载的实时运行状态信息、模拟用电时段耗电量以及模拟用电时段内的电价判断各负载时移方案是否满足要求，以便于根据满足要求的所述负载时移方案调整所述可时移负载的用电时段。

25、进一步地，在所述模拟用电时段内根据获取到负载的实时运行状态信息、模拟用电时段耗电量以及模拟用电时段内的电价判断各负载时移方案是否满足要求的判别式为：

26、；

27、其中，和分别表示第 k个负载时移方案中负载在模拟用电时段内的最大功率和最小功率， λ k表示第 k个负载时移方案中负载的数量， p i,k表示第 k个负载时移方案中负载 i在模拟用电时段内的实时用电功率， c i,k表示第 k个负载时移方案中负载 i在模拟用电时段内的额定功率， q i,k表示第 k个负载时移方案中负载 i在模拟用电时段内的模拟用电时段耗电量， p i,j,k表示第 k个负载时移方案中负载 i在模拟用电时段内的第 j个用电时段的电价，， p total表示总的电能消费， n表示负载的数量， m i表示第 i个负载在高峰期的用电时长， q i表示第 i个负载在单位时间内的用电量， p i,j表示第 i个负载在高峰期的用电时长 m i对应的时间范围内的第 j个用电时间对应的电价， σ、和 η分别表示负荷阈值常数、负载率阈值常数和价格比例阈值常数， q peak表示高峰耗电量， α和 β表示比例常数， q storge表示储能量， q min表示储能装置的放电阈值， q total表示在所述用电高峰时段所有负载的高峰总耗电量。

28、另一方面，本说明书实施例还提供了一种基于数字孪生架构的用户侧储能调度优化控制装置，包括：

29、数字孪生系统构建单元，用于根据用户所有的负载和储能装置，构建数字孪生系统；

30、负载用电时长预测单元，用于根据所述负载的历史用电时间预测所述负载的用电时长；

31、储能量计算单元，用于将所述负载的用电时长输入至所述数字孪生系统中，以便于所述数字孪生系统根据所述负载的用电时长以及所述数字孪生系统中所述负载的单位时间用电量计算所述负载的电能消耗量，并根据所述电能消耗量以及所述储能装置的储能情况计算所述储能装置的储能量，以便于所述储能装置按照所述储能量进行储能。

32、另一方面，本说明书实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。

33、最后，本说明书实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法。

34、利用本说明书实施例，将数字孪生技术与用户侧储能结合起来，通过构建数字孪生系统，利用用户所有负载的历史用电时间预测各负载未来的用电时长，能够准确预测用户负载的高峰期用电时间段和用电量，并利用构建的数字孪生系统对未来的用电时长进行模拟，计算出负载的电能消耗量，并根据电能消耗量和储能装置的储能情况计算储能装置的储能量，以便于储能装置按照计算的储能量进行储能，实现了根据预测的负载电能消耗量提前对储能装置进行储能，避免用户侧储能装置储能过少导致用电高峰期电能不足，同时通过数字孪生系统的仿真测试，可以优化储能装置的储能量，提高储能装置的储能效率和稳定性，在保证用户在用电高峰期的高效稳定用电的同时降低了电能的总体消费，本说明书实施例的方法不仅在理论上具备重要意义，在实际应用中也具备广阔的应用前景，它可以提高储能装置的效率，优化用户的用电体验，同时在能源消耗和环境保护方面发挥积极作用。