摘要

居民用戶配置共享儲(chǔ)能可以降低儲(chǔ)能的配置成本，提高儲(chǔ)能帶來的套利收益。針對目前居民用戶共享儲(chǔ)能配置存在的容量冗余問題，提出一種考慮容量削減的居民用戶共享儲(chǔ)能優(yōu)化配置方法。首先，以全體居民用戶在共享儲(chǔ)能全壽命周期內(nèi)的凈收益最大為目標(biāo)構(gòu)建共享儲(chǔ)能優(yōu)化配置模型，獲取居民用戶的充/放電策略；其次，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，對該充/放電策略進(jìn)行分析，計(jì)算居民用戶同時(shí)充/放電的概率；再次，引入削減比例系數(shù)對共享儲(chǔ)能初步配置結(jié)果進(jìn)行修正，通過對居民用戶的同時(shí)充/放電概率進(jìn)行約束，以計(jì)及運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)成本的共享儲(chǔ)能配置成本最小為目標(biāo)確定最優(yōu)的削減比例系數(shù)；最后，通過算例進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明，所提的共享儲(chǔ)能可在傳統(tǒng)共享儲(chǔ)能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步縮減儲(chǔ)能配置規(guī)模，減少共享儲(chǔ)能的配置成本。

01 研究背景

為了實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，亟需加快構(gòu)建以新能源為主的新型電力系統(tǒng)，然而新能源出力的隨機(jī)性、波動(dòng)性給電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來了新挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能因其靈活的功率調(diào)節(jié)能力在保障電力系統(tǒng)安全運(yùn)行方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。目前，儲(chǔ)能廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)，其中用戶側(cè)儲(chǔ)能大多應(yīng)用于工業(yè)用戶和商業(yè)用戶。隨著儲(chǔ)能多應(yīng)用場景和多技術(shù)路線的規(guī)模化發(fā)展，居民用戶儲(chǔ)能受到了廣泛關(guān)注。對于居民用戶儲(chǔ)能而言，其投資成本較高、使用壽命周期有限等問題成為限制其大規(guī)模發(fā)展的主要因素。因此，對于居民用戶的儲(chǔ)能規(guī)劃而言，如何實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的優(yōu)化配置成為研究重點(diǎn)。

針對居民用戶儲(chǔ)能優(yōu)化配置問題，大多文獻(xiàn)為居民用戶獨(dú)立配置儲(chǔ)能，由于居民用戶所需儲(chǔ)能的容量較小，單用戶單儲(chǔ)能的配置和運(yùn)行模式將導(dǎo)致居民用戶所需儲(chǔ)能容量定制難、儲(chǔ)能容量閑置和儲(chǔ)能投資經(jīng)濟(jì)效益不理想等問題。共享儲(chǔ)能可通過一個(gè)公共儲(chǔ)能為多個(gè)居民用戶提供服務(wù)，從而可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能的大規(guī)模配置，解決居民用戶儲(chǔ)能容量定制難的問題，并且可以充分利用大規(guī)模儲(chǔ)能帶來成本低廉的好處，以及居民用戶之間充/放電策略的互補(bǔ)性，減少儲(chǔ)能配置規(guī)模和容量閑置，提高居民用戶儲(chǔ)能配置的經(jīng)濟(jì)收益。

目前，對居民用戶共享儲(chǔ)能的研究尚處于起步階段，相關(guān)文獻(xiàn)聚焦于優(yōu)化共享儲(chǔ)能的運(yùn)行策略，但未對共享儲(chǔ)能的容量配置進(jìn)行研究。然而，只有對共享儲(chǔ)能的容量配置和運(yùn)行策略同步進(jìn)行研究才能進(jìn)一步推動(dòng)居民用戶側(cè)共享儲(chǔ)能的發(fā)展。相關(guān)文獻(xiàn)在進(jìn)行居民用戶共享儲(chǔ)能優(yōu)化配置研究時(shí)，未考慮居民用戶用電行為的變化對共享儲(chǔ)能優(yōu)化配置結(jié)果的影響。實(shí)際上，居民負(fù)荷具有一定波動(dòng)性，低谷及尖峰電價(jià)時(shí)段負(fù)荷量的大小，將強(qiáng)烈影響居民用戶充/放電功率的大小，進(jìn)而造成共享儲(chǔ)能容量的冗余。因此，從居民用戶負(fù)荷行為中，分析并獲取居民用戶的充/放電概率，并在此基礎(chǔ)上，考慮容量削減建立共享儲(chǔ)能優(yōu)化配置模型具有研究意義。

02 研究思路

本文選取具有不同居民用戶類型的某一樓棟為研究對象，以居民用戶負(fù)荷為基礎(chǔ)，分析并獲取居民用戶的充/放電概率，并以此為基礎(chǔ)，建立考慮容量削減的居民用戶共享儲(chǔ)能優(yōu)化配置模型。首先，以在共享儲(chǔ)能全壽命周期內(nèi)全體居民用戶凈收益最大為目標(biāo)，對共享儲(chǔ)能進(jìn)行優(yōu)化配置，獲取共享儲(chǔ)能初步配置結(jié)果以及居民用戶的充/放電策略；其次，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，對該充/放電策略進(jìn)行分析，計(jì)算居民用戶同時(shí)充/放電概率；再次，引入削減比例系數(shù)對共享儲(chǔ)能初步配置結(jié)果進(jìn)行修正，通過對居民用戶同時(shí)充/放電概率進(jìn)行約束，以計(jì)及運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)成本的共享儲(chǔ)能配置成本最小為目標(biāo)，獲取考慮容量削減的共享儲(chǔ)能最優(yōu)配置結(jié)果；最后，通過對比居民用戶獨(dú)立配置儲(chǔ)能、配置共享儲(chǔ)能和配置考慮容量削減的共享儲(chǔ)能三種場景，驗(yàn)證模型的有效性。

圖1　居民用戶共享儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

03 結(jié)論

針對居民用戶共享儲(chǔ)能配置存在容量冗余的問題，提出了一種考慮容量削減的居民用戶共享儲(chǔ)能優(yōu)化配置模型。首先，建立了在共享儲(chǔ)能全壽命周期內(nèi)全體居民用戶凈收益最大為目標(biāo)的共享儲(chǔ)能優(yōu)化配置模型，獲取了各居民用戶的充/放電策略。其次，運(yùn)用了統(tǒng)計(jì)學(xué)原理對居民用戶充/放電策略進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)居民用戶同時(shí)充/放電概率較低，共享儲(chǔ)能存在容量削減的空間。再次，引入了削減比例系數(shù)對共享儲(chǔ)能初步配置的結(jié)果進(jìn)行了修正，以計(jì)及運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)成本的共享儲(chǔ)能配置成本最小為目標(biāo)獲取了最優(yōu)的削減比例。最后，通過算例仿真表明:

1)相比于居民用戶獨(dú)立配置儲(chǔ)能，共享儲(chǔ)能可以在一定程度上減小儲(chǔ)能的配置規(guī)模，減少儲(chǔ)能的容量冗余，而考慮容量削減的共享儲(chǔ)能則可以進(jìn)一步減少儲(chǔ)能容量冗余，降低儲(chǔ)能配置成本，提高儲(chǔ)能配置的收益，縮短儲(chǔ)能投資回報(bào)年限。

2)在不同居民用戶同時(shí)充/放電概率閾值下，存在最優(yōu)削減比例系數(shù)使共享儲(chǔ)能的配置成本最小。當(dāng)削減比例大于最優(yōu)比例時(shí)，系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)成本較小，減少的配置成本能完全覆蓋風(fēng)險(xiǎn)成本；當(dāng)削減比例小于最優(yōu)比例時(shí)，系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)成本較大，減少的配置成本將不能覆蓋風(fēng)險(xiǎn)成本。

本文可為居民用戶共享儲(chǔ)能優(yōu)化配置提供新的思路。由于儲(chǔ)能運(yùn)行成本、峰谷電價(jià)差、儲(chǔ)能補(bǔ)貼政策、分布式電源出力等因素均會(huì)影響居民用戶的充/放電概率。因此，未來將進(jìn)一步從不同影響因素入手細(xì)化對居民用戶充/放電概率的研究。