本发明涉及一种量化评估领域，尤其涉及一种自备电厂发用电资源灵活性调节能力的评估方法及系统。
背景技术：
自备电厂是指企业为满足自身用电需求建造的发电厂。自备电厂按照满足本单位生产需要的准则进行发电，自用不足时则向电网购买部分电力。与之相对的是公用电厂，即为公众提供电力的发电厂。
为更好地管理监督自备电厂，国家的相关指导意见指出需正确引导和规范自备电厂的发展，促进各类型电厂共同管理，普及自备电厂的辅助服务。但是自备电厂现有的问题亟待解决，因此如何规范自备电厂并使其公平参与市场备受关注。面对现有的自备电厂管理和参与市场的相关需求，相应的管理模式已经无法应对新形势，急需升级监测管理技术。同时，自备电厂在新能源消纳和需求响应调峰领域存在巨大的应用潜力。由于自备电厂装机容量庞大，作为电力系统中的灵活性资源可以有效促进社会资源的综合利用，亟需挖掘自备电厂在新形势下帮助新能源消纳、参与调峰的应用潜力，提出切实可行的灵活互动评估方法。
技术实现要素：
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种自备电厂发用电资源灵活性调节能力的评估方法及系统。
本发明提供的技术方案是：
一种自备电厂发用电资源灵活性调节能力的评估方法，所述方法包括：
基于自备电厂发用电数据和电网购电数据以及预先构建的自备电厂发用电行为特征指标确定企业发用电各行为特征对应的数据；
基于所述企业发用电行为特征对应的数据以及预先设定的灵活性评估指标和预先构建的企业用电成本模型确定所述自备电厂灵活性调节能力；
其中，所述灵活性调节能力包括由不同需求确定的多种时间步长对应的可调节容量调节速率、单位调节成本以及可调节电量。
优选的，所述自备电厂发用电行为特征指标，包括：
日负荷率、日峰谷差率、综合效率、碳排放量、日购入电网电量和日新能源消纳量。
优选的，所述日负荷率按下式计算：
式中，k1企业自备电厂日负荷率；pt：各时刻负荷；ptmax为日最大负荷；t：表示负荷数据的组数；
所述日峰谷差率按下式计算：
式中，k2企业自备电厂日峰谷差率；ptmin为日最小负荷；
所述综合效率按下式计算：
式中，ηtotal综合效率；ηgt为自备电厂的发电效率；ηdt为电网电力的发电效率；pgt机组出力；pdt电网实时出力；pt各时刻负荷；
所述碳排放量按下式计算：
式中，kgt为自备供电的电力排放因子，kdt为电网供电的电力排放因子，δt为间隔时间。
优选的，所述日购入电网电量按下式计算：
式中，qbuy日购入电网电量；δt为间隔时间；
所述日新能源消纳量按下式计算：
式中，qrenew：日新能源消纳量；
优选的，所述指标的设定包括：
针对调频、调峰和新能源消纳不同的需求，确定基于多个时间步长的灵活性评估指标；
其中，所述基于多个时间步长的灵活性评估指标包括：基于分钟级的灵活性评估指标和基于小时级的灵活性评估指标；
所述分钟级的灵活评估指标包括：等效负荷的单位调节速率和单位调节成本；
所述小时级的灵活评估指标包括：自备电厂等效负荷的可调节电量。
优选的，所述等效负荷的单位调节速率按下式计算：
式中，
所述单位调节成本按下式计算：
式中，
优选的，所述可调节电量按下式计算：
式中，
优选的，所述企业用电成本模型的构建包括：
考虑能效水平和环保性的前提下以企业成本最低为目标构建目标函数；
为所述目标函数构建多个约束条件，求解所述企业用电成本模型得到最小企业用电成本；
所述约束条件包括：机组出力约束、能效水平约束、负荷转移成本约束、实时功率平衡和企业单位调节成本约束。
优选的，所述目标函数按下式计算：
cu＝cg(egt) cb(pdt) cc(pgt,pdt) cl(pt)-cs(pgt,pt)
式中，cu：最小企业用电成本；cg(pgt)：在t1时段内机组的发电成本；cb(pdt)：从电网购的电费用；cs(pgt,pt)：电网补贴费用；cl(pt)：不舒适度折合为成本；cc(pgt,pdt)：碳排放成本。
优选的，所述碳排放成本cc(pgt,pdt)按下式计算：
式中，cc(pgt,pdt)：碳排放成本；m为该类排放对应的排放配额，cct为碳排放市场交易价格；kgt为自备供电的电力排放因子；kdt为电网供电的电力排放因子；δt为间隔时间；pgt机组出力；pdt电网实时出力。
优选的，所述基于所述企业发用电行为数据以及预先设定的指标和预先构建的企业用电成本模型确定所述自备电厂灵活性调节能力，包括：
在综合效率满足所需效率的前提下，基于所述企业发用电行为数据求解所述企业用电成本模型计算最小企业用电成本；
基于所述最小企业用电成本对应的企业发用电行为数据，计算自备电厂的可调节容量调节速率、单位调节成本以及可调节电量。
一种自备电厂发用电资源灵活性调节能力的评估系统，所述系统包括：
行为数据确定模块，基于自备电厂发用电数据和电网购电数据以及预先构建的自备电厂发用电行为特征指标模型确定企业发用电行为数据；
能力确定模块，基于所述企业发用电行为数据以及预先设定的指标和预先构建的企业用电成本模型确定所述自备电厂灵活性调节能力；
其中，所述灵活性调节能力包括由不同需求确定的多种时间步长对应的可调节容量调节速率、单位调节成本以及可调节电量。
优选的，所述能力确定模块包括：指标设定子模块、模型构建子模块和调节子模块；
所述指标设定子模块，用于针对调频、调峰和新能源消纳不同的需求，从分钟级和小时级两个角度提出不同的灵活性评估指标；
所述模型构建子模块：用于构建企业用电成本模型；
计算子模块，基于企业用电成本模型计算的最小企业用电成本对应的企业发用电行为数据，计算所述自备电厂灵活性调节能力。
与现有技术比，本发明具有以下优益效果：
1、本发明提供的一种自备电厂发用电资源灵活性调节量的确定方法，包括基于自备电厂发用电数据和电网购电数据以及预先构建的自备电厂发用电行为特征指标模型确定企业发用电行为数据；基于所述企业发用电行为数据以及预先设定的指标和预先构建的企业用电成本模型确定所述自备电厂灵活性调节能力。本发明引导自备电厂参与调节电网实时功率平衡，实现能源的综合利用，提高运行效率。
附图说明
图1为本发明的量化评估方法流程图；
图2为本发明的灵活性调节量化评估指标分类图；
图3为本发明的自备电厂机组出力约束模型图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
本发明提供一种自备电厂发用电资源灵活性调节量化评估方法，如图1所示：所述方法包括：
步骤1：基于自备电厂发用电数据和电网购电数据以及预先构建的自备电厂发用电行为特征指标确定企业发用电各行为特征对应的数据；
步骤2：基于所述企业发用电行为特征对应的数据以及预先设定的灵活性评估指标和预先构建的企业用电成本模型确定所述自备电厂灵活性调节能力；
其中，所述灵活性调节能力包括由不同需求确定的多种时间步长对应的可调节容量调节速率、单位调节成本以及可调节电量。
其中，步骤1：基于自备电厂发用电数据和电网购电数据以及预先构建的自备电厂发用电行为特征指标确定企业发用电各行为特征对应的数据，具体如下：
通过在线监测系统采集自备电厂和电网的发用电数据。
根据自备电厂发用电数据和电网购电数据和预先构建的自备电厂发用电行为特征指标模型确定企业发用电行为数据。
自备电厂发用电行为特征指标模型从企业和电网两个角度构建；
企业角度主要分析日负荷率、日峰谷差率、综合效率和碳排放量，电网角度主要分析购入电网电量和新能源消纳量。
1-1、选取某一天的t组负荷数据，各时刻负荷可表示为pt(t＝1,2,…,t)，企业自备电厂日负荷率k1和日峰谷差率k2表达如下：
上式中，ptmax、ptmin为日最大最小负荷。
1-2、企业自备电厂发用电系统的综合效率ηtotal：
上式中，ηgt为自备电厂的发电效率，ηdt为电网电力的发电效率，pgt为机组出力，pdt为电网实时出力。
1-3、企业用电碳排放量ecarbon：
上式中，kgt为自备供电的电力排放因子，kdt为电网供电的电力排放因子。
1-4、日购入电网电量qbuy：
上式中，δt为间隔时间。
1-5、日新能源消纳量qrenew：
上式中，
综合以上，即可得到企业自备电厂的发用电行为特征指标，和基于所有指标及计算方法构成的模型。
在本实施例中，采用如下优选方案实现：
研究自备电厂发用电资源的灵活性调节能力时将发电侧与用电侧等效成一个等效负荷，以一个整体对外响应。
步骤2：基于所述企业发用电行为数据以及预先设定的指标和预先构建的企业用电成本模型确定所述自备电厂灵活性调节能力，具体包括：
2-1、在评估分钟级灵活性时，将等效负荷的单位调节速率定义为自备电厂的灵活性指标，该指标主要表征系统在不同时刻不同调度时间尺度内的灵活性调节速率。对应等效负荷功率增大和减小，该指标相应划分为向上和向下灵活性，用等效负荷的可上调容量的调节速率来表征增大功率的能力，用等效负荷的可下调容量的调节速率来表征降低功率的能力。因此，可调节容量的调节速率
上式中，
2-2、在评估分钟级灵活性时，将自备电厂等效负荷调节单位可调容量时对应用电成本的改变定义为自备电厂的灵活性指标。对应等效负荷功率的增大和减小，该指标相应划分为向上和向下灵活性，用等效负荷向上可调节容量的单位调节成本来表示自备电厂的向上灵活性，用等效负荷的向下可调节容量的单位调节成本来表示自备电厂的向下灵活性。因此，单位调节成本
2-3、在评估小时级灵活性时，将等效负荷的可调节电量定义为自备电厂的灵活性指标，该指标主要表征系统在不同时间段内的灵活性调节容量。对应等效负荷功率的增大和减小，该指标相应划分为向上和向下灵活性，用等效负荷的可上调电量来表征增大功率的范围，用等效负荷的可下调电量来表征降低功率的范围。等效负荷的上下调节电量也即该时间段内不同时刻机组出力对时间的积分。其类似于计算可调节容量变化速率指标时的方法，可调节电量由机组可调节电量和负荷转移量组成，因此可调节电量
上式中，δt为时间间隔，quser为小时级负荷转移量。
3-1、从发电侧和用电侧两个角度对企业自备电厂进行分析，构建企业用电成本模型。
自备电厂的发电成本包括初期投资、运行维护、资源消耗和交叉性补贴等成本，可表示为凸二次函数，则在t1时段内机组的发电成本cg(pgt)为：
上式中，at、bt、ct为成本函数的系数。
3-2、企业购电成本模型：
企业用电主要包括两部分来源，一部分是企业拥有的自备电厂提供的电，一部分是向电网购入的电。从电网购的电费用cb(pdt)可表达如下：
上式中，cdt为t时刻从电网购电的单位电价。
同时，pdt遵循功率平衡的原则，可表示为：
pdt pgt＝pt(12)
3-3、电网补贴费用：
电网采用补贴的方式激励发用电系统做出相应调节，而企业用电成本中也随之增加一项电网补贴费用cs(pgt,pt)可表达如下：
上式中，
3-4、不舒适度折合成本：
不同时刻转移负荷时会给用户带来一定的不舒适度感，不舒适度折合为成本cl(pt)可以表达如下：
上式中，pt0表示各个时刻未进行负荷转移前的负荷初始量，t-j表示负荷在j时刻和t时刻之间发生转移，α表示不舒适度系数。
综合以上模型可得企业用电成本cu表达如下：
cu＝cg(pgt) cb(pdt) cl(pt)-cs(pgt,pt)(15)
针对调频、调峰和新能源消纳等不同的需求，从分钟级和小时级两个角度提出不同的灵活性评估指标，如图2所示：
4-1、能效水平分析：
对于发电机组来说，从热力学角度来看机组是动态运行的，机组热力特性每一个时刻都有所不同。由于这里所研究的热力特性是根据整个热力系统分析得到的，机组的能效评价相对应地涵盖了机组整体的动态特性。因此，此处用发电机组效率来评价机组的能效水平。
由于企业用电综合效率分为自备电厂的发电效率和电网的发电效率两部分，综合效率ηtotal满足所需效率η0的不等式可以表示如下：
式中，ηgt为自备电厂的发电效率；ηdt为电网电力的发电效率；pgt机组出力；pdt电网实时出力；pt各时刻负荷。
4-2、环保性分析：
碳排放交易市场中的碳排放权无异于普通的生产性资源，在流通于生产营销的各个环节时，可以给企业带来盈利。参与碳排放权交易市场不仅响应了政府节能减排的号召，也给企业带来了碳交易成本或者盈利，这将会给企业生产营销过程中的决策行为带来影响。因此，t1时段内需要交易的碳排放量δecarbon具体可表达如下：
该企业在时段t1内该类排放成本cc(pgt,pdt)可以表示如下：
上式中，m为该类排放对应的排放配额，cct为碳排放市场交易价格。当自备电力和购入电力引起的碳排放量超出配额上限即碳排放成本大于零时，需向其他企业购买碳排放权以维持正常生产；当自备电力和购入电力引起的碳排放量小于配额上限即碳排放成本小于零时，企业在满足自身生产需求的前提下有多余的碳排放权，可以出售给其他企业获取利润。
4-3、最小化企业用电成本模型：
在考虑能效水平和环保性时，企业用电成本模型更新如下：
cu＝cg(egt) cb(pdt) cc(pgt,pdt) cl(pt)-cs(pgt,pt)(19)
约束条件如下：
1)机组出力约束：
式中，
2)能效水平约束：
式中，ηgt为自备电厂的发电效率；ηdt为电网电力的发电效率；pgt机组出力；pdt电网实时出力；pt各时刻负荷。
3)负荷转移成本约束：
上式中，cl(pt)：负荷转移成本；
4)实时功率平衡：
pdt pgt＝pt(23)
通过matlab的fmincon函数求解模型得到发电机组调整后的最优出力pgt，针对不同的场景需求，根据式(7)、式(9)计算得到可调节容量变化速率和可调节电量，从而对自备电厂的灵活性作出评估。
4-4、企业单位调节成本模型：
单位调节成本
式中，at：发电机组出力成本函数二次项系数；bt：发电机组出力成本函数一次系数；cdt：t时刻从电网购电的单位电价；cst：等效负荷每响应1mwh电网发放的补贴费用；cct：碳排放市场交易价格；kdt：自备供电的电力排放因子；kgt：电网供电的电力排放因子；pgt为机组出力；根据实际成本要求确定灵活性调节范围，例如企业自备电厂的灵活性调节要求为单位调节成本不得大于δc0，则可表示如下：
由此得到机组满足经济性的出力范围，为拥有自备电厂的企业提供灵活性调节建议，使自备电厂经济性较好地进行灵活性调节。
如图3所示的自备电厂机组出力约束模型图，从图中可以发现点a在向上调节时的上限为机组最大出力，点b在向上调节时的上限为机组向上爬坡上限，点c在向下调节时的下限为机组向下爬坡下限，点d在向下调节时的下限为机组最小出力。
实施例2：
基于同一发明构思，本发明还提供了一种自备电厂发用电资源灵活性调节量的确定系统，所述系统包括：
行为数据确定模块，基于自备电厂发用电数据和电网购电数据以及预先构建的自备电厂发用电行为特征指标模型确定企业发用电行为数据；
能力确定模块，基于所述企业发用电行为数据以及预先设定的指标和预先构建的企业用电成本模型确定所述自备电厂灵活性调节能力；
其中，所述灵活性调节能力包括由不同需求确定的多种时间步长对应的可调节容量调节速率、单位调节成本以及可调节电量。
所述能力确定模块包括：指标设定子模块、模型构建子模块和调节子模块；
所述指标设定子模块，用于针对调频、调峰和新能源消纳不同的需求，从分钟级和小时级两个角度提出不同的灵活性评估指标；
所述模型构建子模块：用于构建企业用电成本模型；
计算子模块，基于企业用电成本模型计算的最小企业用电成本对应的企业发用电行为数据，计算所述自备电厂灵活性调节能力。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
1.一种自备电厂发用电资源灵活性调节能力的评估方法，其特征在于，所述方法包括：
基于自备电厂发用电数据和电网购电数据以及预先构建的自备电厂发用电行为特征指标确定企业发用电各行为特征对应的数据；
基于所述企业发用电行为特征对应的数据以及预先设定的灵活性评估指标和预先构建的企业用电成本模型确定所述自备电厂灵活性调节能力；
其中，所述灵活性调节能力包括由不同需求确定的多种时间步长对应的可调节容量调节速率、单位调节成本以及可调节电量。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述自备电厂发用电行为特征指标，包括：
日负荷率、日峰谷差率、综合效率、碳排放量、日购入电网电量和日新能源消纳量。
3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述日负荷率按下式计算：
式中，k1企业自备电厂日负荷率；pt：各时刻负荷；ptmax为日最大负荷；t：表示负荷数据的组数；
所述日峰谷差率按下式计算：
式中，k2企业自备电厂日峰谷差率；ptmin为日最小负荷；
所述综合效率按下式计算：
式中，ηtotal综合效率；ηgt为自备电厂的发电效率；ηdt为电网电力的发电效率；pgt机组出力；pdt电网实时出力；pt各时刻负荷；
所述碳排放量按下式计算：
式中，kgt为自备供电的电力排放因子，kdt为电网供电的电力排放因子，δt为间隔时间。
4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述日购入电网电量按下式计算：
式中，qbuy日购入电网电量；δt为间隔时间；
所述日新能源消纳量按下式计算：
式中，qrenew：日新能源消纳量；
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述指标的设定包括：
针对调频、调峰和新能源消纳不同的需求，确定基于多个时间步长的灵活性评估指标；
其中，所述基于多个时间步长的灵活性评估指标包括：基于分钟级的灵活性评估指标和基于小时级的灵活性评估指标；
所述分钟级的灵活评估指标包括：等效负荷的单位调节速率和单位调节成本；
所述小时级的灵活评估指标包括：自备电厂等效负荷的可调节电量。
6.如权利要求5所述方法，其特征在于，所述等效负荷的单位调节速率按下式计算：
式中，
所述单位调节成本按下式计算：
式中，
7.如权利要求6所述方法，其特征在于，所述可调节电量按下式计算：
式中，
8.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述企业用电成本模型的构建包括：
考虑能效水平和环保性的前提下以企业成本最低为目标构建目标函数；
为所述目标函数构建多个约束条件，求解所述企业用电成本模型得到最小企业用电成本；
所述约束条件包括：机组出力约束、能效水平约束、负荷转移成本约束、实时功率平衡和企业单位调节成本约束。
9.如权利要求8所述方法，其特征在于，所述目标函数按下式计算：
cu＝cg(egt) cb(pdt) cc(pgt,pdt) cl(pt)-cs(pgt,pt)
式中，cu：最小企业用电成本；cg(pgt)：在t1时段内机组的发电成本；cb(pdt)：从电网购的电费用；cs(pgt,pt)：电网补贴费用；cl(pt)：不舒适度折合为成本；cc(pgt,pdt)：碳排放成本。
10.如权利要求9所述方法，其特征在于，所述碳排放成本cc(pgt,pdt)按下式计算：
式中，cc(pgt,pdt)：碳排放成本；m为该类排放对应的排放配额，cct为碳排放市场交易价格；kgt为自备供电的电力排放因子；kdt为电网供电的电力排放因子；δt为间隔时间；pgt机组出力；pdt电网实时出力。
11.如权利要求10所述方法，其特征在于，所述基于所述企业发用电行为数据以及预先设定的指标和预先构建的企业用电成本模型确定所述自备2图，包括：
在综合效率满足所需效率的前提下，基于所述企业发用电行为数据求解所述企业用电成本模型计算最小企业用电成本；
基于所述最小企业用电成本对应的企业发用电行为数据，计算自备电厂的可调节容量调节速率、单位调节成本以及可调节电量。
12.一种自备电厂发用电资源灵活性调节能力的评估系统，其特征在于，所述系统包括：
行为数据确定模块，基于自备电厂发用电数据和电网购电数据以及预先构建的自备电厂发用电行为特征指标模型确定企业发用电行为数据；
能力确定模块，基于所述企业发用电行为数据以及预先设定的指标和预先构建的企业用电成本模型确定所述自备电厂灵活性调节能力；
其中，所述灵活性调节能力包括由不同需求确定的多种时间步长对应的可调节容量调节速率、单位调节成本以及可调节电量。
13.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述能力确定模块包括：指标设定子模块、模型构建子模块和调节子模块；
所述指标设定子模块，用于针对调频、调峰和新能源消纳不同的需求，从分钟级和小时级两个角度提出不同的灵活性评估指标；
所述模型构建子模块：用于构建企业用电成本模型；
计算子模块，基于企业用电成本模型计算的最小企业用电成本对应的企业发用电行为数据，计算所述自备电厂灵活性调节能力。
技术总结