Capacity optimization of user-side energy storage system based on data analysis

KONG Dan¹，MA Chao¹，LI Yaojiang¹

(1.China Power Construction Group Jiangxi Electric Power Construction Co., Ltd ，Nanchang 330001，China)

[Abstract] The configuration of user-side energy storage capacity is related to the benefits of energy storage power stations. In order to maximize the benefits, this paper proposes a capacity configuration method of energy storage system based on enterprise power consumption data. Data analysis technology is used to establish a load model in time series. Considering the constraint conditions such as load fluctuation and demand management, a calculation model based on IRR was established to optimize the objective function, and the rational capacity allocation of the user-side energy storage system was realized.

[Key words] User side energy storage; Data analysis; Constraint condition; IRR

0 引言

用户侧储能的盈利模式主要是利用峰谷价差套利，企业利用储能系统在低谷电价时段充电，在生产用电高峰时段用储能系统放电，从而实现获利。截止2023年8月已有超过20个地区的峰谷电价差超过了0.7元/kWh，大大推动了储能实行两充两放的运行模式，增加了储能的每日盈利，从而使储能项目投资回收期大幅缩短^[1]，用户侧储能迎来了重大发展机遇。

用户侧储能容量的配置和投资收益的经济性是用户侧储能发展的关键要素，目前储能电池的成本占储能电站总投资的80%，因此，储能容量的配置成为了用户侧储能系统经济分析的重要因素^[2]。

1 负荷曲线的数据分析

目前在实际项目应用中，大多分为两种情况，一种是企业只能提供电费单，另一种是能够提供5min或15min负荷功率数据。本文针对这两种情况分别提出相应的分析方法。

情况一：只有企业电费单

依据电费单计算出的负荷点往往是平均数据，本文利用B样条曲线拟合的方法，在时间序列上构造一条曲线能顺序通过离散的数据点^[3]。数学表达式为：

图2 经B样条拟合后的曲线

情况2：有企业的功率数据

通过运用3次B样条曲线平滑负荷曲线，对比发现拟合效果比线性拟合更能平滑负荷曲线^[3]。

图3 B样条平滑曲线模块

图4 B样条拟合的曲线与线性拟合曲线对比

2 储能系统的充放电容量分析

目前用户侧储能普遍采用两充两放模式，本文提出了一种结合当地的阶梯电价时段，以不增加用户需量费用为前提，分析出储能系统的充、放电时段[t1:t2],[t3:t4],[t5:t6],[t7:t8]对应的容量的方法^[4][5]。

图5 储能容量分析方法

scipy优化器模块optimize

Scipy的优化器模块optimize可以用来求取不同函数在多个约束条件下的最优化问题，也可以用来求取函数在某一点附近的根和对应的函数值。

4 结论

本文从用户侧储能实际应用出发，基于对企业的电费单或负荷数据的数据分析，提出了储能容量精确配置的方法。本文运用运用数据分析手段，建立时间序列内的负荷模型，结合储能系统的运行模式，以储能容量、建设投入及峰谷套利为优化变量，考虑负荷波动等扰动量和需量管理等约束条件，建立以IRR为优化目标函数的计算模型，实现用户侧储能系统容量的合理配置。

致谢

本项目得到了中国电建集团江西省电力建设有限公司科技项目（编号：JEPCC-KYXM-2023-038）的支持。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 中国能源研究会储能专业委员会,中关村储能产业技术联盟.储能产业研究白皮书2019[Z].北京:中国能源研究会储能专业委员会,2019:30. 

[2] 李浩.用户侧储能经济性分析及容量配置策略研究,2021,6[231].

[3] 赖永林,林茂松,梁艳阳.基于三次非均匀B样条曲线的机器人轨迹规划算法研究.科学技术与工程,2013,13,(35):10511-10517.

[4] 郑睿敏,谭春辉,侯惠勇,等.用户侧电池储能系统容量配置探讨.电工技术,2020,5:60-62.

[5] 颜志敏,王承民,连鸿波,等.计及缺电成本的用户侧蓄电池储能系统的容量规划[J].电力系统自动化,2012,36(11):50-53.

[6] 陈丽娟,吴甜怡,柳惠波,等.基于需量管理的两阶段大用户储能优化模型[J].电力系统自动化,2019,43(1):194-200. 

[7] 薛金花,叶季蕾,陶琼,等.采用全寿命周期成本模型的用户侧电池储能经济可行性研究[J].电网技术,2016,40(8):2471-2476.

［作者简介］ 孔丹，（1989年-），女，工程师，主要从事电气设计及储能项目设计工作。