为使用户侧储能收益最大化，提出了一种参与辅助服务市场的用户侧储能优化配置方法。首先，建立了用户侧储能的全生命周期成本和考虑辅助服务的收益模型；其次，在两部制电价下，基于对储能电池运行特性和用户负荷特性的考虑，建立了一种参与辅助服务的用户侧储能优化配置模型，以储能容量和辅助服务参数为优化变量，对工业用户全寿命周期的净收益进行优化计算；然后，以广西储能辅助服务市场为例，实现了用户侧储能最优容量下的配置优化，确定了参与辅助服务的变量值；最后，通过改变政策敏感度对比分析了不同辅助服务的经济效益，给后续储能投资提供了指导性意见。

（来源：中国电力 作者：尚博阳, 许寅, 王颖, 张景平北京交通大学 电气工程学院）

(相关资料图)

引言

储能系统具有灵活可调的特性[1-2]，其可在电力系统中作为“缓冲器”参与电网削峰填谷[3-4]、调频[5-7]、需求响应[8]等方面的服务。中国的储能研究虽然相对起步较晚，但是随着相关重要文件的相继发布[9-12]，给构建储能辅助服务市场奠定了一定的基础，越来越多的科研工作者和工业人员投身于用户侧储能的辅助服务市场研究中。

用户侧配置储能系统可响应辅助服务市场中各种电力政策以及相关服务应用，为用户提供直接收益[13-14]。目前储能系统仍然存在投资成本较高和运行效率较低的问题[15-17]，导致用户配置储能后不能充分地获取其带来的经济效益。因此，如何在考虑参与辅助服务的前提下，对储能容量优化配置和经济性分析具有重要意义。

用户侧储能系统的容量配置和经济性分析是储能产业发展的关键。文献[18]以分时电价政策为基础，通过建立电池储能系统经济性模型，优化计算储能系统的配置。文献[19]在两部制分时电价下，对用户侧储能系统进行容量优化。然而文献[18-19]在配置模型中考虑的时间尺度较短，缺少在储能全寿命周期的建模，对储能经济性的评估不准确。文献[20]对用户侧储能系统在全寿命周期下的成本以及投资回报进行建模。文献[21]在储能系统容量配置模型中加入了储能电池全寿命周期的成本和收益，结果表明储能的成本仍旧是效益的关键。文献[22]基于对储能电池全寿命周期衰减特性的考虑，提出了参与需量管理的储能容量配置优化方法。然而该文献仅考虑了峰谷套利和需量管理2种用户侧储能收益模式。文献[23]选择了需求管理、需求响应和政策补贴3个辅助服务，计算了对4种类型电池储能的收益和配置结果，但是该文献着重在于对不同储能电池的配置结果进行经济分析，对储能的辅助服务建模相对简单。

综上所述，用户侧储能系统的收益来源于电费成本削减和参加辅助服务的盈利。但是，目前大多数储能优化模型没有对用户响应的政策和辅助服务应用建模。因此，为使得用户侧储能经济效益最佳，本文以全寿命周期净收益作为目标函数采用数学建模法对用户侧储能建模分析，得到考虑参加辅助服务的储能系统容量配置，并对比储能系统参与辅助服务的经济效益。

1 用户侧储能经济分析

1.1 成本模型

储能系统主要由电池组、功率转换装置和配套辅助设施等构成。其初始投资成本Cinv主要取决于储能额定功率和额定容量，可以表示为

式中：Cp、Ce分别为储能单位充/放电功率成本、单位容量成本；E为储能额定容量；P为储能额定功率值。

储能运行维护成本由电池运行消耗成本和日常维护管理成本组成，主要与储能电池额定功率有关。全寿命周期内运行维护费Cope为

式中：Cm为储能单位充/放电功率年运行维护成本；T为储能电池寿命；tr为通货膨胀率；dr为贴现率；kr为全生命周期计算系数，即电池系统全寿命周期内按复利计算的现在价值。

1.2 收益模型

1.2.1 峰谷套利收益

在采用分时电价时，储能系统可通过在电价低谷期充电，在电价高峰期放电，从而达到平移负荷，实现峰谷套利的作用。全寿命周期内的套利收益f1为

式中：S1为一天内峰谷套利的收益；i为一天中某一时刻点； Δti 为i时刻的状态持续时间，取为15min；D为储能年运行天数，取为300天；ptime,i为 i 时刻的电价；Pdis,i、Pch,i分别为储能在i时刻实际的充、放电功率；Sdis,i、Sch,i分别为储能在i时刻的充、放电状态。

1.2.2 需量管理收益

基于两部制电价政策，大工业用户每月上缴的电费应包含基本电费和电量电费两部分[24]。电量电费可基于分时电价计算，基本电费是根据用户最大需量计算。对储能系统优化配置可以合理减少用户所需最大负荷值，降低储能用户的用电成本。全寿命周期内需量管理的收益f2为

式中：S2为每个月储能用户节省的基本电费；pb为基本容量电费；Pmd为未安装储能前用户的最大负荷功率值；Pd为安装储能后用户所上报的最大需量值。

1.2.3 需求响应收益

电力需求响应是指通过电价和补助等优惠政策激励用户在电网负荷尖峰时段改变负荷用电量，从而缓解电网压力，获得相应补贴收益。

本文旨在分析广西大工业用户参与电力辅助服务的经济可行性。由于广西目前尚未发布需求响应的具体补助政策，现基于江苏省发布的电力需求响应实施细则[25]对需求响应收益建模。假定需求侧响应时间在某月的一天13:00—15:00时段，其约定需求响应收益f3为

式中：αp为第p次参与需求响应可中断负荷电价；sp为第p次调控时长对应的电价标准；vp为响应速度系数；PDSM,p为第p次参与约定响应的上报功率值；pde为需求响应次数。

表1为参与响应的调控时间对应的补偿电价标准。表2为根据需求响应提前通知用户的时间，给出用户获得补偿的响应速度系数。

表1 需求响应的补助电价

Table 1 The subsidized electricity prices for demand response

表2 需求响应的速度系数

Table 2 The speed factor of demand response

1.2.4 应急供电收益

当电网发生紧急停电时，用户侧储能可以参与应急供电的辅助服务，对重要负荷提供安全电能质量，在市电中断时可以作为应急备用电源，提高用户供电可靠性，减少用户停电损失。

假定应急供电时间在该月某天任意时段，提前1 h通知用户，用户参与供电后，获得收益f4为

式中：sq为第q次参与应急供电的单位补偿电价；PEMS,q为第q次参与应急供电的上报功率值；qem为参与应急供电的次数。

表3为根据江苏省发布的电力需求响应实施细则[25]所设定的应急供电的补助电价。

表3 应急供电的补助电价

Table 3 The subsidy price of emergency power supply