基于云储能的电力系统服务模式

文/滕学军

在能源互联网中，分布式蓄能以及可再生能源会成为未来主要的发展目标。通过分布式储能，人们可以减少电费的支出，调节电力使用的多少，它的出现促进了能源互联网的进步。

现在我国针对分布式蓄能的讨论的重点放在微电网的运转以及管理上，并且对电动汽车以及能量信息化也进行了分析。有相关资料提出对下垂控制方法进行改良，能够让微电网可以保持平稳运转。有的提出了利用分布式蓄能以及分布式蓄能控制，可以对电动汽车更好的进行管理调度。

运转分布式蓄能决策策略重点包含分散策略以及集中策略。根据相关典籍的记录，其中分别提出了完全式的运转策略，多代理合作控制方法，分布式蓄能和局部控制策略，二阶椎松弛法控制外部数据等办法。并且对分布式电池蓄能体系在动态电价下的套利进行分析，最终得到了帕累托最优套利方法。

由于蓄电开销巨大，导致分布式蓄能无法大范围使用。因为储电的成本很高，导致电力价格也偏高，所以很难推广。为了克服这个难题，有相关资料推出了新型蓄电形式：云储能，它的出现可以为更多的用户提供蓄电服务。

全文重点阐述了云储能的定义和经营形式，构建了其大体研究结构。并且还对云储能的消费者以及供应商构建模型办法进行探讨，更好的为以后的研究做好了铺垫。

1 云储能概念与商业模式

1.1 云储能概念

图1：云储能系统概念图

图2：云储能研究框架

由图1可得，云储能借助自身管理得电能为消费者进行分布式的电力储存。无论是集中式还是分布式的储备能源都式通过云储能供应商来进行统一管理操作。消费者通过消费来获得一段时间的储存能源的服务。然后消费者能够按照自身需要对储备池进行充电以及用电。云储能和现实中的储能基本一致，但是要比实际蓄能使用起来更加便捷，不用安装以及特殊管理。云储能的供应商首先集中式和分布式设施的管理权限，根据消费者的实际需要，对储备资源进行对应的调整，让资源的利用率达到最大化，以此降低成本。

1.2 云储能运行机制与商业模式

影响消费者选择云储能和使用量大小的原因来自用户以前的记录，有负荷曲线、家庭光伏出力曲线等。用户通过以往的使用记录等来决定需要储存多少电力。用户的云储备池的特点和实际储备设备基本一致，都具备充放电功能等。两者的不同指出是实际储备池的位置是在用户侧收到用户的管理，而云储备池受到云储能供应商的管理。用户能够对云储备池随意进行充电放电，调整电价等，同时把命令传达给云储能供应商。用户在进行充电时所产生的开销，是要交给供应商的，再交给电网，而放电就无需交费了。

共享经济的表现形式是云储能的商业形式。云储能提供商按照其使用该服务的用户的需要进行投资以及租赁实际储电设备和能源，在现实的运转中按照用户需求和未来信息估测来进行策略的改良。由于不同消费者岁储能的需要是既有区别又相互补充，因此实际保存的能源加总的实际功率容量以及储量通常要低于所有消费者的加总，以此来达到降低成本的目的。如果实际储能资源无法满足用户需要，云储能供应商会从电网进行买入，节省了投资成本。

图3：运营主线示意图

云储能利用减少各方面的成本使利益最大化。所得到的利益会在用户以及供应商两者间均衡分配，不但可以使用户感觉云储能比实际蓄能更节约开支，而且也保证了供应商可以盈利。

云储存资源分别具备虚拟化、界面友好、资源共享这几个特点。虚拟化即消费者能够借助网络进行虚拟的电力调配；界面友好指的是消费者在使用云能源时操作简单；资源共享指的是全体云储能消费者对资源池中的电力都可以进行使用，根据用户需要合理进行分配，实现资源使用最大化。由于上述特点使云储能的优点更加突出：

（1）可以借助消费者的互补性，可以让服务供应商投入少量的资金就可以达到用户需要，因为不一样的消费者，使用电力的时间段也不同。

（2）可以借助规模效应。因为集中式储能设备规模较大，因此保存电力使用的成本要少于分散式的，进一步减少投入的总投资。

（3）借助各种信息，其服务的供应商能够根据估测技术得到大量资料，比如精确的电价、消费者能源需要等，从而制定出优化策略。提升供应商收益，减少资金投入。

现在其他国家也展开了分布式储能的商业形式的研究。具有代表性的SENEC.IES规定对使用者的能源具备管理权，而使用者能够得到多余的能源。Ampard借助资源管理体系把使用者的储备的电力进行集中来对电网进行供电。根据上述事例能够为以后发展商业形式提供借鉴。

2 云储能研究架构

在云储能定义的基础上，该文章研究出了云储能研究架构，由图2可见。针对云储能能够从经营主线、对象主线以及市场主线，这三个进行分析。每条主线不是单独存在的，而是密切相关的，三者共同组成了未来云储能主要研究内容。

2.1 云储能运营

由于云储能设施使用了新型经营方式以及商业形式，所以规划和运转都要重新进行调整，由图3可见。规划的目的在于用最少的经济投入来获得最能满足用户需要的设施组成多种储能设备进行组合，例如使用寿命短和使用寿命长的进行匹配等，把设备各自具备的特点互为补充，使其发挥出最大的价值。因此需要研究不同类型储能的技术特点，建立对应的充电放电模型、老化模型，采用线性或非线性优化的方法找出满足需求的最优储能搭配。

云储能运转的决定策略主要解决怎么在实际使用时可以有效进行充放电，以此来减少资金投入。在实体运转时，云储能用户得到的是以前的参数和未来电价、负荷等资料的估测信息，所以不够准确。所以云储能供应商要使用合适的经营策略最大程度的克服由于不准确的信息造成的经济损失。这就要求我们不断要优化用户需要估测法，还要设立控制模型。

云储能的出现一定会对之前的电网带来冲击，每一条馈线上的功率会因为时间的变动而变化，偶尔会出现反送电的情况，并且用户对于充放电的使用情况不同。所以，对于云储能给电网和电压的稳定带来的影响要加强研究，优化运转策略来降低负面干扰。

如何评判云储能经营好坏要借助合适的指标。对于云储能技术的研究是联系上文对其规划和运转的有关信息进行整合构建出一个模型。运算得出总成本，同时利用经济性指标对其进行检测。

2.2 云储能对象

图4：对象主线示意图

图5：市场主线示意图

云储能商业形式里由众多成员组成，其中由使用该服务的用户、供应商、零售商、配电网等，由图4可见。用户使用云储能可以减少费用，价格比实体服务要便宜。由于这一优势，云储能用户会改变以往的消费方式以及管理模式。所以需要对用户的规划以及储电容量、价格等之间的关系进行分析，以此来为后面的决策做铺垫。

云储能供应商是其中的主要成员。对云储能供应商我们重点从规划、运营、经济性、安全性、价格等各方面进行阐述。而且要对用户的电力使用特点和对配电网造成的影响进行研究。

零售商指的是电力市场里为用户提供一对一服务的代理商家。零售商主要是售电，然而供应商主要是提供电力保存。零售商对于电力等有关项目进行定价会对其他成员产生很大的影响。所以要对价格策略进行研究。

电网为云储能供应物力以及能源的帮助。储电设备进行放电要通过电网才可以传输到用户那里。所以要分析供应商以及用户所利用的互联网设备支付的费用以及费率和不同付款方式的影响。

除了上述的问题，要对云储能供应商和零售商以及其他成员之间的关系进行分析。通过博弈论来进行阐述，利用该理论来计划运转，并且对云储能体系和电力市场进行商业分析。同时由于各成员之间都存在一些不同种类的储能设备，其中也会存在空闲的设备。所以要针对空闲的分散式储电设备供应服务的策略和利润分配制度机械进行分析。以此得出合理调配资源的最佳策略，拓展市场占有率。

2.3 云储能市场

云储能的广泛使用是基于健全的市场，对服务项目以及定价规则进行分析，由图5可见。因为各个成员间存在信息不对等的情况，各成员间不清楚用户的用电需要以及使用时间。因此我们把区块链技术投放到云储能市场里进行应用，在保持信息透明的同时，还要联系其他经济有关原理来提升各成员的利益。

每个云储能用户的用电需求各种各样，并且同一用户的不同时间的使用规律也存在很大差别。所以对于用户行为的干扰原因和规律进行研究，利用信息挖掘把用户进行整合，推出服务套餐满足不同用户的需要。

在实际生活中使用云储能服务时，不但要设计服务套餐，还要进行合理定价策略。来确保市场中的供应商获得的利益最大。所以要对各种类型的功率容量以及能源价格进行分析，获得用户电力需求曲线，更好的为供应商决策来提供依据。

对云储能的有关研究除了上文提到的内容，还包含其他问题，比如云储能对环境以及可再生能源的干扰等。因不属于重点研究问题，所以不归纳在研究架构里。在未来研究中可能会进行深入探讨。

图6：典型日及后一天全体用户光伏、负荷与电价曲线

图7：典型日及随后一天用户充放电总需求与光伏充电总功率

3 云储能投资与规划

我们必须对投资以及建立储能设备的类别以及大小充分了解才可以更好的服务于消费者。因此提供商需要做到下列几点：

一对用户现实中的需要进行科学的估测。

二是要符合储能设备优化投资决定。要做到下列几点：通过各种技术手段减少支出；对全部用户的用电情况进行分析来决定投资容量；云储能供应商为了客户需要，选用合适的技术以及容量，以此来使价值最大化。

通常用户的放电会产生尖峰以及低谷，通常在尖峰的时候进行收放电来提升能源的可利用性。云储能提供商利用各种各样的蓄电技术来满足消费者的需求，例如功率型储能技术电池的以及能量型电容等。储能设备由于进行多次的充电和放电，它的使用寿命会越来越短，因此会增加投资金额和服务费用。

算例使用Pecan Street美国德克萨斯州奥斯汀2018年夏季某月典型日的数据来进行模拟随机选取了200个用户参与云储能服务。计算结果为用户所购买的云端储能总计功率容量和能量容量分别为409kW和898kW•h，云储能提供商的实际储能设施的功率容量和能量容量分别为317kW和556kW•h。图6展示了待决策的典型日及其后一天的全体用户光伏出力、负荷与电价的曲线，数据的时问分辨率为15min。

由于云储能提供商的典型日决策的MPC模型需要用到当日及随后一天的信息，因此根据用户运行基础模型利用每个用户的负荷、光伏出力以及电价数据模拟出典型日及其后一天实际用户充电、放电需求与用光伏给云端电池充电的功率，如图7所示。图中，充电功率用正值表示，放电功率用负值表示。可以看出，用户使用光伏充电的功率较少，只有在中午几光伏出力较大的时候才会有一些使用光伏充电的功率。

在实际运行中，用户通过白家光伏发电所获得的能量对于用户来讲儿乎是免费的，因此用户需要为充电需求超出用光伏充电的那部分能量按照实时的电价支付一定量的充电费用。从图7中还可以看出在同一时刻可能会发生用户同时存在充电和放电需求的情况。事实上，对于单个用户来说，不可能同时既充电又放电。然而不同用户的充电和放电的时问不尽相同，这种时问上的错位就导致了在某些时刻用户加总的充电放电需求同时存在。

4 云储能的运行及未来发展

4.1 运行

云储能提供商的主要职责是利用最少的成本来满足不同消费者的需要。想要完成该职能就需要对系统进行日前优化以及模型预估管理。日前优化主要是对消费者蓄能需要的具有科学性的估计，按照接下来一天的估测参数来提供储能策略。通过开展此方法能够调整各个设备的供电情况。

云储能提供商要明确储能设备的特性，即不同蓄能设备的功率，比方说其设备的充电放电功率要低于这个设备能够许可的最大功率，其保存的实际电量要处于最小需求电量和最大蓄能电量之间。

除此之外，云储能的运转还会受到外界多种原因的干扰，从而造成储电效果不稳定，所以在运转的时候只有对邻近的时间段进行估测得出的结果比较准确。为了可以提升云储存处理问题的灵活程度，提供商可以利用信息技术对电价、负荷等信息的搜集来更好的做出决定。

4.2 展望

云储能是共享经济在用户侧储能中的催生出的新形式，也是未来信息技术发展的主要方向。利用云储能技术，电网能把分较为分散的储能资源进行集中处理，合成较大的储能电站，提高能源使用率。并且以后云储能设备包含的能源种类较多。

5 结语

云储能是共享经济与电力系统储能融合的产物，是未来电网的一个新的形态选择。本文在给出了云储能的定义并详细阐述云储能基本商业模式的基础上对云储能的投资规划、运行、服务定价等子领域的研究方法、研究进展和研究思路进行了阐述。此外，本文还对未来云储能研究中的关键问题进行了讨论与展望。随着云储能研究的不断深入，未来可能会出现与云储能相关的工程实践，届时会对云储能的理论研究产生进一步的推动作用。