一種價格型柔性負荷的雙層優化調度方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種優化調度方法，具體涉及一種價格型柔性負荷的雙層優化調度方 法。
【背景技術】
[0002] 電力高峰負荷持續增長以及間歇式能源的迅猛發展增加了電網調度運行的難度， 對電力系統調節能力提出新的重大挑戰。作為發電調度的補充，部分用電量可在指定區間 內變化或在不同時段間轉移的柔性負荷的可調度特性引起了國內外學者的共同關注。柔性 負荷參與電網調度的機制包括響應電價、與電網公司合同約定或參與需求側競價等，柔性 負荷調度能夠削峰填谷、平衡間歇式能源波動和提供輔助服務，有利于豐富電網調度運行 的調節手段。
[0003] 調度中心通過制定電價引導用戶合理調節和改善用電結構和用電方式是一種可 行的方案。但由于用戶行為的自主性，其實際響應行為往往存在一定的不確定性，尤其響應 電價的機制下這種不確定性更高。此外，用戶響應和動態電價的制定存在一定的相互影響 關系，當電價過低時可能導致電網公司通過電價機制調度負荷的成本過高，也易導致用戶 需求同時轉移到低電價時段，從而引起新的用電高峰；當電價過高時，則容易引起參與用戶 的不滿，導致需求側資源的滿意度過低，影響用戶的正常用電行為。
【發明內容】
[0004] 為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種價格型柔性負荷的雙層優化調度 方法，上層為電網調度層的柔性負荷優化調度模型，以降低電網調度成本為目標實現社會 效益最大化；下層從響應成本和用電滿意度兩個方面建立柔性負荷的響應決策模型，并將 柔性負荷滿意度最大化作為上層電網調度層的約束。
[0005] 為了實現上述發明目的，本發明采取如下技術方案：
[0006] -種價格型柔性負荷的雙層優化調度方法，所述方法步驟如下：
[0007] (1)價格型柔性負荷的互動響應和互動成本分析；
[0008] (2)建立價格型柔性負荷雙層優化調度模型，上層為基于全局優化的價格型柔性 負荷調度模型，下層為柔性負荷的多主體多目標模型；
[0009] (3)柔性負荷響應量概率模型的期望值轉化；
[0010] (4)基于懲罰函數的遺傳算法求解雙層優化問題。
[0011] 本發明提供的優選技術方案中，所述步驟（1)中，建立價格型柔性負荷互動成本(； 與互動響應量△Pi,!?的關系為：
[0012] Cr=f(AP1>r) (1)
[0013] AP1>r=P1>r-Pljr0 (2)
[0014] 為初始時刻電價為c^的柔性負荷r的用電功率，P&為電價變為c1后的用電 功率，AP&為負荷r的價格響應量。
[0015] 柔性負荷的價格響應常存在一定的隨機性，結合大數定理可采用正態分布近似模 擬響應量的隨機性，假定柔性負荷r響應量APi,Jg從期望為標準差為L的正態分布 A/Gup苻），則其概率密度函數可表示為：
[0016]
【主權項】
1. 一種價格型柔性負荷的雙層優化調度方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： (1) 分析價格型柔性負荷的互動響應和互動成本； (2) 建立價格型柔性負荷雙層優化調度模型，上層為基于全局優化的價格型柔性負荷 調度模型，下層為柔性負荷的多主體多目標模型； (3) 柔性負荷響應量概率模型的期望值轉化； (4) 基于懲罰函數的遺傳算法求解雙層優化問題。
2. 根據權利要求1所述雙層優化調度方法，其特征在于，所述步驟（1)中，建立價格型 柔性負荷互動成本(；與互動響應量AP&的關系為： Cr=f(AP1>r) (1) APl，r - P I, r_Pl, rO ⑵ P1;rt為初始時刻電價為CC1的柔性負荷r的用電功率，PU為電價變為C:后的用電功率，AP1^為負荷r的價格響應量。 柔性負荷的價格響應常存在一定的隨機性，結合大數定理可采用正態分布近似模擬 響應量的隨機性，假定柔性負荷r響應量APy服從期望為y^標準差為L的正態分布 iV(/ipA2)，則其概率密度函數可表示為：
根據價格彈性系數的定義，電價越高，柔性負荷用電量越少，計及響應隨機性后可認為 柔性負荷響應量的期望h與電價變化量ACl2間成線性關系，可表示為： yr=arAc1 (4) 其中，價格彈性系數\<0; 負荷r的功率Py與電價c:之間用線性關系表示為： Pi,r-aJ1C1+0 r,PlrG[Pi；rmin,Pi；rmax] (5) 其中，p1;_、分別為負荷功率最大、最小值，價格彈性系數~< 〇,e,> 〇恒成 立； 單位時間斷面的柔性負荷調度成本可表示為：
式（2)代入式（8)，最終可以得到，電網調用柔性負荷r的成本(；與負荷互動量APu之間的關系為：
3. 根據權利要求1所述雙層優化調度方法，其特征在于，所述步驟（2)中，全局優化的 價格型柔性負荷調度模型把電網側以最小化負荷調度互動成本期望值為目標：
式中，E( ?)為數學期望算子，N%為柔性負荷個數。 約束條件包括： (a) 線路功率安全約束 負荷互動后，各支路的線路潮流在安全范圍內； P<<P<<P ("IIn) 丄 mn，min、、丄 mn、、丄 mn，max 、丄丄 / 其中，卩^表示支路潮流，Pmn,min為允許下限，Pmn,_為允許上限。通過潮流靈敏 度分析方法，由于風電出力和柔性負荷響應的不確定性，式（11)轉化為：
其中，Pnmtl為互動前的線路功率；APmn^為參與互動的柔性負荷r所產生互動量對支路mn的潮流影響；APmn_w為風場w隨機波動對支路mn的潮流影響；Pmn,min、Pmn, max分別為支路 mn功率的上、下限值；\為風電場個數。 (b) 電壓安全約束 Vi,^V^V^fflax (13) 其中，Vi為節點i電壓，V1_和V1_分別為電壓下限和電壓下限。 同理，基于靈敏度分析方法互動后的節點i電壓可表示為：
其中，Vitl為節點i的互動前電壓，AVy為參與互動的柔性負荷r所產生互動量對節點i的電壓影響，AVi;w為風場w功率波動量對節點i的電壓影響。
4.根據權利要求1所述雙層優化調度方法，其特征在于，所述步驟（2)中，柔性負荷的 多主體多目標模型負荷用電方式的滿意度是建立在負荷響應量A已與原負荷Py的基礎之 上，具體表不為：
式中，I為柔性負荷r的用電方式的滿意度，n (〇, 1]，當負荷未改變用電方式時， 用電方式滿意度最大，其值為1 ; 負荷響應互動效益的滿意度是建立在負荷響應互動效益與原負荷用電費用支出的基 礎之上，具體表不為：
式中，\為柔性負荷r的互動響應效益滿意度；Pl 為原負荷用電費用支出，PCl 為互動后負荷用電費用支出所述負荷響應滿意度包括負荷用電方式的滿意度和負荷響應 互動效益的滿意度，表示為：
柔性負荷的負荷響應滿意度是用電方式滿意度和電費收益滿意度的加權平均數；柔性 負荷的負荷響應滿意度模型轉化為： max f =入rlfrl+入r2fr2 (18) 入^Xu分別為負荷r負荷響應后電費收益滿意度的權值、負荷響應后用電方式滿意 度的權值； 假設有n個價格型柔性負荷節點，以各個價格型負荷的負荷響應滿意度期望值最大化 為目標，建立負荷側多目標優化模型：
式中，人_、人KU2分別為負荷RLi負荷響應后電費收益滿意度J勺權值、負荷響 應后用電方式滿意度心42的權值； 約束條件包括： (a) 風功率波動消納水平約束 當風電波動引起系統功率不平衡時，根據負荷的價格敏感程度制定電價，通過柔性負 荷的價格響應能夠消納風功率波動的能力為々：
式中，APu為風電波動引起的電網功率不平衡量； (b) 負荷互動量約束 A Pr，min< A P l，r< A P r，maX (21) 式中，A4_，別為柔性負荷r的互動響應量上、下限值。
5. 根據權利要求1所述雙層優化調度方法，其特征在于，所述步驟（3)中將上層優化目 標和下層優化目標中的不確定量表示成一個概率模型，公式（10)是一個含有E(AP^)-和E(APy)的期望值模型，表達式為：
確定性轉化模型，表達式為： yr-3 S r彡 APr，min，yr+3 S r彡 APr，max (24)
6. 根據權利要求I所述雙層優化調度方法，其特征在于，所述步驟（4)步驟如下： (A) 用內點法求解上層優化調度模型，將優化結果作為一組初始個體； (B) 復制生成第一代初始染色體種群； (C) 對種群中的每個給定個體（XiJ(Xi))求出個體適應度； (D) 根據設定的迭代次數和迭代誤差，判斷是否滿足上層優化調度模型的可行域；若 不滿足，則從當前種群和中間代種群中選出適應度較大的染色體并復制，隨機選擇染色體 的斷點進行交叉，按指定的小概率選取染色體進行變異，生成下一代染色體種群；跳轉至步 驟（C); (E) 輸出求取的最優值。
【專利摘要】本發明提供一種價格型柔性負荷的雙層優化調度方法，該方法包括以下步驟：(1)價格型柔性負荷的互動響應和互動成本分析；(2)建立價格型柔性負荷雙層優化調度模型，上層為基于全局優化的價格型柔性負荷調度模型，下層為柔性負荷的多主體多目標模型；(3)柔性負荷響應量概率模型的期望值轉化；(4)基于懲罰函數的遺傳算法求解雙層優化問題。該方法以降低電網調度成本為目標實現社會效益最大化，并將柔性負荷滿意度最大化作為上層電網調度層的約束，有利于引導柔性負荷參與電網調度運行，實現電網公司和柔性負荷個體或負荷聚合商的共贏。
【IPC分類】G06Q50-06, G06Q10-04
【公開號】CN104715293
【申請號】CN201510152792
【發明人】王珂, 曾丹, 姚建國, 楊勝春, 雍太有, 於益軍, 馮樹海, 李亞平, 劉建濤, 周競, 郭曉蕊, 毛文博, 米富麗
【申請人】國家電網公司, 中國電力科學研究院, 國網山東省電力公司電力科學研究院
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年4月1日