一種基于需求響應的居民用電負荷分布式管理系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于需求響應的居民用電負荷分布式管理系統及方法，首先根據調度部門下發的分時電價對本用戶的用能情況以自身費用最低進行優化并將優化的用能規劃反饋給調度部門；其次調度部門將各個用戶的負荷需求相加得到該時刻的總負荷并將其下發給第一個家庭負荷管理系統；該家庭負荷管理系統根據接收到的總負荷重新調整自身負荷，調整后的總負荷在各個家庭負荷管理系統間傳遞，直至所有用戶自身負荷調整完畢；然后所有用戶全部調整后的總負荷再次在用戶間傳遞，完成一次新的負荷調整；最后迭代在滿足預先給定條件的情況下結束，得到最終的居民負荷安排結果；本發明將多目標優化問題轉化為兩個單目標優化問題，以較小的數據量實現優化目標。
【專利說明】
一種基于需求響應的居民用電負荷分布式管理系統及方法
技術領域
[0001] 本發明屬于電力系統技術領域，尤其涉及一種基于需求響應的居民用電負荷分布 式管理系統及方法。
【背景技術】
[0002] 隨著智能電網技術的發展，利用需求響應技術進一步挖掘需求側用能系統節能潛 力成為可能。作為削峰填谷的重要手段，需求響應技術可以實現電壓的實時控制，提高電能 質量，同時需求響應也是實現節能減排的重要途徑之一。
[0003] 當前國內外需求響應技術還不成熟，不合理的需求管理手段可能會引起用戶的不 滿，甚至引起反調峰等對電網有危害的情況。并且，目前的需求響應研究主要是從電力公司 角度考慮的，沒有與用戶的目標相結合，調度部門與用戶之間大量的數據傳輸帶給通訊網 絡巨大的負荷。如何將電力公司平穩負荷曲線的目標與電力用戶降低費用的目標結合起 來，提高需求響應管理的經濟效益和社會效益，是擺在需求響應管理者面前的突出問題。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種基于需求響應的居民用電負荷分布式管理系統及方 法，將多目標優化問題轉化為兩個單目標優化問題，以較小的數據量實現優化目標，旨在解 決傳統需求響應管理目標函數不能令人滿意，在面對大量數據采集與傳輸也存在不足的問 題，減小了數據采集和傳輸的規模，提高了需求響應管理的經濟效益和社會效益。
[0005] 本發明是這樣實現的，一種基于需求響應的居民用電負荷分布式管理方法，其包 括：
[0006] 首先根據調度部門下發的分時電價對本用戶的用能情況以自身費用最低進行優 化并將優化的用能曲線反饋給調度部門；
[0007] 其次調度部門將各個用戶的負荷需求相加得到該時刻的總負荷并將其下發給第 一個家庭負荷管理系統;該家庭負荷管理系統根據接收到的總負荷重新調整自身負荷，調 整后的總負荷在各個家庭負荷管理系統間傳遞，直至所有用戶自身負荷調整完畢；
[0008] 然后所有用戶全部調整后的總負荷再次在用戶間傳遞，完成一次新的負荷調整；
[0009] 最后迭代在滿足預先給定條件的情況下結束，得到最終的居民負荷安排結果。
[0010] 進一步，所述基于需求響應的居民用電負荷分布式管理方法具體包括以下步驟：
[0011] 第一步，建立單個家庭用戶用能優化的目標函數;建立單個家庭用戶用能優化的 模型;運用混合整數線性規劃方法對優化模型進行求解;各用戶將優化的用能曲線反饋給 調度部門并由調度部門計算出總負荷；
[0012] 第二步，調度部門下發總負荷給某個家庭用戶，該用戶以平穩總負荷曲線為目標 進行自身負荷調整;將總負荷傳遞給下一個用戶直至所有用戶負荷調整完畢;重復上述過 程直至滿足迭代終止的條件，得到最終的需求響應結果。
[0013] 進一步，所述建立單個家庭用戶用能優化的目標函數的計算公式如下：
[0014]
[0015]
[0016] 式中，Cn是第η個居民用戶的費用;pt是t時刻的電價；時刻第η個用戶 的負荷；是t時刻第η個用戶的固定負荷；是t時刻第η個用戶電動汽車的電負荷； ^0是1時刻第η個用戶設備a的負荷。
[0017] 進一步，所述建立單個家庭用戶用能優化的模型的步驟包括：
[0018] 步驟一、建立用戶可參與需求響應的設備的模型：
[0019]
[0020] 式中，/3廠是1時刻第η個用戶設備a的電負荷；At是某個時間間隔；€是一個完整 的運行周期內第η個用戶設備a運行需要的總電能。
[0021] 步驟二、建立電動汽車設備的模型：
[0022]
[0023] 式中，分別是t時刻第η個用戶的電動汽車存儲的總能量。
[0024] 進一步，所述運用混合整數線性規劃方法對優化模型進行求解的通用模型如下：
[0025]
[0026] 式中，X表示決策變量;xi表示整數決策變量;Ζ表示整數集;nb表示整數變量的個 數;xj表示實數決策變量;R表示實數集;n r表示實數變量的個數;b表示約束集;A表示工藝系 數矩陣;cT表示價值系數矩陣。
[0027] 進一步，所述該用戶以平穩總負荷曲線為目標進行自身負荷調整的目標函數的計 算公式如下：
[0028]
[0029]
[0030]
[0031]
[0032] 式中，Var是總負荷的方差；是t時刻的總負荷^_是總平均負荷。
[0033] 本發明的另一目的在于提供一種基于需求響應的居民用電負荷分布式管理系統， 所述基于需求響應的居民用電負荷分布式管理系統包括：
[0034]用戶用能優化模塊，根據調度部門下發的分時電價對本用戶的用能情況以自身費 用最低進行優化；
[0035]數據傳輸模塊，居民用戶將優化的用能曲線反饋給調度部門，調度部門將各個用 戶的負荷需求相加得到該時刻的總負荷并將其下發給第一個家庭負荷管理系統，調整后的 總負荷在各個家庭負荷管理系統間傳遞，最后一個家庭負荷管理系統將總負荷上傳至調度 中心；
[0036]用能負荷重新調整模塊，家庭負荷管理系統根據接收到的總負荷重新調整自身負 荷，調整后的總負荷在各個家庭負荷管理系統間傳遞，直至所有用戶自身負荷調整完畢。
[0037] 與現有技術比，本發明的有益成果為：
[0038] 本發明對需求響應中用戶側的運行目標進行了優化，運用混合整數非線性規劃方 法實現了各居民用戶費用最低的目標。
[0039] 本發明對需求響應中電網側的運行目標進行了優化，通過若干次信息傳遞與迭代 運算實現了總負荷曲線的平穩化，促進了削峰填谷這一目的的實現。
[0040] 本發明充分發揮了分布式處理方法在解決多目標問題上的優勢，通過有限的數據 即可實現需求響應管理的目標，減小了數據采集和傳輸的規模，提高了需求響應管理的經 濟效益和社會效益。
【附圖說明】
[0041] 圖1是本發明實施例提供的基于需求響應的居民用電負荷分布式管理方法流程 圖；
[0042] 圖2是本發明實施例提供的運用混合整數線性規劃進行用戶用能優化的流程圖。
【具體實施方式】
[0043] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖對本發明的
【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0044] 如圖1所示，本發明實施例的基于需求響應的居民用電負荷分布式管理方法包括 以下步驟：
[0045] S101:根據調度部門下發的分時電價對本用戶的用能情況以自身費用最低進行優 化并將優化的用能曲線反饋給調度部門；
[0046] S102:調度部門將各個用戶的負荷需求相加得到該時刻的總負荷并將其下發給第 一個家庭負荷管理系統；
[0047] S103:根據接收到的總負荷重新調整自身負荷，調整后的總負荷在各個家庭負荷 管理系統間傳遞，直至所有用戶自身負荷調整完畢；
[0048] S104:所有用戶全部調整后的總負荷再次在用戶間傳遞，完成一次新的負荷調整；
[0049] S105:迭代在滿足預先給定條件的情況下結束，得到最終的居民負荷安排結果。
[0050] 所述基于需求響應的居民用電負荷分布式管理方法具體包括以下步驟：
[0051]第一步，建立單個家庭用戶用能優化的目標函數;建立單個家庭用戶用能優化的 模型;運用混合整數線性規劃方法對優化模型進行求解;各用戶將優化的用能曲線反饋給 調度部門并由調度部門計算出總負荷。
[0052]本實施例中，建立單個家庭用戶用能優化的模型的步驟包括：
[0053] 步驟一、建立用戶可參與需求響應的設備的模型：
[0054]
[0055] 式中，<^是1時刻第η個用戶設備a的電負荷；Δ t是某個時間間隔；€是一個完整 的運行周期內第η個用戶設備a運行需要的總電能。
[0056] 步驟二、建立電動汽車設備的模型：
[0057]
[0058] 式中，€「與€廣分別是t時刻第n個用戶的電動汽車存儲的總能量。
[0059] 建立單個家庭用戶用能優化的目標函數的計算公式如下：
[0060]
[0061]
[0062] 式中，Cn是第η個居民用戶的費用;0是t時刻的電價;是t時刻第η個用戶的 負荷是t時刻第η個用戶的固定負荷;巧f是t時刻第η個用戶電動汽車的電負荷； 是t時刻第η個用戶設備a的負荷。
[0063] 如圖2所示，本發明實施例提供的運用混合整數線性規劃進行用戶用能優化的方 法如下：
[0064] (1)首先搭建混合整數線性規劃模型;運用混合整數線性規劃方法對優化模型進 行求解的通用模型如下：
[0065]
[0066] 式中，X表示決策變量;xi表示整數決策變量;Z表示整數集;nb表示整數變量的個 數;xj表示實數決策變量;R表示實數集;n r表示實數變量的個數;b表示約束集;A表示工藝系 數矩陣;cT表示價值系數矩陣。
[0067] (2)確立目標函數和約束條件。目標函數即為上文所述的單個家庭用戶用能優化 的目標函數;約束條件即為上文建立的用戶可參與需求響應的設備和電動汽車設備的模型 約束。
[0068] (3)使用分支定界法求解該混合整數線性規劃問題。分支就是逐次對可行域進行 劃分；定界就是指對于每個分支計算原問題的最優解的下界，即盡可能去掉一些明顯地非 最優點，避免完全枚舉。
[0069] (4)檢查所有分支的解及目標函數值，若某分支的解是整數并且目標函數值大于 等于其他分支的目標值，則將其他分支剪去不再計算，若還存在非整數解并且目標值大于 整數解的目標值，需要繼續分支，再檢查，直到得到最優解。
[0070] 第二步，調度部門下發總負荷給某個家庭用戶，該用戶以平穩總負荷曲線為目標 進行自身負荷調整;將總負荷傳遞給下一個用戶直至所有用戶負荷調整完畢;重復上述過 程直至滿足迭代終止的條件，得到最終的需求響應結果。
[0071] 本實施例中，用戶以平穩總負荷曲線為目標進行自身負荷調整的目標函數的計算 公式如τ- ?； 0072]
[0073]
[0074]
[0075]
[0076] 式中，Var是總負荷的方差;時刻的總負荷;是總平均負荷。
[0077] 本發明的另一目的在于提供一種基于需求響應的居民用電負荷分布式管理系統， 所述基于需求響應的居民用電負荷分布式管理系統包括：
[0078] 用戶用能優化模塊，根據調度部門下發的分時電價對本用戶的用能情況以自身費 用最低進行優化；
[0079] 數據傳輸模塊，居民用戶將優化的用能曲線反饋給調度部門，調度部門將各個用 戶的負荷需求相加得到該時刻的總負荷并將其下發給第一個家庭負荷管理系統，調整后的 總負荷在各個家庭負荷管理系統間傳遞，最后一個家庭負荷管理系統將總負荷上傳至調度 中心；
[0080] 用能負荷重新調整模塊，家庭負荷管理系統根據接收到的總負荷重新調整自身負 荷，調整后的總負荷在各個家庭負荷管理系統間傳遞，直至所有用戶自身負荷調整完畢。
[0081] 本實施例提出一種基于需求響應的居民用電負荷分布式管理系統及方法，綜合考 慮了調度部門和電力用戶需求響應目標函數的特點，減小數據采集和傳輸的規模，將多目 標優化問題轉化為兩個單目標優化問題，首先每個電力用戶以費用最低為目標函數進行用 能特點的優化，在此基礎上，以平穩總負荷曲線為目標進行第二步優化，各電力用戶依次調 整自己的用能計劃，經過若干次迭代，可以證明系統可以同時滿足上述兩個目標，實現經濟 穩定運行。
[0082] 基于上述，本發明將多目標優化問題轉化為兩個單目標優化問題，以較小的數據 量實現優化目標，提供了一種有效、實用、科學的基于需求響應的居民用電負荷分布式管理 方法;其對需求響應中用戶側的運行目標進行了優化，運用混合整數非線性規劃方法實現 了各居民用戶費用最低的目標;并對需求響應中電網側的運行目標進行了優化，通過若干 次信息傳遞與迭代運算實現了總負荷曲線的平穩化，促進了削峰填谷這一目的的實現;而 且充分發揮了分布式處理方法在解決多目標問題上的優勢，通過有限的數據即可實現需求 響應管理的目標，減小了數據采集和傳輸的規模，提高了需求響應管理的經濟效益和社會 效益。
[0083]最后應當說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，盡 管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然 可以對本發明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本發明精神和范圍的任何 修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1. 一種基于需求響應的居民用電負荷分布式管理方法，其特征在于，包括： (一) 根據調度部口下發的分時電價對本用戶的用能情況W自身費用最低進行優化并 將優化的用能規劃反饋給調度部口； (二） 調度部口將各個用戶的負荷需求相加得到該時刻的總負荷并將該時刻的總負荷 下發給第一個家庭負荷管理系統;該家庭負荷管理系統根據接收到的總負荷重新調整自身 負荷，調整后的總負荷在各個家庭負荷管理系統間傳遞，直至所有用戶自身負荷調整完畢； (Ξ)所有用戶全部調整后的總負荷再次在用戶間傳遞，完成一次新的負荷調整； (四）迭代在滿足預先給定條件的情況下結束，得到最終的居民負荷安排結果。2. 如權利要求1所述的基于需求響應的居民用電負荷分布式管理方法，其特征在于，所 述步驟(一）中，根據調度部口下發的分時電價對本用戶的用能情況W自身費用最低進行優 化的方法為:首先建立單個家庭用戶用能優化的目標函數;然后，建立單個家庭用戶用能優 化的模型;此后，運用混合整數線性規劃方法對優化模型進行求解，得到用戶優化后的用能 規劃。3. 如權利要求2所述的基于需求響應的居民用電負荷分布式管理方法，其特征在于，所 述建立單個家庭用戶用能優化的目標函數的計算公式如下：式中，Cn是第η個居民用戶的費用；pt是t時刻的電價；巧是t時刻第η個用戶的負 荷;是t時刻第η個用戶的固定負荷；是t時刻第η個用戶電動汽車的電負荷;是t 時刻第η個用戶設備a的負荷。4. 如權利要求2所述的基于需求響應的居民用電負荷分布式管理方法，其特征在于，所 述建立單個家庭用戶用能優化的模型的步驟包括： 步驟一，建立用戶可參與需求響應的設備的模型：式中，是t時刻第η個用戶設備a的電負荷；At是某個時間間隔；f；：是一個完整的運 行周期內第η個用戶設備a運行需要的總電能； 步驟二，建立電動汽車設備的模型：式中，巧t與巧4分別是t時刻第η個用戶的電動汽車存儲的總能量。5. 如權利要求2所述的基于需求響應的居民用電負荷分布式管理方法，其特征在于，所 述運用混合整數線性規劃方法對優化模型進行求解的通用模型如下：式中，X表示決策變量;Xi表示整數決策變量;z表示整數集;nb表示整數變量的個數;Xj 表示實數決策變量;R表示實數集;nr表示實數變量的個數;b表示約束集;A表示工藝系數矩 陣;J表示價值系數矩陣。6. 如權利要求1所述的基于需求響應的居民用電負荷分布式管理方法，其特征在于，所 述步驟(二）中，調度部口下發總負荷給某個家庭用戶，該用戶W平穩總負荷曲線為目標進 行自身負荷調整;將總負荷傳遞給下一個用戶直至所有用戶負荷調整完畢； 所述該用戶W平穩總負荷曲線為目標進行自身負荷調整的目標函數的計算公式如下：式中，Var是總負荷的方差;/1,.,扇t時刻的總負荷是總平均負荷。7. -種基于需求響應的居民用電負荷分布式管理系統，其特征在于，包括： 用戶用能優化模塊，用于根據調度部口下發的分時電價對本用戶的用能情況W自身費 用最低進行優化； 數據傳輸模塊，居民用戶將優化的用能曲線反饋給調度部口，調度部口將各個用戶的 負荷需求相加得到該時刻的總負荷并將其下發給第一個家庭負荷管理系統，調整后的總負 荷在各個家庭負荷管理系統間傳遞，最后一個家庭負荷管理系統將總負荷上傳至調度中 屯、； 用能負荷重新調整模塊，家庭負荷管理系統根據接收到的總負荷重新調整自身負荷， 調整后的總負荷在各個家庭負荷管理系統間傳遞，直至所有用戶自身負荷調整完畢。8. 如權利要求1所述的基于需求響應的居民用電負荷分布式管理方法，其特征在于，所 述用戶用能優化模塊的W自身費用最低進行優化的計算公式如下:建立單個家庭用戶用能 優化的目標函數的計算公式：建立用戶可參與需求響應的設備的模型：式中，/f是t時刻第η個用戶設備a的電負荷；At是某個時間間隔；釋是一個完整的運 行周期內第η個用戶設備a運行需要的總電能；分別是t時刻第η個用戶的電動汽 車存儲的總能量;Cn是第η個居民用戶的費用;pt是t時刻的電價；是t時刻第η個用 戶的負荷;巧:i,滿t時刻第η個用戶的固定負荷；是t時刻第η個用戶電動汽車的電負荷； 是t時刻第η個用戶設備a的負荷;式中，X表示決策變量;Xi表示整數決策變量;Ζ表示整 數集;加表示整數變量的個數;刮表示實數決策變量;R表示實數集;nr表示實數變量的個數； b表示約束集;A表示工藝系數矩陣;J表示價值系數矩陣。9.如權利要求1所述的基于需求響應的居民用電負荷分布式管理方法，其特征在于，所 述數據傳輸模塊中，調度部口下發總負荷給某個家庭用戶，該用戶W平穩總負荷曲線為目 標進行自身負荷調整;將總負荷傳遞給下一個用戶直至所有用戶負荷調整完畢； 所述該用戶W平穩總負荷曲線為目標進行自身負荷調整的目標函數的計算公式如下：式中，Var是總負荷的方差;巧,W是t時刻的總負荷;是總平均負荷。
【文檔編號】G06Q50/06GK105976081SQ201610197294
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月31日
【發明人】顧國棟, 顏慶國, 楊斌, 許慶強, 范潔, 陳楚, 薛溟楓, 張昊緯, 阮文駿, 肖宇華, 馬琎劼, 欒開寧, 張艷, 周玉
【申請人】國網江蘇省電力公司電力科學研究院, 國家電網公司, 國網江蘇省電力公司