CN109672176A - 一种温控负荷控制目标确定方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种温控负荷控制目标确定方法和系统，其包括以下步骤：1)根据用户侧具备参与调控能力的终端用电设备的功率特性，确定不同需求侧可控负荷群响应调控目标的能力；2)根据不同需求侧可控负荷群内各负荷的调节能力，从负荷聚合商角度，确定控制目标分配原则；3)根据上级增减负荷的调节目标、不同需求侧可控负荷群响应调控目标的能力以及确定的控制目标分配原则，建立负荷控制成本模型并求解，得到不同需求侧可控负荷群内各负荷的控制目标并分配给各个受控用户。本发明设计了以负荷聚合商为受益方的节点负荷控制成本模型，并应用于优化函数，进行节点负荷精准化响应分解目标求解，可以广泛应用于配电网的运行优化领域。

Description

一种温控负荷控制目标确定方法和系统

技术领域

本发明涉及配电网的运行优化领域，具体涉及温控负荷经济调度、直接负荷控制技术等领域，特别是涉及一种面向负荷聚合商的温控负荷控制目标确定方法和系统。

背景技术

随着配电网运行方式日趋复杂，传统的配电系统运行和控制理论已不再完全适用，主动配电网(Active distribution network,AND)将是未来重要发展方向。可再生能源的大规模接入是主动配电网的重要特征，但由于可再生能源自身具有较强的随机性、波动性与间歇性，大规模接入后会对电能质量、电力供需平衡及配网的安全性带来较大挑战。现阶段一般通过设置储能环节来平抑可再生能源波动，但成本相对较高、使用寿命受限。

近年来，电力系统用户负荷日趋多样化，具有良好互动特性的可控(中断型、平移型、调节型)柔性负荷占比稳步增加，例如多类型温控负荷，如电热泵(heat pump,HP)、电热水器、楼宇中央空调(central air conditioning,CAC)等，以及具备双向互动特性的电动汽车(electric vehicle,EV)等。采用合理有效的负荷控制或需求响应策略，可使其为电网提供诸如调压、调频及平抑可再生能源波动等多类型辅助服务。

然而，以往研究大多以控制成本最小为优化目标，导致需求响应中不同参与主体对于目标分配的响应速度和效率不合理。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种温控负荷控制目标确定方法和系统，以负荷聚合商(load aggregator,LA)为受益方建立节点负荷控制成本模型，并应用于优化函数，进行节点负荷精准化响应分解目标求解。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种温控负荷控制目标确定方法，其包括以下步骤：

根据需求侧具备参与调控能力的终端用电设备的功率特性，确定不同需求侧可控负荷群响应调控目标的能力；

根据不同需求侧可控负荷群内各负荷的调节能力，从负荷聚合商角度，确定控制目标分配原则；

根据上级增减负荷的调节目标、不同需求侧可控负荷群响应调控目标的能力以及确定的控制目标分配原则，建立负荷控制成本模型并求解，得到不同需求侧可控负荷群内各负荷的控制目标。

所述确定不同需求侧可控负荷群响应调控目标的能力采用以下计算公式确定：

其中，表示t时刻，第i类需求侧可控负荷群需要承担的调控功率目标值，； 分别表示t时刻，第i类需求侧可控负荷群的功率上、下限；φ_i,up、φ_i,down是一个预先指定的保证始终为正值的固定数值。

所述根据不同需求侧可控负荷群内各负荷的调节能力，从负荷聚合商角度，确定控制目标分配原则包括：

根据各个参与需求响应的负荷的运行状态，确定各负荷承担负荷削减任务和负荷提升任务的比重：

如果负荷高位运行，则其承担负荷削减任务，直至达到其最大可调节量；

如果负荷低位运行，则其承担负荷提升任务，直至达到其最大可调节量。

所述建立的负荷控制成本模型为：

其中，Mⁱ表示第i类需求侧可控负荷群的控制成本单价；P_i ^t-1表示t-1时刻，第i类需求侧可控负荷群的功率消耗值；表示t时刻能够参与目标分配的总目标；Mⁱ·φ_i,down、Mⁱ·φ_i,up表示用户愿意参与调控时，电力公司给予用户的基准补偿成本。

进一步包括，将所述不同需求侧可控负荷群内各负荷的控制目标分配给各个受控用户。

一种温控负荷控制目标确定系统，其包括：

调控目标能力确定模块，用于根据需求侧具备参与调控能力的终端用电设备的功率特性，确定不同需求侧可控负荷群响应调控目标的能力；

分配原则确定模块，用于根据不同需求侧可控负荷群内各负荷的调节能力，从负荷聚合商角度，确定控制目标分配原则；

控制目标分配模块，用于根据上级增减负荷的调节目标、不同需求侧可控负荷群响应调控目标的能力以及确定的控制目标分配原则，建立负荷控制成本模型并求解，得到不同需求侧可控负荷群内各负荷的控制目标并分配给各个受控用户。

所述调控目标能力确定模块采用下式确定：

其中，表示t时刻，第i类需求侧可控负荷群需要承担的调控功率目标值，； 分别表示t时刻，第i类需求侧可控负荷群的功率上、下限；φ_i,up、φ_i,down是一个预先指定的保证始终为正值的固定数值。

所述分配原则确定模块，包括：

确定单元，用于根据各个参与需求响应的负荷的运行状态，确定各负荷承担负荷削减任务和负荷提升任务的比例：

第一分配单元，用于如果负荷高位运行，则其承担负荷削减任务，直至达到其最大可调节量；

第二分配单元，用于如果负荷低位运行，则其承担负荷提升任务，直至达到其最大可调节量。

所述负荷控制成本模型为：

其中，Mⁱ表示第i类需求侧可控负荷群的控制成本单价；P_i ^t-1表示t-1时刻，第i类需求侧可控负荷群的功率消耗值；表示t时刻能够参与目标分配的总目标；Mⁱ·φ_i,down、Mⁱ·φ_i,up表示用户愿意参与调控时，电力公司给予用户的基准补偿成本。

进一步包括：

发送模块，用于将所述不同需求侧可控负荷群内各负荷的控制目标分配给各个受控用户。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明充分考虑了用户侧具备参与调控能力的终端用电设备，为各类型需求侧可控负荷资源提出了一种统一的调控目标分配方法，实现较为简单、灵活。2、本发明以负荷聚合商我受益方构建了节点负荷控制成本模型并应用于优化函数，进行节点负荷精准化响应分解目标求解，为负荷聚合商或其他电力市场中参与需求响应的第三方提供了一种可参考的分配调控目标的理论依据，增加了负荷聚合商等参与需求响应的可行性。因此，本发明可以广泛应用于配电网的运行优化领域。

附图说明

图1(a)和图1(b)为本发明优化函数I控制成本示意图；

图2为采用不同分配方法控制成本对比。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供的一种温控负荷控制目标确定方法，包括以下步骤：

1)根据需求侧具备参与调控能力的终端用电设备的功率特性，确定不同需求侧可控负荷群响应调控目标的能力。

为了判断不同需求侧可控负荷群响应调控目标的能力以及最大限度利用负荷群的调节能力，本发明定义参数如下：

其中，表示t时刻，第i类需求侧可控负荷群需要承担的调控功率目标值，为优化函数中的自变量；分别表示t时刻，第i类需求侧可控负荷群的功率上、下限；φ_i,up、φ_i,down是一个预先指定的较小的固定数值，保证始终为正值。

2)根据不同需求侧可控负荷群内各负荷的调节能力，从负荷聚合商角度，确定控制目标分配原则。

从负荷聚合商角度，其完成一次需求响应控制的成本函数模型建立如下(优化函数I)：假设在t时刻，需求侧可控负荷群为完成上级增减负荷的调节目标，负荷聚合商应根据一定的规则和辖区内各负荷的调节能力将控制目标分配给各个受控用户。各个参与需求响应的负荷由于具有不同的运行状态，其响应负荷提升、负荷削减的能力也不同。如果负荷高位运行，则其应承担更多的负荷削减任务；类似地，如果负荷低位运行，则其更适于响应负荷提升的调控指令。负荷聚合商期望最大程度调用可控资源，在目标分配过程中允许用户承担其最大可调节量。

3)根据上级增减负荷的调节目标、不同需求侧可控负荷群响应调控目标的能力以及确定的控制目标分配原则，建立负荷控制成本模型并求解，得到不同需求侧可控负荷群内各负荷的控制目标并分配给各个受控用户。

优化函数的目的是在保证所分配的响应目标满足电网侧目标及响应负荷上下边界约束前提下，选择一种控制目标分配方案，使总控制成本最小。

由式(1)可知：参数值越小，对应的需求侧可控负荷群越适合承担更多的响应目标。基于上述分析，建立负荷成本控制模型如下：

其中，Mⁱ表示第i类需求侧可控负荷群的控制成本单价；P_i ^t-1表示t-1时刻，第i类需求侧可控负荷群的功率消耗值；表示t时刻可以参与目标分配的总目标。Mⁱ·φ_i,down、Mⁱ·φ_i,up表示用户愿意参与调控时，电力公司应给予用户的基准补偿成本。

如图1(a)和图1(b)所示，反映了随着响应目标距上下边界相对位置的改变，相应控制成本的变化。可以看出：控制成本随响应目标的变化而呈现线性变化趋势。

本发明还提供一种温控负荷控制目标确定系统，该系统包括：调控目标能力确定模块，用于根据需求侧具备参与调控能力的终端用电设备的功率特性，确定不同需求侧可控负荷群响应调控目标的能力；分配原则确定模块，用于根据不同需求侧可控负荷群内各负荷的调节能力，从负荷聚合商角度，确定控制目标分配原则；控制目标分配模块，用于根据上级增减负荷的调节目标、不同需求侧可控负荷群响应调控目标的能力以及确定的控制目标分配原则，建立负荷控制成本模型并求解，得到不同需求侧可控负荷群内各负荷的控制目标。

进一步的，调控目标能力确定模块采用下式确定：

其中，表示t时刻，第i类需求侧可控负荷群需要承担的调控功率目标值； 分别表示t时刻，第i类需求侧可控负荷群的功率上、下限；φ_i,up、φ_i,down是一个预先指定的保证始终为正值的固定数值。

进一步的，分配原则确定模块，包括：

确定单元，用于根据各个参与需求响应的负荷的运行状态，确定各负荷承担负荷削减任务和负荷提升任务的比例：

第一分配单元，用于如果负荷高位运行，则其应承担负荷削减任务，直至达到其最大可调节量；

第二分配单元，用于如果负荷低位运行，则其承担负荷提升任务，直至达到其最大可调节量。

进一步的，建立的负荷控制成本模型为：

其中，Mⁱ表示第i类需求侧可控负荷群的控制成本单价；P_i ^t-1表示t-1时刻，第i类需求侧可控负荷群的功率消耗值；表示t时刻能够参与目标分配的总目标；Mⁱ·φ_i,down、Mⁱ·φ_i,up表示用户愿意参与调控时，电力公司给予用户的基准补偿成本。

进一步的，还包括发送模块，用于将不同需求侧可控负荷群内各负荷的控制目标分配给各个受控用户。

实施例一

为详细说明发明内容，本发明利用相关算例来做进一步解释。本实施例中参与调控的HP、EV、CAC的参数如下表1-3所示。

表1 HP仿真参数表

表2 EV仿真参数表

名称	数值	名称	数值
				能量状态死区	0.025	能量状态上/下限	±0.0125
充电功率	5kW	充电效率	0.95
				控制周期	1min	电池容量	(5.00～20.00)kWh
控制成本	0.978元/kWh	受控时段	0:00-24:00

表3 CAC仿真参数表

名称	数值	名称	数值
				平均能效比	4.98	平均额定功率	40kW
低耗系数	0.1	控制成本	17.706元/kWh
				温度死区	5℃	室内温度初始值	24℃
控制周期	5min	受控时段	8:00-18:00
				档位数目区间	[3,10]	档位数目标准差	2.07

本实施例采用两种方法对响应目标进行分配，分别是：1)不采用优化函数，按三种需求侧可控负荷群的最大可调量所占比例分配(方法1)；2)采用优化函数I(方法2)分配；在两种分配方法下，对控制成本进行分析，结果如图2所示。

由图2可知：采用方法1时控制成本较大，采用方法2时控制成本较小。这是因为：方法2是以控制成本最小为原则，控制成本小于方法1。方法2可允许用户响应其最大调节量的方式。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种温控负荷控制目标确定方法，其特征在于包括以下步骤：

根据需求侧具备参与调控能力的终端用电设备的功率特性，确定不同需求侧可控负荷群响应调控目标的能力；

根据不同需求侧可控负荷群内各负荷的调节能力，从负荷聚合商角度，确定控制目标分配原则；

根据上级增减负荷的调节目标、不同需求侧可控负荷群响应调控目标的能力以及确定的控制目标分配原则，建立负荷控制成本模型并求解，得到不同需求侧可控负荷群内各负荷的控制目标。

2.如权利要求1所述的一种温控负荷控制目标确定方法，其特征在于：所述确定不同需求侧可控负荷群响应调控目标的能力采用以下计算公式确定：

其中，表示t时刻，第i类需求侧可控负荷群需要承担的调控功率目标值；分别表示t时刻，第i类需求侧可控负荷群的功率上、下限；φ_i,up、φ_i,down是一个预先指定的保证始终为正值的固定数值。

3.如权利要求1所述的一种温控负荷控制目标确定方法，其特征在于：所述根据不同需求侧可控负荷群内各负荷的调节能力，从负荷聚合商角度，确定控制目标分配原则包括：

根据各个参与需求响应的负荷的运行状态，确定各负荷承担负荷削减任务和负荷提升任务的比例：

如果负荷高位运行，则向所述负荷分配负荷削减任务，直至达到所述负荷的最大可调节量；

如果负荷低位运行，则向所述负荷分配负荷提升任务，直至达到所述负荷的最大可调节量。

4.如权利要求1所述的一种温控负荷控制目标确定方法，其特征在于：所述建立的负荷控制成本模型为：

其中，Mⁱ表示第i类需求侧可控负荷群的控制成本单价；P_i ^t-1表示t-1时刻，第i类需求侧可控负荷群的功率消耗值；表示t时刻能够参与目标分配的总目标；Mⁱ·φ_i,down、Mⁱ·φ_i,up表示用户愿意参与调控时，电力公司给予用户的基准补偿成本。

5.如权利要求1所述的一种温控负荷控制目标确定方法，其特征在于：进一步包括：

将所述不同需求侧可控负荷群内各负荷的控制目标分配给各个受控用户。

6.一种温控负荷控制目标确定系统，其特征在于：其包括：

调控目标能力确定模块，用于根据需求侧具备参与调控能力的终端用电设备的功率特性，确定不同需求侧可控负荷群响应调控目标的能力；

分配原则确定模块，用于根据不同需求侧可控负荷群内各负荷的调节能力，从负荷聚合商角度，确定控制目标分配原则；

控制目标分配模块，用于根据上级增减负荷的调节目标、不同需求侧可控负荷群响应调控目标的能力以及确定的控制目标分配原则，建立负荷控制成本模型并求解，得到不同需求侧可控负荷群内各负荷的控制目标。

7.如权利要求6所述的一种温控负荷控制目标确定系统，其特征在于：所述调控目标能力确定模块采用下式确定：

其中，表示t时刻，第i类需求侧可控负荷群需要承担的调控功率目标值；分别表示t时刻，第i类需求侧可控负荷群的功率上、下限；φ_i,up、φ_i,down是一个预先指定的保证始终为正值的固定数值。

8.如权利要求6所述的一种温控负荷控制目标确定系统，其特征在于：所述分配原则确定模块，包括：

确定单元，用于根据各个参与需求响应的负荷的运行状态，确定各负荷承担负荷削减任务和负荷提升任务的比例：

第一分配单元，用于如果负荷高位运行，则向所述负荷分配负荷削减任务，直至达到所述负荷的最大可调节量；

第二分配单元，用于如果负荷低位运行，则向所述负荷分配负荷提升任务，直至达到所述负荷的最大可调节量。

9.如权利要求6所述的一种温控负荷控制目标确定系统，其特征在于：所述负荷控制成本模型为：

其中，Mⁱ表示第i类需求侧可控负荷群的控制成本单价；P_i ^t-1表示t-1时刻，第i类需求侧可控负荷群的功率消耗值；表示t时刻能够参与目标分配的总目标；Mⁱ·φ_i,down、Mⁱ·φ_i,up表示用户愿意参与调控时，电力公司给予用户的基准补偿成本。

10.如权利要求6所述的一种温控负荷控制目标确定系统，其特征在于：进一步包括：

发送模块，用于将所述不同需求侧可控负荷群内各负荷的控制目标分配给各个受控用户。