CN110896220B - 一种基于合作博弈核仁法的可中断负荷优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于合作博弈核仁法的可中断负荷优化控制方法，首先建立了可中断负荷管理系统增加的效益模型，该模型考虑了供电公司和用户的成本和收益，能适用于多个不同类型的用户参与可中断负荷管理的情况，并计入负荷的不确定性和机组的强迫停运率。通过分摊方法分摊效益，进而获得用户的收益，通过用户收益与成本的差值，选择对用户最有利的中断量执行中断控制。本发明将合作博弈理论的分摊方法应用在可中断负荷管理效益分摊问题上，可以充分考虑相互竞争进行分摊，在分摊的公平合理性上有更好的效果，提供最优的能源分配方式，促进有限电力资源得到更有效的利用。

Description

一种基于合作博弈核仁法的可中断负荷优化控制方法

技术领域

本发明涉及电力负荷分配技术领域，尤其涉及一种基于合作博弈核仁法的可中断负荷优化控制方法。

背景技术

作为电力市场中需求侧管理的重要组成部分，可中断负荷管理已经得到了国内外实践经验的认可，是一项非常有效的用电负荷调节工具。

在管制的电力系统中，系统负载常常被当作一种物理负荷，在出现电力不足的情况下，系统调度员可以通过切除负荷来保证电力系统安全运行。这种运行方式未将用电方的有关因素考虑在内，往往会给用户造成较大的损失。随着市场观念逐渐引入电力系统，系统对需求侧的观点也发生改变。用电方不再是物理意义上的负荷而是作为消费者的用户，中止这样的服务不是单纯的拉闸限电而需要给予用户一定的补偿。系统运行时需要对用户侧的负荷特性、用电效益、停电意愿等加以考虑。

可中断负荷是指在电网高峰时段或紧急状况下，用户负荷中心可以中断的部分。可中断负荷通常通过协议实现。它由电力公司与用户签订，在某种状态下，用户按照合同规定中断和削减负荷，电力公司给予用户一定的经济补偿。

如何综合各方因素，确定合理的中断负荷，执行中断控制是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于合作博弈核仁法的可中断负荷优化方法，通过评估模型获取可中断负荷管理的效益，使用合作博弈理论的分摊方法应用在可中断负荷管理效益分摊上，并进一步推算最优的负荷中断量,执行中断负荷中断控制。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于合作博弈核仁法的可中断负荷优化控制方法，包括：

构建可中断负荷管理系统增加的效益模型：

其中π为实施可中断负荷管理后系统的总效益，L_o表示一小时时段的负荷需求，M表示参与可中断负荷管理的用户数量，ρ_r代表单位零售收益，ρ_IL表示实施可中断负荷管理后的单位批发收益，ρ_o表示负荷需求L_o下的单位批发收益，IL_i表示第i个用户的中断量，OC_i表示第i个用户的单位停电成本；

构建效益分摊模型：

minε

其中x_i表示第i个用户的收益，ε为任意小实数，N为所有参与联盟者的集合，S为N的所有可能的子集且不包括N本身，V(N)表示实施可中断负荷管理后系统的总效益；V(S)表示子集S中的用户产生的系统的总收益；

获取L组历史数据，分别基于所述效益模型计算L组V(N)、V(S)，进而分别求解效益分摊模型，获取L组历史数据对应的本用户收益，计算L组本用户收益与成本的差值；

选择所述差值中最大的对应的中断量，以该中断量对应的中断负荷和中断时间执行中断负荷控制。

进一步的，L组本用户收益与成本的差值的计算式包括：

x_k-IL_k·OC_k，k表示本用户。

进一步的，如果L组本用户收益与成本的差值均为负值，则更改本用户本周中断量，其他数值不变，重新计算V(N)、V(S)，求解效益分摊模型，获取每组历史数据对应的本用户收益，计算L组本用户收益与成本的差值；直至差值为正。

进一步的，所述L组历史数据为上一年度P天的均值数据，P天为中断控制的上报周期。

进一步的，所述L组历史数据为L年度的同期均值数据。

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

(1)本发明提出了一种可中断负荷优化模型，考虑了供电公司和用户的成本和收益，能适用于多个不同类型的用户参与可中断负荷管理的情况，并计入负荷的不确定性和机组的强迫停运率。通过评估模型获取可中断负荷管理的效益，进一步推算最优的负荷中断量,指导用户制定最优的负荷中断策略，基于优化的中断策略执行中断负荷控制。

(2)本发明可以合理地促进有限电力资源得到更有效的利用。

附图说明

图1是本发明基于合作博弈核仁法的可中断负荷优化方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明提供一种基于合作博弈核仁法的可中断负荷优化控制方法，结合图1，包括如下步骤：

S100构建中断负荷管理系统增加的效益模型：

式中，π为某时段实施可中断负荷管理后系统增加的效益，L_o表示某小时时段的负荷需求，M表示参与可中断负荷管理的用户数量，ρ_r代表单位零售收益，ρ_IL表示实施可中断负荷管理后的单位批发收益，ρ_o表示负荷需求L_o下的单位批发收益，IL_i表示第i个用户的中断量，中断量等于中断负荷乘以中断时间，OC_i表示第i个用户的单位停电成本。

表示实施可中断负荷管理后供电公司的售电总收益，L_o(ρ_r-ρ_o)为实施可中断负荷管理前供电公司的售电收益，

代表了不同类型用户的停电损失之和。

S200构建基于合作效益核仁法的效益分摊模型

可中断负荷管理的系统效益分摊可以表示为合作博弈中的参与者共同分配合作实施可中断负荷管理产生的收益。

令x(Γ)＝{x∈Rⁿ|x_i≥v({i}),i＝1,2,...,n；x(N)＝v(N)}，x∈x(Γ)是列向量，称x为一个分配，对策的分配全体记为E(v)。定义N为所有参与联盟者集合。联盟S关于x的超出值e(S,x)＝v(S)-x(S)，列举出N的2ⁿ个子联盟

关于x的超出值，并按从大到小的顺序排列，得到一个2ⁿ维向量：

式中

是N的所有子集的一个排列，满足

如果存在1≤h≤2ⁿ，使

θ_i(x)＝θ_i(y) (i＝1,2,...,h-1) (5)

θ_h(x)＝θ_h(y) (6)

则称向量θ(x)按字典序小于向量θ(y)，记为

表示或者

或者θ(x)＝θ(y)。核仁就是使θ(x)按字典序达到最小的那种分配的全体：

其中，E(V)为所有分配向量的集合。

所有合作中有可能结成的联盟在核仁处均有一e(S,x)超出值的定义，故求解核仁解问题可以通过求解下述线性规划来实现，即：

minε

式中，ε为任意小实数，x_i表示第i个用户的收益，N为所有参与联盟者的集合，包括M个参与可中断负荷管理的用户以及供电方，S为N的所有可能的子集且不包括N本身，V(N)表示实施可中断负荷管理后系统的总效益；V(S)表示子集S中的用户产生的系统的总收益，即不同的子集S中的用户产生的总收益，代入效益模型计算获得；

因此构建式(8)效益分摊模型，求解获得各个用户的收益。

S300获取L组历史数据，分别计算V(N)、V(S)，进而求解效益分摊模型，获取每组历史数据对应的本用户收益，计算L组本用户收益与成本的差值。

在一个实施例中，L组历史数据为上一年度每个月或每周的均值数据，根据中断控制的上报周期确定。以每周上报为例，对于某一周的数据，读取该周的可中断负荷管理的用户数量M、该供电公司的单位零售收益ρ_r、各个用户的本周的中断量IL_i；读取用户的单位停电成本OC_i；读取每日的用电负荷量，计算该周负荷总量除以总的小时数，获得一小时时段的负荷需求L_o；根据供电公司负荷需求L_o由对应曲线获得对应的单位批发收益ρ_o。通过历史数据对负荷需求和单位批发收益进行拟合，获得负荷需求L_o和单位批发收益ρ_o的对应曲线。

在一个实施例中，所述L组历史数据为L年度的同期均值数据。至少为最近3年的数据，同期可以为同月也可以为同季度。

计算本用户的收益后，还需要扣除损失，计算本用户收益与成本的差值：x_k-IL_k·OC_k，k表示本用户，x_k为本用户的收益，IL_k为本用户的中断量，OC_k为本用户的单位停电成本。

进一步的，如果损失大于收益，则表明执行可中断负荷控制对本用户不利，可以选择重新设计中断负荷，以中断负荷优控制。更改本用户本周中断量，其他数值不变，重新计算V(N)、V(S)，求解效益分摊模型，获取每组历史数据对应的本用户收益，计算L组本用户收益与成本的差值；直至差值为正。

S400选择步骤S300中计算的所述差值最大的一组历史数据中的中断量，以该中断量对应的中断负荷和中断时间执行中断负荷控制。

综上所述，本发明提出了一种基于合作博弈核仁法的可中断负荷优化控制方法，首先建立了可中断负荷管理系统增加的效益模型，该模型考虑了供电公司和用户的成本和收益，能适用于多个不同类型的用户参与可中断负荷管理的情况，并计入负荷的不确定性和机组的强迫停运率。通过分摊方法分摊效益，进而获得用户的收益，通过用户收益与成本的差值，选择对用户最有利的中断量执行中断控制。本发明将合作博弈理论的分摊方法应用在可中断负荷管理效益分摊问题上，可以充分考虑相互竞争进行分摊，在分摊的公平合理性上有更好的效果，同时可以指导用户制定最优的负荷中断策略，更好的促进有限电力资源得到更有效的利用，并增加用户参与需求侧管理的积极性。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (5)

1.一种基于合作博弈核仁法的可中断负荷优化控制方法，其特征在于，包括：

构建可中断负荷管理系统增加的效益模型：

其中π为实施可中断负荷管理后系统的总效益，L_o表示一小时时段的负荷需求，M表示参与可中断负荷管理的用户数量，ρ_r代表单位零售收益，ρ_IL表示实施可中断负荷管理后的单位批发收益，ρ_o表示负荷需求L_o下的单位批发收益，IL_i表示第i个用户的中断量，OC_i表示第i个用户的单位停电成本；

构建效益分摊模型：

minε

其中x_i表示第i个用户的收益，ε为任意小实数，N为所有参与联盟者的集合，S为N的所有可能的子集且不包括N本身，V(N)表示实施可中断负荷管理后系统的总效益，即π；V(S)表示子集S中的用户产生的系统的总收益；

获取L组历史数据，分别基于所述效益模型计算L组V(N)、V(S)，进而分别求解效益分摊模型，获取L组历史数据对应的本用户收益，计算L组本用户收益与成本的差值；

选择所述差值中最大的对应的中断量，以该中断量对应的中断负荷和中断时间执行中断负荷控制。

2.根据权利要求1所述的基于合作博弈核仁法的可中断负荷优化控制方法，其特征在于，L组本用户收益与成本的差值的计算式包括：

x_k-IL_k·OC_k，k表示本用户。

3.根据权利要求2所述的基于合作博弈核仁法的可中断负荷优化控制方法，其特征在于，如果L组本用户收益与成本的差值均为负值，则更改本用户本周中断量，其他数值不变，重新计算V(N)、V(S)，求解效益分摊模型，获取每组历史数据对应的本用户收益，计算L组本用户收益与成本的差值；直至差值为正。

4.根据权利要求1或2所述的基于合作博弈核仁法的可中断负荷优化控制方法，其特征在于，所述L组历史数据为上一年度P天的均值数据，P天为中断控制的上报周期。

5.根据权利要求1或2所述的基于合作博弈核仁法的可中断负荷优化控制方法，其特征在于，所述L组历史数据为L年度的同期均值数据。

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