CN111697577B - 一种源网荷储多时间尺度统一协同调度方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种源网荷储多时间尺度统一协同调度方法和系统，属于电力系统领域。针对现有的基于离散时间的源网荷储协同调度模型忽略了负荷在时段内的爬坡需求而无法反应实际物理过程的变化，本发明提出了基于连续时间的调度模型，以计及时段内系统调节能力的供需关系，实现了时段间和时段内耦合的源网荷储统一协同调控。通过Hermite和Bernstein多项式样条曲线相结合，前者用于量化一阶导数，后者用于处理具有对应的边界约束，将代数模型转化到函数空间，从而将原本的连续时间尺度过渡到离散形式进行求解。此外，通过对基于微分方程的变频空调进行建模，充分挖掘空调负荷参与需求响应的能力，提高电力系统的爬坡灵活性。

Description

一种源网荷储多时间尺度统一协同调度方法和系统
技术领域
本发明属于电力系统领域，更具体地，涉及一种源网荷储多时间尺度统一协同调度方法和系统。
背景技术
“需求响应”是指电力用户根据市场的价格信号或激励机制做出响应，并改变固有电力消费模式的市场参与行为，以促进电力资源优化配置，降低市场运行的风险，提高电力系统和电力市场的稳定性。对需求响应行为进行准确建模是实现灵活互动智能用电、需求侧管理和科学合理定价的前提和基础，同时也是为了更好地匹配可再生能源和分布式发电，有效提高能源管理效率。
现有技术中一种典型的需求响应资源以空调、热水器、电冰箱等为代表的温控负荷，在直接负荷控制方式下，对于负荷的温度或热量进行储存，从而提供调节能力，已成为需求响应控制的关注点。空调负荷可挖掘潜力大，调度方式灵活，已广泛应用于需求响应的各个方面。然而，装设有空调负荷的建筑物内的等效热参数模型属于微分方程，在计算N台空调各离散时段的聚合功率需求时，很难体现出时段内的变化情况。
此外，现有调度方法往往采用在同一个较大的时间尺度内对电源和负荷进行调度，从而忽略了负荷在时段内的爬坡调节能力。而且，这种阶梯式调度方法与实际物理过程不符，无法反应实际物理过程的变化，从而可能造成运行风险。
发明内容
针对现有调度方法难以解决多时间尺度的源荷协同调度问题，本发明提供了一种源网荷储多时间尺度统一协同调度方法和系统，其目的在于通过建立源荷的连续时间模型，通过对时段间和时段内进行耦合，达到不同时间尺度下的源网荷储统一协同调控，此外，通过Hermite和Bernstein插值方法将连续时间模型转换成离散模型，以便于求解。
为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种源网荷储多时间尺度统一协同调度方法，该方法包括以下步骤：
S1.建立源网荷储多时间尺度统一协同调度模型，所述调度模型以最小化调度范围内的电网总运行成本为目标，所述电网总运行成本包含变频空调负荷聚合商参与需求响应的补偿成本，所述调度模型以变频空调负荷提供需求响应的连续时间模型作为约束条件；
S2.对所述调度模型进行求解，得到离散形式的调度方案后，再将其转换为连续时间尺度的形式输出。
优选地，所述变频空调负荷提供需求响应的连续时间模型包括：
式子(1)，用于模拟每个变频空调聚合商参与响应的总功率和不同用户舒适度等级之间的关系：
Figure BDA0002553156280000021
式子(2)，用于保证在每个舒适度等级内可调度的变频空调响应功率不超过该级的最大值；
Figure BDA0002553156280000022
式子(3)，用于模拟每个变频空调聚合商参与响应的总功率和单个变频空调响应功率之间的关系：
Figure BDA0002553156280000023
式子(4)～(7)，用于模拟单台变频空调响应容量与温度的关系：
Figure BDA0002553156280000031
Figure BDA0002553156280000032
Figure BDA0002553156280000033
Figure BDA0002553156280000034
其中，下标t表示第t个时段内，下标k表示第k个变频空调，下标n表示第n个舒适度等级，上标H表示该变量经过三次Hermite插值变换处理；AC表示变频空调聚合商参与响应的总功率，Sac表示舒适度等级的响应功率，Nsa表示空调用户的舒适度等级数量；W表示Bernstein多项式与三次Hermite多项式的转换矩阵；Nac表示变频空调的数量，ac表示变频空调的响应功率；Pbase表示变频空调电功率基线，Pacmin表示变频空调的额定电功率最小值，C表示建筑物等效热容，D表示Bernstein多项式从偏微分方程转换为代数方程的运算矩阵，Tin表示室内温度，Tset表示变频空调设定温度，R表示建筑物等效热阻，k1,k2表示变频空调的系数常数，Tmax表示变频空调的温度最大值。
优选地，空调的响应功率表示为实际的变频空调电功率与Pbase,k,t之间的差值。
优选地，变频空调的电功率基线计算公式如下：
Figure BDA0002553156280000035
其中，k1,k2,l1,l2分别表示变频空调的系数常数，Tout,k,t表示日前预测的室外温度。
优选地，所述三次Hermite插值变换处理，分别对负荷节点的负荷曲线和火电机组的发电曲线进行描述；
在t∈[0,1)中，三次Hermite空间的四个基本多项式为：
H00(t)＝2t3-3t2+1 H01(t)＝t3-2t2+t
H10(t)＝-2t3+3t2 H11(t)＝t3-t2
具有NT个时间间隔的三次Hermite函数表示为：
Figure BDA0002553156280000041
其中，系数向量
Figure BDA0002553156280000042
由第t个时间间隔的起点和终点定义，τ表示代时段内。
优选地，所述Bernstein多项式，用于保证用三次Hermite样条曲线表示的连续时间轨迹在Bernstein空间内；
在t∈[0,1)内，3次的Bernstein多项式Bi(t)表示为：
Figure BDA0002553156280000043
具有NT个时间间隔的Bernstein函数表达为：
f(t)＝[B3(τ)]TNB(t)，τ∈[0,1),NB(t)∈R3×1
变频空调的一阶微分方程，如下式所示：
Figure BDA0002553156280000044
优选地，三次Bernstein多项式B3(t)与三次Hermite多项式H(t)之间的线性关系表示为：
H(t)＝W B3(t)
其中，W表示Bernstein多项式与三次Hermite多项式的转换矩阵。
优选地，所述电网总运行成本包括：火电机组的启停成本和燃料成本，变频空调负荷聚合商参与需求响应的补偿成本，弃风及强制切负荷的惩罚成本；
目标函数用以下式表示：
Figure BDA0002553156280000045
其中，下标i∈[1,Ng]表示第i个火电机组，Ng表示火电机组数量，下标j∈[1,Nw]表示第j个风电场，Nw表示风电场数量，下标m∈[1,Ns]表示第m个火电机组燃料成本函数的线性化分段，Ns表示分段线性化的段数，Ω表示调度范围；Ugi(τ)和Vgi(τ)分别表示火电机组是否处于正在开机和关机的状态，Ii(τ)表示火电机组启停状态，这三组为离散变量；Sgi,m(τ)表示火电机组的分段线性化出力，Lck(τ)表示切负荷量、Wcj(τ)表示弃风量，Sack,n(τ)表示变频空调的响应功率，这四组为连续变量；Csui、Csdi、
Figure BDA0002553156280000051
Csgi、Clkk、Cwcj、Csack均为价格系数常数，分别表示火电机组的开机成本系数，关机成本系数，最小出力成本系数，分段线性化成本系数；切负荷成本系数，弃风成本系数，以及变频空调各舒适度等级的响应功率成本系数。
优选地，所述调度模型还包括以下电网约束：
①包含变频空调提供的响应功率的功率平衡约束：
Figure BDA0002553156280000052
其中，
Figure BDA0002553156280000053
表示火电机组出力，
Figure BDA0002553156280000054
表示风电机组出力预测值，
Figure BDA0002553156280000055
表示弃风，
Figure BDA0002553156280000056
表示负荷预测值，
Figure BDA0002553156280000057
表示切负荷，
Figure BDA0002553156280000058
表示空调聚合商响应功率；
②弃风约束和切负荷约束
Figure BDA0002553156280000059
Figure BDA00025531562800000510
③火电机组功率的分段线性化约束
Figure BDA00025531562800000511
其中，Ii,t表示火电机组的启停状态，Ns表示分段线性化的段数；
④向上/向下备用容量约束
Figure BDA0002553156280000061
其中，
Figure BDA0002553156280000062
表示火电机组提供的上备用容量，
Figure BDA0002553156280000063
表示火电机组提供的下备用容量；
⑤机组出力约束
Figure BDA0002553156280000064
⑥时段内的火电机组爬坡约束
Figure BDA0002553156280000065
其中，M表示常数；
⑦线路的传输功率约束
Figure BDA0002553156280000066
其中，Sfl,b表示线路l节点b的灵敏度矩阵，
Figure BDA0002553156280000067
表示线路l传输的最大容量，NB表示系统节点总数；
⑧机组启停状态以及最小启停时间约束
Figure BDA0002553156280000068
Figure BDA0002553156280000069
其中，第i个节点处发电机有功出力的上下限
Figure BDA00025531562800000610
最大上下爬坡速度RUi、RDi，最小开机和最小停机时间
Figure BDA00025531562800000611
单次开机和单次关机成本Csui、Csdi；线路总条数Nl；节点负荷预测值
Figure BDA0002553156280000071
强制切负荷量惩罚系数Ccur，风电机组所在节点编号Nw，风电机组出力预测值
Figure BDA0002553156280000072
弃风量惩罚系数Cwind。
为实现上述目的，按照本发明的第二方面，提供了一种源网荷储多时间尺度统一协同调度系统，包括：计算机可读存储介质和处理器；
所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行第一方面所述的源网荷储多时间尺度统一协同调度方法。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)针对现有的基于离散时间的源网荷储协同调度模型忽略了负荷在时段内的爬坡需求而无法反应实际物理过程的变化，本发明提出了基于连续时间的源网荷储多时间尺度统一协同调度模型，以计及时段内系统调节能力的供需关系，实现了时段间和时段内耦合的源网荷储统一协同调控。通过三次Hermite样条曲线和Bernstein多项式样条曲线相结合，前者用于量化一阶导数，后者用于处理具有对应的边界约束，将代数模型转化到函数空间，从而将原本的连续时间尺度过渡到离散形式进行求解。
(2)针对现有基于微分方程的需求响应模型难以体现出时段内的变化情况，本发明通过对基于微分方程的变频空调进行建模，建立源荷的连续时间模型，通过对时段间和时段内进行耦合，达到不同时间尺度下的源网荷储统一协同调控，从而充分挖掘空调负荷参与需求响应的能力，提高电力系统的爬坡灵活性。
附图说明
图1为本发明提供的一种源网荷储多时间尺度统一协同调度方法流程图；
图2为本发明提供的变频空调的功率随时间连续变化图；
图3为本发明提供的室内温度随时间连续变化图；
图4为本发明提供的源-荷调用能量结果图；
图5为本发明提供的源-荷调用爬坡结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种变频空调负荷提供需求响应的连续时间模型，该需求响应的连续时间模型中，
式子(1)，用于模拟每个变频空调聚合商参与响应的总功率和不同用户舒适度等级之间的关系：
Figure BDA0002553156280000081
其中，下标t表示第t个时段内，下标k表示第k个变频空调，下标n表示第n个舒适度等级，上标H表示该变量经过三次Hermite插值变换处理，后续内容不再赘述；AC表示变频空调聚合商参与响应的总功率，Sac表示舒适度等级的响应功率，Nsa表示空调用户的舒适度等级数量。
式(1)中，等号左边表示第k个变频空调聚合商参与响应的总功率，等号右边，响应功率根据用户的舒适度范围可分Nsa级，只有在变频空调第(n-1)级的响应功率被调度后，才能调度其第n级的响应功率。
式子(2)，用于保证在每个舒适度等级内可调度的变频空调响应功率不超过该级的最大值。
Figure BDA0002553156280000091
其中，W表示Bernstein多项式与三次Hermite多项式的转换矩阵。本发明中，如果存在WT与带上标H的变量相乘的形式，表明将该经过三次Hermite插值变换处理的变量转为三次Bernstein多项式，后续内容不再赘述。
式子(3)，用于模拟每个变频空调聚合商参与响应的总功率和单个变频空调响应功率之间的关系：
Figure BDA0002553156280000092
其中，Nac表示变频空调的数量，ac表示变频空调的响应功率。
式(3)表示变频空调负荷聚合商的总响应功率取决其辖区内的变频空调用户的数量。
其中，变频空调的电功率基线计算公式如下：
Figure BDA0002553156280000093
其中，k1,k2,l1,l2分别表示变频空调的系数常数，Tout,k,t表示日前预测的室外温度。
若产生外部控制信号使变频空调的电功率发生改变，空调的响应功率可以表示为实际的变频空调电功率其与Pbase,k,t之间的差值：
ack,t＝Pbase,k,t-Pac,k,t
其中，Pac,k,t表示变频空调的实际电功率。
室内温度的动态变化与空调的响应功率之间的关系可表示为：
Figure BDA0002553156280000094
其中，Ck表示建筑物的等效热容，Tin,k,t表示建筑物的室内温度，Tset,k,t表示建筑物的空调设定室温，Rk表示建筑物的等效热阻，k1,k2表示变频空调的系数常数，ack,t为实际的变频空调电功率与变频空调的电功率基线之间的差值。
式子(4)～(7)，用于模拟单台变频空调响应容量与温度的关系：
Figure BDA0002553156280000101
Figure BDA0002553156280000102
Figure BDA0002553156280000103
Figure BDA0002553156280000104
其中，Pbase表示变频空调电功率基线，Pacmin表示变频空调的额定电功率最小值，C表示建筑物等效热容，D表示Bernstein多项式从偏微分方程转换为代数方程的运算矩阵，Tin表示室内温度，Tset表示变频空调设定温度，R表示建筑物等效热阻，k1、k2表示变频空调的系数常数，Tmax表示变频空调的温度最大值。
式(4)表示变频空调仅通过降低功率来提供需求响应；式(5)表示变频空调的工作功率需要大于其最小额定功率；式(6)描述了室内温度与变频空调响应功率之间的动态变化；式(7)将温度范围限制在
Figure BDA0002553156280000105
内，同时，式(6)与式(7)相互协调以限制变频空调可提供的响应容量。
所述三次Hermite插值变换处理
本发明引入三次Hermite样条曲线，用于分别对负荷节点的负荷曲线和火电机组的发电曲线进行连续时间建模。利用插值方法建立离散形式的连续时间模型，从而实现多时间尺度的统一求解。
Hermite样条曲线的一阶导数用于表示轨迹变化趋势。在t∈[0,1)中，三次Hermite空间的四个基本多项式为：
H00(t)＝2t3-3t2+1 H01(t)＝t3-2t2+t
H10(t)＝-2t3+3t2 H11(t)＝t3-t2
相应地，具有NT个时间间隔的三次Hermite函数可表示为：
Figure BDA0002553156280000106
其中，系数向量
Figure BDA0002553156280000107
由第t个时间间隔的起点和终点(即值和导数)定义，τ指代时段内。
所述三次Bernstein多项式与三次Hermite多项式之间的相互转换
利用Bernstein多项式
Figure BDA0002553156280000111
i∈[0,m]具有凸包属性的优势，保证用三次Hermite样条曲线表示的连续时间轨迹在Bernstein空间内。
在t∈[0,1)内，m次的Bernstein多项式Bi(t)可表示为：
Figure BDA0002553156280000112
因此，具有NT个时间间隔的Bernstein函数可表达为：
Figure BDA0002553156280000113
此外，Bernstein多项式能够通过运算矩阵D将偏微分方程转换为代数方程，从而可以描述变频空调的一阶微分方程，如下式所示：
dBm(t)/dt＝DBm(t),t∈[0,1)
三次Bernstein多项式与三次Hermite多项式之间的线性关系可表示为：
H(t)＝W B3(t)
其中，W表示Bernstein多项式与三次Hermite多项式的转换矩阵。
基于此，如图1所示，本发明提供了一种源网荷储多时间尺度统一协同调度方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1.建立源网荷储多时间尺度统一协同调度模型，所述调度模型以最小化调度范围内的电网总运行成本为目标，所述电网总运行成本包含变频空调负荷聚合商参与需求响应的补偿成本，所述调度模型以上述变频空调负荷提供需求响应的连续时间模型作为约束条件。
电网总运行成本包括：火电机组的启停成本和燃料成本，变频空调负荷聚合商参与需求响应的补偿成本，弃风及强制切负荷的惩罚成本。目标函数用以下式子表示：
Figure BDA0002553156280000121
其中，下标i∈[1,Ng]表示第i个火电机组，Ng表示火电机组数量，下标j∈[1,Nw]表示第j个风电场，Nw表示风电场数量，下标m∈[1,Ns]表示第m个火电机组燃料成本函数的线性化分段，Ns表示分段线性化的段数，后续内容不再赘述，Ω表示调度范围；Ugi(τ)和Vgi(τ)分别表示火电机组是否处于正在开机和关机的状态，Ii(τ)表示火电机组启停状态，这三组为离散变量；Sgi,m(τ)表示火电机组的分段线性化出力，Lck(τ)表示切负荷量、Wcj(τ)表示弃风量，Sack,n(τ)表示变频空调的响应功率，这四组为连续变量；Csui、Csdi、
Figure BDA0002553156280000122
Csgi、Clkk、Cwcj、Csack均为价格系数常数，分别表示火电机组的开机成本系数，关机成本系数，最小出力成本系数，分段线性化成本系数；切负荷成本系数，弃风成本系数，以及变频空调各舒适度等级的响应功率成本系数。
其中，以Ugi(τ)为例，二进制变量的积分可通过下式进行求解：
Figure BDA0002553156280000123
以Sgi,m(τ)为例，连续时间变量的积分可通过下式进行求解：
Figure BDA0002553156280000124
调度模型以上述变频空调负荷提供需求响应的连续时间模型作为约束条件，除此之外，还包括以下电网约束(除约束⑦外，其他不等式约束条件是在Bernstein空间中提出)：
①包含变频空调提供的响应功率的功率平衡约束：
Figure BDA0002553156280000125
其中，
Figure BDA0002553156280000126
表示火电机组出力，
Figure BDA0002553156280000127
表示风电机组出力预测值，
Figure BDA0002553156280000128
表示弃风，
Figure BDA0002553156280000131
表示负荷预测值，
Figure BDA0002553156280000132
表示切负荷，
Figure BDA0002553156280000133
表示空调聚合商响应功率。
②弃风约束和切负荷约束
Figure BDA0002553156280000134
Figure BDA0002553156280000135
③火电机组功率的分段线性化约束
Figure BDA0002553156280000136
其中，Ii,t表示火电机组的启停状态，Ns表示分段线性化的段数。
④向上/向下备用容量约束
Figure BDA0002553156280000137
其中，
Figure BDA0002553156280000138
表示火电机组提供的上备用容量，
Figure BDA0002553156280000139
表示火电机组提供的下备用容量。
⑤机组出力约束
Figure BDA00025531562800001310
⑥时段内的火电机组爬坡约束
Figure BDA00025531562800001311
其中，M表示一个数值很大的常数。
⑦线路的传输功率约束
Figure BDA0002553156280000141
其中，Sfl,b表示线路l节点b的灵敏度矩阵，
Figure BDA0002553156280000142
表示线路l传输的最大容量，NB表示系统节点总数。
⑧机组启停状态以及最小启停时间约束
Figure BDA0002553156280000143
Figure BDA0002553156280000144
由于是整数变量，故表现为离散约束。
电力系统的常规参数包括：第i个节点处发电机有功出力的上下限
Figure BDA0002553156280000145
Figure BDA0002553156280000146
最大上下爬坡速度RUi、RDi，最小开机和最小停机时间
Figure BDA0002553156280000147
单次开机和单次关机成本Csui、Csdi；线路总条数Nl。空调负荷的常规参数包括：节点负荷预测值
Figure BDA0002553156280000148
强制切负荷量惩罚系数Ccur，风电机组所在节点编号Nw，风电机组出力预测值
Figure BDA0002553156280000149
弃风量惩罚系数Cwind，室外温度预测曲线Tout，空调用户的舒适度等级Nsa。
步骤S2.对所述调度模型进行求解，得到离散形式的调度方案后，再将其转换为连续时间尺度的形式输出。
本实施例基于MATLAB平台通过商业软件GUROBI求解，得到调度方案后并将此转换为连续时间的形式输出。
本实施例采用改进的IEEE-118节点系统图进行仿真。系统中包含54台火电机组，总计容量7220MW，186条输电线路，三个容量均为1000MW的风电场分别接在30、56和89号节点，同时考虑了位于不同负载节点上的91个变频空调负荷聚合商。弃风和切负荷惩罚分别设置为80$/MW·h和3500$/MW·h。
如图2和图3所示，当室内温度不同时，变频空调的响应功率相同时，室内温度曲线的变化速度也可能不同。此外，尽管在[17:00，18:00]期间变频空调没有提供需求响应，但室内温度仍有所降低，这表明室内温度的升高或降低不仅与空调的响应功率有关，也与前一时段的室内温度有关，通过本发明提供的连续时间模型，能够很好的反应空调响应功率及室温的变化关系。
如图4所示，变频空调的响应功率发生在负荷曲线的三个局部峰值处，导致机组出力减少，同时，如图5所示，由于变频空调提供了爬坡容量，从而降低了对机组的爬坡要求，可以消除[11:00,12:00]时段内的负荷削减。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种源网荷储多时间尺度统一协同调度方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1.建立源网荷储多时间尺度统一协同调度模型，所述调度模型以最小化调度范围内的电网总运行成本为目标，所述电网总运行成本包含变频空调负荷聚合商参与需求响应的补偿成本，所述调度模型以变频空调负荷提供需求响应的连续时间模型作为约束条件；
S2.对所述调度模型进行求解，得到离散形式的调度方案后，再将其转换为连续时间尺度的形式输出；
所述变频空调负荷提供需求响应的连续时间模型包括：
式子(1)，用于模拟每个变频空调聚合商参与响应的总功率和不同用户舒适度等级之间的关系：
Figure FDA0003131805370000011
式子(2)，用于保证在每个舒适度等级内可调度的变频空调响应功率不超过该级的最大值；
Figure FDA0003131805370000012
式子(3)，用于模拟每个变频空调聚合商参与响应的总功率和单个变频空调响应功率之间的关系：
Figure FDA0003131805370000013
式子(4)～(7)，用于模拟单台变频空调响应容量与温度的关系：
Figure FDA0003131805370000021
Figure FDA0003131805370000022
Figure FDA0003131805370000023
Figure FDA0003131805370000024
其中，下标t表示第t个时段内，下标k表示第k个变频空调，下标n表示第n个舒适度等级，上标H表示该变量经过三次Hermite插值变换处理；AC表示变频空调聚合商参与响应的总功率，Sac表示舒适度等级的响应功率，Nsa表示空调用户的舒适度等级数量；W表示Bernstein多项式与三次Hermite多项式的转换矩阵；Nac表示变频空调的数量，ac表示变频空调的响应功率；Pbase表示变频空调电功率基线，Pacmin表示变频空调的额定电功率最小值，C表示建筑物等效热容，D表示Bernstein多项式从偏微分方程转换为代数方程的运算矩阵，Tin表示室内温度，Tset表示变频空调设定温度，R表示建筑物等效热阻，k1,k2表示变频空调的系数常数，Tmax表示变频空调的温度最大值。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，空调的响应功率表示为实际的变频空调电功率与Pbase,k,t之间的差值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，变频空调的电功率基线计算公式如下：
Figure FDA0003131805370000025
其中，k1,k2,l1,l2分别表示变频空调的系数常数，Tout,k,t表示日前预测的室外温度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三次Hermite插值变换处理，分别对负荷节点的负荷曲线和火电机组的发电曲线进行描述；
在t∈[0,1)中，三次Hermite空间的四个基本多项式为：
H00(t)＝2t3-3t2+1 H01(t)＝t3-2t2+t
H10(t)＝-2t3+3t2 H11(t)＝t3-t2
具有NT个时间间隔的三次Hermite函数表示为：
Figure FDA0003131805370000031
其中，系数向量
Figure FDA0003131805370000032
由第t个时间间隔的起点和终点定义，τ表示代时段内。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Bernstein多项式，用于保证用三次Hermite样条曲线表示的连续时间轨迹在Bernstein空间内；
在t∈[0,1)内，3次的Bernstein多项式Bi(t)表示为：
Figure FDA0003131805370000033
具有NT个时间间隔的Bernstein函数表达为：
f(t)＝[B3(τ)]TNB(t)，τ∈[0,1),NB(t)∈R3×1
变频空调的一阶微分方程，如下式所示：
Figure FDA0003131805370000034
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，三次Bernstein多项式B3(t)与三次Hermite多项式H(t)之间的线性关系表示为：
H(t)＝W B3(t)
其中，W表示Bernstein多项式与三次Hermite多项式的转换矩阵。
7.如权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，所述电网总运行成本包括：火电机组的启停成本和燃料成本，变频空调负荷聚合商参与需求响应的补偿成本，弃风及强制切负荷的惩罚成本；
目标函数用以下式表示：
Figure FDA0003131805370000041
其中，下标i∈[1,Ng]表示第i个火电机组，Ng表示火电机组数量，下标j∈[1,Nw]表示第j个风电场，Nw表示风电场数量，下标m∈[1,Ns]表示第m个火电机组燃料成本函数的线性化分段，Ns表示分段线性化的段数，Ω表示调度范围；Ugi(τ)和Vgi(τ)分别表示火电机组是否处于正在开机和关机的状态，Ii(τ)表示火电机组启停状态，这三组为离散变量；Sgi,m(τ)表示火电机组的分段线性化出力，Lck(τ)表示切负荷量、Wcj(τ)表示弃风量，Sack,n(τ)表示变频空调的响应功率，这四组为连续变量；Csui、Csdi、
Figure FDA0003131805370000042
Csgi、Clkk、Cwcj、Csack均为价格系数常数，分别表示火电机组的开机成本系数，关机成本系数，最小出力成本系数，分段线性化成本系数；切负荷成本系数，弃风成本系数，以及变频空调各舒适度等级的响应功率成本系数。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述调度模型还包括以下电网约束：
①包含变频空调提供的响应功率的功率平衡约束：
Figure FDA0003131805370000051
其中，
Figure FDA0003131805370000052
表示火电机组出力，
Figure FDA0003131805370000053
表示风电机组出力预测值，
Figure FDA0003131805370000054
表示弃风，
Figure FDA0003131805370000055
表示负荷预测值，
Figure FDA0003131805370000056
表示切负荷，
Figure FDA0003131805370000057
表示空调聚合商响应功率；
②弃风约束和切负荷约束
Figure FDA0003131805370000058
Figure FDA0003131805370000059
③火电机组功率的分段线性化约束
Figure FDA00031318053700000510
其中，Ii,t表示火电机组的启停状态，Ns表示分段线性化的段数；
④向上/向下备用容量约束
Figure FDA00031318053700000511
其中，
Figure FDA00031318053700000512
表示火电机组提供的上备用容量，
Figure FDA00031318053700000513
表示火电机组提供的下备用容量；
⑤机组出力约束
Figure FDA00031318053700000514
⑥时段内的火电机组爬坡约束
Figure FDA0003131805370000061
其中，M表示常数；
⑦线路的传输功率约束
Figure FDA0003131805370000062
其中，Sfl,b表示线路l节点b的灵敏度矩阵，fll max表示线路l传输的最大容量，NB表示系统节点总数；
⑧机组启停状态以及最小启停时间约束
Figure FDA0003131805370000063
Figure FDA0003131805370000064
其中，第i个节点处发电机有功出力的上下限
Figure FDA0003131805370000065
最大上下爬坡速度RUi、RDi，最小开机和最小停机时间Ti on、Ti off，单次开机和单次关机成本Csui、Csdi；线路总条数Nl；节点负荷预测值
Figure FDA0003131805370000066
强制切负荷量惩罚系数Ccur，风电机组所在节点编号Nw，风电机组出力预测值
Figure FDA0003131805370000067
弃风量惩罚系数Cwind。
9.一种源网荷储多时间尺度统一协同调度系统，其特征在于，包括：计算机可读存储介质和处理器；
所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；
所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行权利要求1至8任一项所述的源网荷储多时间尺度统一协同调度方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113285485B (zh) * 2021-07-23 2021-10-08 南京邮电大学 长、短及多时间尺度下配电网源网荷储多端协同调压方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9287711B2 (en) * 2011-05-16 2016-03-15 General Electric Company Reducing demand/response effects implementing volt/VAR control
JP6004042B1 (ja) * 2015-05-19 2016-10-05 ダイキン工業株式会社 複数の空気調和装置の管理装置
CN105990838B (zh) * 2016-05-17 2019-01-18 杭州电子科技大学 一种计及可调度和可平移负荷的海岛微电网优化调度方法
CN107800157B (zh) * 2017-11-14 2019-12-10 武汉大学 含聚合温控负荷和新能源的虚拟发电厂双层优化调度方法
CN109861234A (zh) * 2019-02-27 2019-06-07 浙江大学 考虑聚合空调负荷旋转备用的电力系统可靠性判断方法
CN110661258B (zh) * 2019-09-29 2020-10-02 广东电网有限责任公司 一种电力系统灵活性资源分布式鲁棒优化方法

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