CN113705989A - 基于数据驱动和偏差判据的虚拟电厂用户响应检测方法 - Google Patents

基于数据驱动和偏差判据的虚拟电厂用户响应检测方法 Download PDF

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Abstract

一种基于数据驱动和偏差判据的虚拟电厂用户响应检测方法，通过考察虚拟电厂聚合的用户侧历史用能监测数据，构建用户级响应性能综合评估指标体系；然后通过数据驱动的方式挖掘用户侧历史用能监测数据得到用户成功响应事件；再利用功率偏差量判据筛选用户成功响应事件得到成功响应区间记录，并充分考虑负荷的波动情况，得到模板响应事件；最后根据模板响应事件得到所有参与聚合用户的综合性能评分。本发明利用功率偏差量判据充分考虑到了负荷的短时波动、用户响应行为的随机性等因素，方法对成功响应事件的判断更加准确，所提出的评估方法对用户侧资源的评估更具实用性和可靠性。

Description

基于数据驱动和偏差判据的虚拟电厂用户响应检测方法
技术领域
本发明涉及的是一种电力资源分配领域的技术，具体是一种基于数据驱动和功率偏差量判据的虚拟电厂聚合用户响应检测方法。
背景技术
现有的虚拟电厂能够通过先进的信息采集、控制、通信技术，将跨地区、多种类的可控分布式资源聚合起来，而对参与聚合的需求侧用户管理则是优化运行的基础，聚合资源性能会影响到虚拟电厂的收益和可持续发展能力。现有的需求侧资源评估和管理方法通过分析用户对电价的敏感程度，形成电力用户需求响应潜力评估值。但这些技术往往针对常规机组却不适用于需求侧用户资源，或者是从响应功率的角度来刻画用户特性。此外，由于影响聚合用户响应性能的因素较多，无法利用常规数学模型来判断。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于数据驱动和偏差判据的虚拟电厂用户响应检测方法，利用功率偏差量判据充分考虑到了负荷的短时波动、用户响应行为的随机性等因素，方法对成功响应事件的判断更加准确，所提出的评估方法对用户侧资源的评估更具实用性和可靠性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种基于数据驱动和偏差判据的虚拟电厂用户响应检测方法，通过考察虚拟电厂聚合的用户侧历史用能监测数据，构建用户级响应性能综合评估指标体系；然后通过数据驱动的方式挖掘用户侧历史用能监测数据得到用户成功响应事件；再利用功率偏差量判据筛选用户成功响应事件得到成功响应区间记录，并充分考虑负荷的波动情况，得到模板响应事件；最后根据模板响应事件得到所有参与聚合用户的综合性能评分。
所述的用户级响应性能综合评估指标体系包括：单次事件评估指标、平均评估指标、综合评估指标。
所述的单次事件评估指标包括：表征实际响应开始晚于计划响应事件的时长响应延迟时间分数
Figure BDA0003214901500000011
表示实际响应时间，即从开始到结束持续的时长，除以计划响应时长的响应持续时间分数
Figure BDA0003214901500000012
其中：ak为第a个用户的第k次计划响应事件，
Figure BDA0003214901500000013
Figure BDA0003214901500000014
分别为实际响应开始时间、计划响应开始时间和实际响应结束时间，由于计划响应时长通常为1小时，所以分母上省略。此外，响应时间通常以分钟为单位计算，通过除以60，将评估分数转化为以小时为单位计量。
所述的平均评估指标包括：由延迟时间绝对值的均值计算得到，用来反应用户响应的准时情况的用户a的响应准时度分数
Figure BDA0003214901500000021
由成功响应事件的响应持续时间求均值得到的响应平均持续时间分数
Figure BDA0003214901500000022
其中：Sa表示用户a成功响应事件数目。
所述的综合评估指标包括：用户a的成功响应率
Figure BDA0003214901500000023
综合性能评分
Figure BDA0003214901500000024
其中：Fa表示用户a未成功响应事件数，
Figure BDA0003214901500000025
和
Figure BDA0003214901500000026
分别为
Figure BDA0003214901500000027
和
Figure BDA0003214901500000028
归一化处理后得到的数据。
所述的归一化方法是指：最大值归一化，即变量除以该组变量中的最大值，A表示用户集合，具体为：
Figure BDA0003214901500000029
所述的用户成功响应事件是指：筛选历史数据中虚拟电厂中各用户的运行数据中计划参与需求响应的事件，并在包含此事件的特定区间范围内，通过对比基线负荷与实际负荷偏差情况，设定偏差量阈值，以判定用户是否响应虚拟电厂指令，即完成响应调峰任务，统计计划事件总数及成功响应事件总数。
所述的特定区间范围是指：终端用能信息采集设备每15分钟获取一次用电量，考虑到用户的响应存在提前或延后的情况，为了增加响应事件搜索的灵活性和可靠性，将响应事件的搜索区间设为
Figure BDA00032149015000000210
ΔT＝15。
所述的利用功率偏差量判据是指：在无响应事件的时候，实际负荷密切追踪基线负荷，偏差量较小；发生响应时，实际负荷明显偏离基线负荷，偏差量较大。为了对用户响应事件进行自动辨识，需要对偏差量进行量化，具体为：偏差量
Figure BDA00032149015000000211
其中：
Figure BDA00032149015000000212
为计划事件当日t时刻的基线负荷功率、实际负荷功率，t＝1,...,24，取值在0～1之间。
所述的模板响应事件是指：同时满足条件①用户功率偏差量dt超过响应阈值的开始时刻
Figure BDA00032149015000000213
以及条件②偏差值大于阈值的持续时间te-ts应大于等于30分钟的事件，其中：te为ts时刻后，用户功率偏差量dt小于响应阈值的第一个时刻。
所述的综合性能评分是指：综合性能评分
Figure BDA00032149015000000214
其中：
Figure BDA00032149015000000215
表示用户a的成功响应率，
Figure BDA00032149015000000216
和
Figure BDA00032149015000000217
分别为
Figure BDA00032149015000000218
和
Figure BDA00032149015000000219
归一化处理后得到的数据。
技术效果
与现有技术相比，本发明虚拟电厂可以有针对性的选择满足要求的用户资源，提高整体收益。此外，虚拟电厂和用户之间存在利益分配问题，本发明是对已有关于响应功率评估体系的补充，全面地对每个用户进行响应检测将有助于构建合理的利益分配机制，同时清晰的检测结果反馈到用户侧，则可以促进用户有针对性的调整自身用能习惯，提高综合评估分数，进一步促使虚拟电厂的整体性能的提升。工业应用价值：基于数据驱动和偏差判据的用户响应监测方法能够准确识别用户成功响应事件，能够获得虚拟电厂的响应能力，为电力调度中心制定需求响应机制和运行计划提供必要信息。同时，将促进用户调整自身用能习惯，进一步提升虚拟电厂的响应能力，形成更加快速准确响应电力调度中心计划指令的能力，降低社会发用电成本，促进绿色低碳发展。
附图说明
图1为本发明流程示意图；
图2为实施例流程图。
具体实施方式
如图2所示，为本实施例涉及一种基于数据驱动和偏差判据的虚拟电厂用户响应检测方法，包括以下步骤：
i)设置计划事件当日的用能记录为affair_list，响应阈值thre＝k*average(dt)；
ii)筛选出偏差量大于阈值的时间点对应的记录，记为res_affair；
iii)对res_affair记录中的时刻t进行遍历，t初始化为res_affair中第一个时刻，当ts＝t，ts表示可能被辨识为成功响应事件的开始时刻，n初始化为1；
iv)当te＝ts+nΔt，当te对应的记录也属于res_affair，那么n＝n+1，重复步骤a)；当te不属于res_affair,那么进行步骤ii)；
v)为了避免短时的负荷波动对辨识结果产生影响，因此限定，只有n≥2时，也就是偏差值大于阈值的时间至少需要持续30分钟，且
Figure BDA0003214901500000031
时，[ts,te]才可以记为一次成功响应事件的开始与结束时间对，并将该区间内对应的记录添加到success_list中，更新Sa:Sa＝Sa+1；当ts＝te+(n+m)Δt，m是使下一次循环的开始时间ts属于res_affair的最小正整数；当n<2，不添加成功事件记录，而直接更新ts,并返回步骤i)。
vi)当获取的success_list为空，则当knew＝0.95*kold，并计算前后两次阈值的差，当threold-threnew≥0.01，则结束循环，在本次计划事件中用户并未发生响应；否则返回步骤1)。
vii)对每一次成功响应的事件记录success_list，按照第一部分内容中的指标计算公式计算各类评估指标，最终形成针对每个参与响应用户的检测结果，并加以分析。
本实施例以某日某用户参与的响应事件为例，截取响应事件当日计划开始前1小时至计划结束后3小时的数据记录如表1所示：
表1
Figure BDA0003214901500000041
Figure BDA0003214901500000051
基于上述数据，首先计算日内偏差率均值为-0.02586，设定k＝1.5，此时阈值为-0.03879。偏差量的绝对值超过阈值绝对值的记录加粗，可以看出有13条记录满足条件；当t初始化为9:30，在其基础上每次递增15分钟，当t＝12:00时，虽然该记录的阈值不满足，但考虑到允许负荷的短时波动，暂时继续向上递增，当t＝12:15时，阈值仍不满足条件，则停止寻找。由于11:45与9:30间的时间差大于30分钟，所以满足构成一次成功响应时间对的条件，将对应的3～12号记录添加到success_list当中；当ts更新后从序号17开始，即t＝13:00，虽然有两条连续记录，但是已经超过了计划结束时间加上延后的45分钟，所以遍历结束，该次响应事件有一段成功响应记录，即t＝9:30～11:30；通过单次事件评估指标的计算环节。经计算，响应延迟时间分数
Figure BDA0003214901500000054
为-0.5，响应持续时间分数
Figure BDA0003214901500000055
为2。
按照上述操作重复对其余14次响应事件进行评估，现将每次响应事件的评估结果列出，表中标记为“\”表示该用户未成功响应当次事件如表2和表3所示：
表2
Figure BDA0003214901500000052
表3
事件总数 成功响应次数 平均响应延迟时间 平均响应持续时间 综合性能评分
15 6 0.291666667 1.458333 2
现列出共18个聚合大用户的评分情况，表中“响应准时度分数”和“响应平均持续时间分数”均经过归一化处理，以便在众多用户之间形成纵向对比如表4所示。
表4
Figure BDA0003214901500000053
Figure BDA0003214901500000061
表中↑表示该指标评分越高，则对应表现越好；↓则表示该指标评分越低，则对应表现越好。
利用数据驱动的方法，通过分析2018年期间需求响应事件的响应记录，通过本方法，能够得到每个用户的单项评估结果以及综合性能指标。通过上述分析和评估结果可以看出，在18个参与聚合的用户中，从成功响应次数来看，用户7表现最优，说明对响应的参与积极性较高，而用户17则较差。从“响应准时度分数”来看，用户1响应的准时度是最高的，而用户16的不准时程度比较严重。从“响应平均持续时间分数”来看，用户17具有较稳定的响应特性，响应区间能够覆盖计划时间，但其他用户时间的差异性也不是很大，均表现不错，用户6相对较弱。最后从“综合性能评分”来看，分数最高的是用户2，虽然用户2在单项评分中没有非常突出，但是它的总体性能是最好的，每一个单项也都处于中上位次。综上可以看出，本发明提出的评估方法，不仅能够有效的针对每一个用户各方面的性能进行评估，直观的分析得到用户的优势与不足之处，可以在后续项目的进行中有针对性的加以改进，而且定义的综合评估指标，可以筛选出综合性能最优的用户，而且算例也验证了这一方法的有效性和合理性。
与现有技术相比，本方法得出本算例中18个参与聚合的主体的多维度的性能，考虑到了需求响应数据的实际处理情况，从实际功率与基线负荷的数据分析出发，通过合理且有效的方式筛选出用户真实响应情况，判别了成功响应事件数目，响应的准时性、响应的可持续时长等，从而提高了检测的准确性。并且通过本方法，可以清晰的判别出每个用户的优势或不足所在，可以促进其有针对性的改进。最终形成的综合评分便可以为虚拟电厂与用户之间的利益分配机制提供参考，例如，性能更好的用户，可以获得更高的补偿单价，或者在净利润分配中占比更高。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (10)

1.一种基于数据驱动和偏差判据的虚拟电厂用户响应检测方法，其特征在于，通过考察虚拟电厂聚合的用户侧历史用能监测数据，构建用户级响应性能综合评估指标体系；然后通过数据驱动的方式挖掘用户侧历史用能监测数据得到用户成功响应事件；再利用功率偏差量判据筛选用户成功响应事件得到成功响应区间记录，并充分考虑负荷的波动情况，得到模板响应事件；最后根据模板响应事件得到所有参与聚合用户的综合性能评分；
所述的用户级响应性能综合评估指标体系包括：单次事件评估指标、平均评估指标、综合评估指标。
2.根据权利要求1所述的基于数据驱动和偏差判据的虚拟电厂用户响应检测方法，其特征是，所述的单次事件评估指标包括：表征实际响应开始晚于计划响应事件的时长响应延迟时间分数
Figure FDA0003214901490000011
表示实际响应时间，即从开始到结束持续的时长，除以计划响应时长的响应持续时间分数
Figure FDA0003214901490000012
其中：ak为第a个用户的第k次计划响应事件，
Figure FDA0003214901490000013
Figure FDA0003214901490000014
分别为实际响应开始时间、计划响应开始时间和实际响应结束时间。
3.根据权利要求1所述的基于数据驱动和偏差判据的虚拟电厂用户响应检测方法，其特征是，所述的平均评估指标包括：由延迟时间绝对值的均值计算得到，用来反应用户响应的准时情况的用户a的响应准时度分数
Figure FDA0003214901490000015
由成功响应事件的响应持续时间求均值得到的响应平均持续时间分数
Figure FDA0003214901490000016
其中：Sa表示用户a成功响应事件数目。
4.根据权利要求1所述的基于数据驱动和偏差判据的虚拟电厂用户响应检测方法，其特征是，所述的综合评估指标包括：用户a的成功响应率
Figure FDA0003214901490000017
综合性能评分
Figure FDA0003214901490000018
其中：Fa表示用户a未成功响应事件数，
Figure FDA0003214901490000019
和
Figure FDA00032149014900000110
分别为
Figure FDA00032149014900000111
和
Figure FDA00032149014900000112
归一化处理后得到的数据。
5.根据权利要求4所述的基于数据驱动和偏差判据的虚拟电厂用户响应检测方法，其特征是，所述的归一化是指：最大值归一化，即变量除以该组变量中的最大值，A表示用户集合，具体为：
Figure FDA00032149014900000113
6.根据权利要求1所述的基于数据驱动和偏差判据的虚拟电厂用户响应检测方法，其特征是，所述的用户成功响应事件是指：筛选历史数据中虚拟电厂中各用户的运行数据中计划参与需求响应的事件，并在包含此事件的特定区间范围内，通过对比基线负荷与实际负荷偏差情况，设定偏差量阈值，以判定用户是否响应虚拟电厂指令，即完成响应调峰任务，统计计划事件总数及成功响应事件总数。
7.根据权利要求6所述的基于数据驱动和偏差判据的虚拟电厂用户响应检测方法，其特征是，所述的特定区间范围是指：终端用能信息采集设备每15分钟获取一次用电量，考虑到用户的响应存在提前或延后的情况，为了增加响应事件搜索的灵活性和可靠性，将响应事件的搜索区间设为
Figure FDA0003214901490000021
8.根据权利要求1所述的基于数据驱动和偏差判据的虚拟电厂用户响应检测方法，其特征是，所述的利用功率偏差量判据是指：在无响应事件的时候，实际负荷密切追踪基线负荷，偏差量较小；发生响应时，实际负荷明显偏离基线负荷，偏差量较大，为了对用户响应事件进行自动辨识，需要对偏差量进行量化，具体为：偏差量
Figure FDA0003214901490000022
其中：
Figure FDA0003214901490000023
为计划事件当日t时刻的基线负荷功率、实际负荷功率，t＝1,...,24，取值在0～1之间。
9.根据权利要求1所述的基于数据驱动和偏差判据的虚拟电厂用户响应检测方法，其特征是，所述的模板响应事件是指：同时满足条件①用户功率偏差量dt超过响应阈值的开始时刻
Figure FDA0003214901490000024
以及条件②偏差值大于阈值的持续时间te-ts应大于等于30分钟的事件，其中：te为ts时刻后，用户功率偏差量dt小于响应阈值的第一个时刻。
10.根据权利要求1所述的基于数据驱动和偏差判据的虚拟电厂用户响应检测方法，其特征是，所述的综合性能评分是指：综合性能评分
Figure FDA0003214901490000025
其中：
Figure FDA0003214901490000026
表示用户a的成功响应率，
Figure FDA0003214901490000027
和
Figure FDA0003214901490000028
分别为
Figure FDA0003214901490000029
和
Figure FDA00032149014900000210
归一化处理后得到的数据。
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