CN114219148A - 一种工业微电网需求响应优化方法及装置 - Google Patents

一种工业微电网需求响应优化方法及装置 Download PDF

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罗煜
王文钟
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Abstract

本发明公开了一种工业微电网需求响应优化方法及装置，其中方法包括：基于用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率确定用户满意度指标；根据供电侧的运行成本、环境折算成本、启停成本、运维成本、与外网交换功率成本收益计算工业微电网的综合运行成本；根据用户满意度指标、综合运行成本以及各自的折算系数确定工业微电网的运行目标函数；基于随机机会约束规划理论，根据运行目标函数并结合工业微电网的约束条件优化用电侧不同负荷的负荷功率。结合综合运行成本和用户满意度指标为目标函数，计及系统约束条件建立优化模型，实现了在制定工业微电网需求侧管理方案和优化运行方案的同时，保证了用户的满意度。

Description

一种工业微电网需求响应优化方法及装置
技术领域
本发明实施例涉及智能电网技术领域，尤其涉及一种工业微电网需求响应优化方法及装置。
背景技术
微电网(Micro-Grid)是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统；微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的可靠供给，使传统电网向智能电网过渡。
目前，有较多的针对微电网优化运行优化模型，存在一些做法制定微电网运行计划时采用需求侧管理，也有部分研究对用户满意度提出评估模型；但在制定系统运行计划和需求侧管理计划时并未考虑对用户的影响，并未将用户满意度应用到微电网需求侧响应的运行优化当中，而且用户满意度指标建立方式通常因为考虑因素有限，不是很全面，无法充分激励和引导用户参与需求响应，降低了工业微电网的经济性和用户的满意度。
发明内容
本发明实施例提供了一种工业微电网需求响应优化方法及装置，以实现在制定工业微电网需求侧管理方案和优化运行方案的同时，提高用户的满意度以及微电网的经济性。
第一方面，本发明实施例提供了一种工业微电网需求响应优化方法，所述工业微电网包括供电侧和用电侧；工业微电网需求响应优化方法包括：
基于用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率确定用户满意度指标；
根据供电侧的运行成本、环境折算成本、启停成本、运维成本、与外网交换功率成本收益计算工业微电网的综合运行成本；
根据所述用户满意度指标、所述综合运行成本以及各自的折算系数确定工业微电网的运行目标函数；
基于随机机会约束规划理论，根据所述运行目标函数并结合工业微电网的约束条件优化用电侧不同负荷的负荷功率。
可选的，所述基于用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率确定用户满意度指标之前，还包括：
构建所述工业微电网实施需求管理之后用电侧的总负荷功率函数；其中所述用电侧的负荷包括可平移负荷、可中断负荷和固定负荷；
根据所述工业微电网实施需求管理之后用电侧的总负荷功率函数分别计算用户用电效益和用户平均购电价格。
可选的，所述工业微电网实施需求管理之后用电侧的总负荷功率函数基于以下确定：
Figure BDA0003409295710000021
其中，
Figure BDA0003409295710000022
为所述工业微电网实施需求管理之后用电侧的总负荷功率；
Figure BDA0003409295710000023
为可平移负荷实施需求管理之后的负荷功率，
Figure BDA0003409295710000024
为可中断负荷实施需求管理之后的负荷功率，
Figure BDA0003409295710000025
为固定负荷实施需求管理之后的负荷功率；
对于可平移负荷，定义
Figure BDA0003409295710000031
为从t1时段平移到t2时段的可平移负荷功率，则有平移后的t时段可平移负荷的负荷功率
Figure BDA0003409295710000032
如下式所示：
Figure BDA0003409295710000033
对于可中断负荷，若t时段发生了功率紧张并进行了可中断负荷功率为
Figure BDA0003409295710000034
则有t时段可中断负荷的负荷功率
Figure BDA0003409295710000035
如下式所示：
Figure BDA0003409295710000036
对于固定负荷，t时段固定负荷的负荷功率如下式所示：
Figure BDA0003409295710000037
其中，
Figure BDA0003409295710000038
为可平移负荷实施需求管理之前的负荷功率，
Figure BDA0003409295710000039
为可中断负荷实施需求管理之前的负荷功率，
Figure BDA00034092957100000310
为固定负荷实施需求管理之前的负荷功率。
可选的，根据所述工业微电网实施需求管理之后用电侧的总负荷功率函数计算用户用电效益基于以下确定：
Figure BDA00034092957100000311
根据所述工业微电网实施需求管理之后用电侧的总负荷功率函数计算用户平均购电价格基于以下确定：
Figure BDA00034092957100000312
所述供电侧功率消纳率基于以下确定：
Figure BDA00034092957100000313
其中，
Figure BDA00034092957100000314
PL,t为所述工业微电网实施需求管理之前用电侧的总负荷功率；R1为用户用电效益，R2为用户平均购电价格，R3微电网风电消纳率；PAB，t为t时段风电机组弃风功率；PWT，t为风电机组在t时段出力。
可选的，所述基于用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率确定用户满意度指标，基于以下确定：
R＝λ1R1+λ2R2+λ3R3
其中，R为用户满意度指标，λ1，λ2和λ3分别为用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率的权重系数。
可选的，所述工业微电网的供电侧包含分布式风电机组、火电机组和储能设备；
所述根据供电侧的运行成本、环境折算成本、启停成本、运维成本、与外网交换功率成本收益计算工业微电网的综合运行成本基于以下确定：
C＝CG+CG，OM+CEN+CGRID+CDP+CSB，OM
其中，CG为火电机组运行成本，CG，OM为火电机组运行维护成本，CEN为火电机组环保折算成本收益，CGRID为火电机组与外网交换功率成本收益；CDP为储能设备的折旧成本，CSB，OM为储能设备的运行维护成本。
可选的，所述根据所述用户满意度指标、所述综合运行成本以及各自的折算系数确定工业微电网的运行目标函数，基于以下确定：
min F＝η1(CG+CG，OM+CEN+CGRID+CDP+CSB，OM)+η2R
式中：F为运行目标函数；η1和η2分别为综合运行成本和用户满意度指标在目标函数中的折算系数。
可选的，所述基于随机机会约束规划理论，根据所述运行目标函数并结合工业微电网的约束条件优化用电侧不同负荷的负荷功率包括：
基于风电出力的不确定性，根据随机机会约束规划理论将运行目标函数重新构建为如下所示的形式：
Figure BDA0003409295710000051
其中，α为目标函数的置信度；
Figure BDA0003409295710000052
为运行目标函数在置信度α下的乐观值；
在满足工业微电网的约束条件下，根据重新构建后的运行目标函数计算出实施需求管理之后的可平移负荷的负荷功率、可中断负荷的负荷功率和固定负荷的负荷功率。
可选的，所述工业微电网的约束条件包括：系统功率平衡约束条件、火电机组出力约束条件、风电机组运行约束条件、火电机组启停约束条件、储能运行约束条件和机组爬坡约束条件。
第二方面，本发明实施例提供了一种工业微电网需求响应优化装置，包括：
用户满意度指标确定模块，用于基于用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率确定用户满意度指标；
综合运行成本计算模块，用于根据供电侧的运行成本、环境折算成本、启停成本、运维成本、与外网交换功率成本收益计算工业微电网的综合运行成本；
运行目标函数建立模块，用于根据所述用户满意度指标、所述综合运行成本以及各自的折算系数确定工业微电网的运行目标函数；
负荷功率优化模块，用于基于随机机会约束规划理论，根据所述运行目标函数并结合工业微电网的约束条件优化用电侧不同负荷的负荷功率。
本发明实施例提供了一种工业微电网需求响应优化方法及装置，所述工业微电网包括供电侧和用电侧；工业微电网需求响应优化方法包括：基于用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率确定用户满意度指标；根据供电侧的运行成本、环境折算成本、启停成本、运维成本、与外网交换功率成本收益计算工业微电网的综合运行成本；根据所述用户满意度指标、所述综合运行成本以及各自的折算系数确定工业微电网的运行目标函数；基于随机机会约束规划理论，根据所述运行目标函数并结合工业微电网的约束条件优化用电侧不同负荷的负荷功率。本发明提供的技术方案基于用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率确定用户满意度指标，综合运行成本和用户满意度指标为目标函数，计及系统约束条件建立优化模型，所建立的模型在制定工业微电网需求侧管理方案和优化运行方案时充分计及了用户满意度并追求经济性；实现了在制定工业微电网需求侧管理方案和优化运行方案的同时，提高用户的满意度以及微电网的经济性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种工业微电网需求响应优化方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的另一种工业微电网需求响应优化方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种工业微电网的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种工业微电网需求响应优化装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明实施例提供了一种工业微电网需求响应优化方法，工业微电网包括供电侧和用电侧，图1是本发明实施例提供的一种工业微电网需求响应优化方法的流程图，参考图1，工业微电网需求响应优化方法包括：
S110、基于用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率确定用户满意度指标。
具体的，用户满意度是电力营销的概念，将电价响应融入户用型微电网的优化调度时，次日的负荷曲线会在优化目标函数和约束条件的相互作用下发生改变。由于用户用电习惯和电费支出对其影响的不同，如果不考虑用户的满意度，可能会使优化调度的结果损害用户的利益，使用户感到不满意，难以达到协调用户用电适应大电网削峰填谷的目的。
本发明实施例中，微电网用户运行的满意度受到三个主要因素影响，分别为需求侧管理程度带来的用电效益，用户平均购电价格以及系统中风电功率消纳水平。对于用户用电效益，可以理解为在计算用户满意度指标时考虑了用电产生的经济值；对于用户平均购电价格，可以理解为在计算用户满意度指标时考虑了电费成本；对于供电侧功率消纳率，可以理解为在计算用户满意度指标时考虑了微电网产生的电被利用的电量情况。针对负荷侧进行需求侧管理，基于用电效益损耗，用户平均购电价格及系统中风电功率消纳水平，建立了用户满意度指标。
S120、根据供电侧的运行成本、环境折算成本、启停成本、运维成本、与外网交换功率成本收益计算工业微电网的综合运行成本。
具体的，工业微电网的综合运行成本包括供电侧的运行成本、环境折算成本、启停成本、运维成本、与外网交换功率成本收益。供电侧可以包括发电设备和储能设备等供电设备。运行成本可以由供电设备的发电功率和发电费用、以及供电设备的启停成本确定。环境折算成本可以理解为供电设备发电时为保护环境所形成的环保折算成本。运维成本为运行维护供电设备所带来的成本。与外网交换功率成本收益可以理解为风电补贴。应用对象为工业微电网，该系统作为风储系统，包含分布式风电，火电机组和储能设备并网运行，系统既可以运行在并网模式下，也可以运行在离网模式下。综合运行成本可以包括：火电机组运行成本，火电机组运行维护成本，火电机组环保折算成本收益，火电机组与外网交换功率成本收益；储能设备的折旧成本，储能设备的运行维护成本。
S130、根据用户满意度指标、综合运行成本以及各自的折算系数确定工业微电网的运行目标函数。
具体的，工业微电网的运行目标函数一方面包含综合运行成本，如火电机组运行成本、环境折算成本、火电机组启停成本、风机运维、风电补贴、蓄电池成本，另一方面包括用户满意度指标，采用折算系数进行整合。
S140、基于随机机会约束规划理论，根据运行目标函数并结合工业微电网的约束条件优化用电侧不同负荷的负荷功率。
具体的，需求响应(demand response，DR)是指用户收到运营商发出的电价信号或者激励信号后，改变其常规的用电习惯，缓解电力供应紧张的一种用电行为。DR可分为激励型DR与价格型DR两种。微电网中引入需求响应将确保供电侧和需求侧都满足最佳运行条件，在一定程度上可以提高的电网灵活性，并缓解间歇性可再生能源的影响，有助于建立一个更经济、可靠的微电网。考虑到风电出力不确定性，采用随机机会约束规划理论将运行目标函数重新建立模型，结合工业微电网的约束条件优化用电侧不同负荷的负荷功率。工业微电网的约束条件可以包括系统功率平衡约束条件、火电机组出力约束条件、风电机组运行约束条件、火电机组启停约束条件、储能运行约束条件和机组爬坡约束条件。本发明实施例在制定工业微电网需求侧管理方案和优化运行方案的同时，考虑了用户的满意度，使得优化调度的结果可以保证用户的利益，使用户感到满意，达到协调用户用电适应大电网削峰填谷的目的。
本发明实施例提供的一种工业微电网需求响应优化方法，包括：基于用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率确定用户满意度指标；根据供电侧的运行成本、环境折算成本、启停成本、运维成本、与外网交换功率成本收益计算工业微电网的综合运行成本；根据所述用户满意度指标、所述综合运行成本以及各自的折算系数确定工业微电网的运行目标函数；基于随机机会约束规划理论，根据所述运行目标函数并结合工业微电网的约束条件优化用电侧不同负荷的负荷功率。本发明提供的技术方案基于用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率确定用户满意度指标，综合运行成本和用户满意度指标为目标函数，计及系统约束条件建立优化模型，所建立的模型在制定工业微电网需求侧管理方案和优化运行方案时充分计及了用户满意度并追求经济性；实现了在制定工业微电网需求侧管理方案和优化运行方案的同时，提高用户的满意度以及微电网的经济性。
图2是本发明实施例提供的另一种工业微电网需求响应优化方法的流程图，参考图2，工业微电网需求响应优化方法包括：
S210、构建工业微电网实施需求管理之后用电侧的总负荷功率函数；其中用电侧的负荷包括可平移负荷、可中断负荷和固定负荷。
具体的，根据工业设备使用时间、功率等运行特性的不同，从运行调度的角度将负荷分为3类：可平移负荷、可中断负荷和固定负荷。固定负荷是指使用时间和功率比较固定、不能进行调度的负荷；可平移负荷是指使用时间可以根据需要平移到别的时段、但功率比较固定的负荷；可中断负荷是指功率可以根据需要进行调节的负荷，可使负荷中断工作。
针对工业微电网中的负荷特性，将t时段系统负荷按如下所示的形式分为三类，并分别针对各类负荷采取不同的自动需求响应策略。
Figure BDA0003409295710000101
式中：PL,t为t时段微电网负荷水平；
Figure BDA0003409295710000102
分别对应I类负荷即可平移负荷，II类可中断负荷以及III类固定负荷。
Figure BDA0003409295710000103
为可平移负荷实施需求管理之前的负荷功率，
Figure BDA0003409295710000104
为可中断负荷实施需求管理之前的负荷功率，
Figure BDA0003409295710000105
为固定负荷实施需求管理之前的负荷功率。
针对可平移负荷，定义
Figure BDA0003409295710000106
为从t1时段平移到t2时段的可平移负荷，则有平移后的t时段I类负荷
Figure BDA0003409295710000107
如下式所示。
Figure BDA0003409295710000108
对于可中断负荷，假设t时段发生了功率紧张并进行了可中断负荷功率为
Figure BDA0003409295710000109
则有t时段II类可中断负荷
Figure BDA00034092957100001010
如下式所示：
Figure BDA00034092957100001011
对于固定负荷不进行需求侧管理，因此对于固定负荷，t时段固定负荷的负荷功率如下式所示：
Figure BDA00034092957100001012
其中，
Figure BDA0003409295710000111
为所述工业微电网实施需求管理之后用电侧的总负荷功率；
Figure BDA0003409295710000112
为可平移负荷实施需求管理之后的负荷功率，
Figure BDA0003409295710000113
为可中断负荷实施需求管理之后的负荷功率，
Figure BDA0003409295710000114
为固定负荷实施需求管理之后的负荷功率。
则综上自动需求响应策略，可以得到微电网在t时段实施需求侧管理之后的负荷水平。工业微电网实施需求管理之后用电侧的总负荷功率函数基于以下确定：
Figure BDA0003409295710000115
分别代入后得到：
Figure BDA0003409295710000116
S220、根据工业微电网实施需求管理之后用电侧的总负荷功率函数分别计算用户用电效益和用户平均购电价格。
具体的，根据工业微电网实施需求管理之后用电侧的总负荷功率函数计算用户用电效益基于以下确定：
Figure BDA0003409295710000117
根据工业微电网实施需求管理之后用电侧的总负荷功率函数计算用户平均购电价格基于以下确定：
Figure BDA0003409295710000118
供电侧功率消纳率基于以下确定：
Figure BDA0003409295710000119
其中，PL,t为所述工业微电网实施需求管理之前用电侧的总负荷功率；R1为用户用电效益，效用函数采用负荷曲线响应前后之差的对数来衡量用户用电效用的变化；R2为用户平均购电价格，R3微电网风电消纳率；PAB,t为t时段风电机组弃风功率；PWT,t为风电机组在t时段出力。
S230、基于用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率确定用户满意度指标。
基于用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率确定用户满意度指标，基于以下确定：
R＝λ1R1+λ2R2+λ3R3
其中，R为用户满意度指标，λ1，λ2和λ3分别为用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率的权重系数。
S240、根据供电侧的运行成本、环境折算成本、启停成本、运维成本、与外网交换功率成本收益计算工业微电网的综合运行成本。
图3是本发明实施例提供的一种工业微电网的结构示意图，参考图3，工业微电网的供电侧包含由多个分布式风电机101组成的风电机组、多个火电机102组成的火电机组和多个储能设备103，图3中示例性的画出了两个风电机101、两个火电机102、两个储能设备103。风电机101通过交流转交流器件AC/AC与母线连接，储能设备103通过交流转直流器件AC/AD与母线连接。交流母线用于给交流负载104供电。交流母线上设置有联络开关K，并且通过公共连接点(Point of Common Coupling，PCC)与上级配网200连接。
根据供电侧的运行成本、环境折算成本、启停成本、运维成本、与外网交换功率成本收益计算工业微电网的综合运行成本基于以下确定：
C＝CG+CG,OM+CEN+CGRID+CDP+CSB,OM
其中，CG为火电机组运行成本，CG,OM为火电机组运行维护成本，CEN为火电机组环保折算成本收益，CGRID为火电机组与外网交换功率成本收益；CDP为储能设备的折旧成本，CSB,OM为储能设备的运行维护成本。
上式中，
Figure BDA0003409295710000131
式中：T为微电网调度时段数；Ng为火电机组数量；
Figure BDA0003409295710000132
表示火电机组i在t时段的出力功率；ui,t为火电机组i在t时段的机组启停状态，0表示停机，1表示启动；
Figure BDA0003409295710000133
为火电机组i在t时段的发电费用，计算公式如下：
Figure BDA0003409295710000134
式中：ai，bi,ci为发电机的i成本函数系数，Si,tu(i,t)(1-ui(t-1))为火电机组i在t时段的启停成本，该成本的计算如下式所示：
Figure BDA0003409295710000135
式中：CHSi、CCSi分别为机组i的热态、冷态启动成本；TCSi为发电机i的冷态启动时间；
Figure BDA0003409295710000136
表示机组i容许的最短停机时间；
Figure BDA0003409295710000137
表示机组i已连续运行或停机的时段数。对于热态启动成本，
Figure BDA0003409295710000138
表示机组i已连续运行的时段数；对于冷态启动成本，
Figure BDA0003409295710000139
表示机组i已连续停机的时段数。
Figure BDA00034092957100001310
式中：M为需要进行运维的设备集合，FOM,t(·)为第i台设备的运维成本函数；Pi(t)为第i台设备在t时段的出力。存在运维费用的设备包括风电机组，火电机组以及储能设备。
Figure BDA0003409295710000141
式中：
Figure BDA0003409295710000142
为机组对i第θ种污染物的排放系数；θ为污染物类别，共N种污染物；cθ为第θ种环境折算成本系数。
Figure BDA0003409295710000143
式中：PGRID,t为t时段微电网与外网的购售电功率；pt为t时段的分时电价水平。
Figure BDA0003409295710000144
式中：M为微电网中储能数量；Caz,i为第i台储能设备的单位容量安装成本；ki为第i台储能的容量因数，即ki＝第i台储能年充放电量/(8760×第i台储能额定功率)；r为社会资本年利率；ni为第i台储能的经济寿命(在设备物资寿命的后期，因设备故障频繁而引起的损失急剧增加。购置设备后，使用的年数越多，每年分摊的投资越少，设备的保养和操作费用却越多。在使用期最适宜的年份内设备年均费用最低，这即经济寿命)；PESS,i(t)为t时段第i台储能充放电功率，当PESS,i(t)＞0时为放电状态，当PESS,i(t)<0时为充电状态。
Figure BDA0003409295710000145
式中：ui,1(t)和ui,2(t)为储能充放电系数，表征储能运行状态，当充电时有ui,1(t)＝1和ui,2(t)＝0，当放电时有ui,1(t)＝0和ui,2(t)＝1；kch,i为第i个储能电站充电时的运行维护成本系数；kdis,i为第i个储能放电时的运行维护成本系数。
S250、根据用户满意度指标、综合运行成本以及各自的折算系数确定工业微电网的运行目标函数。
具体的，根据用户满意度指标、综合运行成本以及各自的折算系数确定工业微电网的运行目标函数，基于以下确定：
min F＝η1(CG+CG，OM+CEN+CGRID+CDP+CSB，OM)+η2R
式中：F为运行目标函数；η1和η2分别为综合运行成本和用户满意度指标在目标函数中的折算系数。
S260、基于随机机会约束规划理论，根据运行目标函数并结合工业微电网的约束条件优化用电侧不同负荷的负荷功率。
具体的，基于随机机会约束规划理论，根据运行目标函数并结合工业微电网的约束条件优化用电侧不同负荷的负荷功率包括：
考虑风电出力的不确定性，根据随机机会约束规划理论将运行目标函数重新构建为如下所示的形式：
Figure BDA0003409295710000151
其中，α为目标函数的置信度；
Figure BDA0003409295710000152
为运行目标函数在置信度α下的乐观值；通过概率形式的目标函数，模型实际上需要优化的是乐观值
Figure BDA0003409295710000153
使得微电网实际运行成本小于
Figure BDA0003409295710000154
的概率达到α。
在满足工业微电网的约束条件下，根据重新构建后的运行目标函数计算出实施需求管理之后的可平移负荷的负荷功率、可中断负荷的负荷功率和固定负荷的负荷功率。
其中，工业微电网的约束条件包括：系统功率平衡约束条件、火电机组出力约束条件、风电机组运行约束条件、火电机组启停约束条件、储能运行约束条件和机组爬坡约束条件。
系统功率平衡约束如下式所示：
Figure BDA0003409295710000161
式中：Ploss，t为t时段网损功率。δ为不平衡功率偏差允许限制，β为约束条件的置信度。在随机模型中由于风电出力预测偏差因此不存在绝对的功率平衡，当系统不平衡在δ以内的概率达到β模型则认为功率平衡约束成立。
火电机组出力约束条件如下所示：
Figure BDA0003409295710000162
式中：Pi，min和Pi，max分别为火电机组i的最低出力和最高出力。
对风电机组的弃风功率做出的约束如下所示：
0≤PAB，t≤PWT，t
对火电机组启停约束如下所示：
Figure BDA0003409295710000163
式中：
Figure BDA0003409295710000164
表示机组i到t-1时段为止的持续开机和持续停机时间。
储能设备运行约束如下所示：
Figure BDA0003409295710000165
式中：Δt为调度时段长；μch和μdis为储能状态系数，充电时μch1为1且μdis为0，放电时μch为0且μdis为1；
Figure BDA0003409295710000166
为最大充放电功率；QESS为储能容量；ηch和ηdis分别为储能充电效率和放电效率。
机组爬坡约束如下所示：
Figure BDA0003409295710000171
式中：DRi和URi分别表示机组i的分钟级的下降速率和上升速率。
本发明实施例提供的技术方案考虑用户满意度的风储型工业微电网源荷协调优化运行模型，以一个包含风储电站并网的微电网为例，针对负荷侧进行需求侧管理，基于用电效益损耗，用户平衡购电价格及系统中风电功率消纳水平，建立了用户满意度指标。在此基础上，考虑到风电出力不确定性，采用随机机会约束规划理论建立模型，所建立的模型以火电机组运行成本，环境折算成本，储能运行成本等成本为目标函数，考虑系统功率平衡约束，机组运行约束，储能充放电约束等约束条件。系统在并网运行模式下运行指标优于离网运行模式下运行指标，而在计及需求侧管理时的运行指标相比于不计及的情况下要更优；在不确定性方面模型置信度水平越高，则系统经济性指标越低。
本发明实施例还提供了一种工业微电网需求响应优化装置，用于执行上述任意实施例所述工业微电网需求响应优化方法，图4是本发明实施例提供的一种工业微电网需求响应优化装置的结构框图，参考图4，工业微电网需求响应优化装置包括：
用户满意度指标确定模块10，用于基于用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率确定用户满意度指标；
综合运行成本计算模块20，用于根据供电侧的运行成本、环境折算成本、启停成本、运维成本、与外网交换功率成本收益计算工业微电网的综合运行成本；
运行目标函数建立模块30，用于根据所述用户满意度指标、所述综合运行成本以及各自的折算系数确定工业微电网的运行目标函数；
负荷功率优化模块40，用于基于随机机会约束规划理论，根据所述运行目标函数并结合工业微电网的约束条件优化用电侧不同负荷的负荷功率。
具体的，微电网用户运行的满意度受到三个主要因素影响，分别为需求侧管理程度带来的用电效益，用户平均购电价格以及系统中风电功率消纳水平。用户用电效益可以理解为在计算用户满意度指标时考虑了用电产生的经济值，用户平均购电价格可以理解为在计算用户满意度指标时考虑了电费成本，供电侧功率消纳率可以理解为在计算用户满意度指标时考虑了微电网产生的电被利用的电量。针对负荷侧进行需求侧管理，用户满意度指标确定模块10基于用电效益损耗，用户平均购电价格及系统中风电功率消纳水平，建立了用户满意度指标。
应用对象为工业微电网，该系统作为的风储系统，包含分布式风电，火电机组和储能设备并网运行，系统既可以运行在并网模式下，也可以运行在离网模式下。综合运行成本可以包括：火电机组运行成本，火电机组运行维护成本，火电机组环保折算成本收益，火电机组与外网交换功率成本收益；储能设备的折旧成本，储能设备的运行维护成本。综合运行成本计算模块20根据供电侧的运行成本、环境折算成本、启停成本、运维成本、与外网交换功率成本收益计算工业微电网的综合运行成本。
工业微电网的运行目标函数一方面包含综合运行成本，如火电机组运行成本、环境折算成本、火电机组启停成本、风机运维、风电补贴、蓄电池成本，另一方面包括用户满意度指标，运行目标函数建立模块30采用折算系数对综合运行成本和用户满意度指标进行整合，建立运行目标函数。
考虑到风电出力不确定性，负荷功率优化模块40采用随机机会约束规划理论将运行目标函数重新建立模型，结合工业微电网的约束条件优化用电侧不同负荷的负荷功率。工业微电网的约束条件可以包括系统功率平衡约束条件、火电机组出力约束条件、风电机组运行约束条件、火电机组启停约束条件、储能运行约束条件和机组爬坡约束条件。本发明实施例在制定工业微电网需求侧管理方案和优化运行方案的同时，考虑了用户的满意度，使得优化调度的结果可以保证用户的利益，使用户感到满意，达到协调用户用电适应大电网削峰填谷的目的。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种工业微电网需求响应优化方法，其特征在于，所述工业微电网包括供电侧和用电侧；包括：
基于用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率确定用户满意度指标；
根据供电侧的运行成本、环境折算成本、启停成本、运维成本、与外网交换功率成本收益计算工业微电网的综合运行成本；
根据所述用户满意度指标、所述综合运行成本以及各自的折算系数确定工业微电网的运行目标函数；
基于随机机会约束规划理论，根据所述运行目标函数并结合工业微电网的约束条件优化用电侧不同负荷的负荷功率。
2.根据权利要求1所述的工业微电网需求响应优化方法，其特征在于，所述基于用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率确定用户满意度指标之前，还包括：
构建所述工业微电网实施需求管理之后用电侧的总负荷功率函数；其中所述用电侧的负荷包括可平移负荷、可中断负荷和固定负荷；
根据所述工业微电网实施需求管理之后用电侧的总负荷功率函数分别计算用户用电效益和用户平均购电价格。
3.根据权利要求2所述的工业微电网需求响应优化方法，其特征在于，所述工业微电网实施需求管理之后用电侧的总负荷功率函数基于以下确定：
Figure FDA0003409295700000011
其中，
Figure FDA0003409295700000012
为所述工业微电网实施需求管理之后用电侧的总负荷功率；
Figure FDA0003409295700000013
为可平移负荷实施需求管理之后的负荷功率，
Figure FDA0003409295700000014
为可中断负荷实施需求管理之后的负荷功率，
Figure FDA0003409295700000021
为固定负荷实施需求管理之后的负荷功率；
对于可平移负荷，定义
Figure FDA0003409295700000022
为从t1时段平移到t2时段的可平移负荷功率，则有平移后的t时段可平移负荷的负荷功率
Figure FDA0003409295700000023
如下式所示：
Figure FDA0003409295700000024
对于可中断负荷，若t时段发生了功率紧张并进行了可中断负荷功率为
Figure FDA0003409295700000025
则有t时段可中断负荷的负荷功率
Figure FDA0003409295700000026
如下式所示：
Figure FDA0003409295700000027
对于固定负荷，t时段固定负荷的负荷功率如下式所示：
Figure FDA0003409295700000028
其中，
Figure FDA0003409295700000029
为可平移负荷实施需求管理之前的负荷功率，
Figure FDA00034092957000000210
为可中断负荷实施需求管理之前的负荷功率，
Figure FDA00034092957000000211
为固定负荷实施需求管理之前的负荷功率。
4.根据权利要求3所述的工业微电网需求响应优化方法，其特征在于，根据所述工业微电网实施需求管理之后用电侧的总负荷功率函数计算用户用电效益基于以下确定：
Figure FDA00034092957000000212
根据所述工业微电网实施需求管理之后用电侧的总负荷功率函数计算用户平均购电价格基于以下确定：
Figure FDA00034092957000000213
所述供电侧功率消纳率基于以下确定：
Figure FDA0003409295700000031
其中，
Figure FDA0003409295700000032
PL,t为所述工业微电网实施需求管理之前用电侧的总负荷功率；R1为用户用电效益，R2为用户平均购电价格，R3微电网风电消纳率；PAB,t为t时段风电机组弃风功率；PWT,t为风电机组在t时段出力。
5.根据权利要求4所述的工业微电网需求响应优化方法，其特征在于，所述基于用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率确定用户满意度指标，基于以下确定：
R＝λ1R1+λ2R2+λ3R3
其中，R为用户满意度指标，λ1，λ2和λ3分别为用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率的权重系数。
6.根据权利要求5所述的工业微电网需求响应优化方法，其特征在于，所述工业微电网的供电侧包含分布式风电机组、火电机组和储能设备；
所述根据供电侧的运行成本、环境折算成本、启停成本、运维成本、与外网交换功率成本收益计算工业微电网的综合运行成本基于以下确定：
C＝CG+CG,OM+CEN+CGRID+CDP+CSB,OM
其中，CG为火电机组运行成本，CG,OM为火电机组运行维护成本，CEN为火电机组环保折算成本收益，CGRID为火电机组与外网交换功率成本收益；CDP为储能设备的折旧成本，CSB,OM为储能设备的运行维护成本。
7.根据权利要求6所述的工业微电网需求响应优化方法，其特征在于，所述根据所述用户满意度指标、所述综合运行成本以及各自的折算系数确定工业微电网的运行目标函数，基于以下确定：
minF＝η1(CG+CG，OM+CEN+CGRID+CDP+CSB，OM)+η2R
式中：F为运行目标函数；η1和η2分别为综合运行成本和用户满意度指标在目标函数中的折算系数。
8.根据权利要求6所述的工业微电网需求响应优化方法，其特征在于，所述基于随机机会约束规划理论，根据所述运行目标函数并结合工业微电网的约束条件优化用电侧不同负荷的负荷功率包括：
基于风电出力的不确定性，根据随机机会约束规划理论将运行目标函数重新构建为如下所示的形式：
Figure FDA0003409295700000041
其中，α为目标函数的置信度；
Figure FDA0003409295700000042
为运行目标函数在置信度α下的乐观值；
在满足工业微电网的约束条件下，根据重新构建后的运行目标函数计算出实施需求管理之后的可平移负荷的负荷功率、可中断负荷的负荷功率和固定负荷的负荷功率。
9.根据权利要求6所述的工业微电网需求响应优化方法，其特征在于，所述工业微电网的约束条件包括：系统功率平衡约束条件、火电机组出力约束条件、风电机组运行约束条件、火电机组启停约束条件、储能运行约束条件和机组爬坡约束条件。
10.一种工业微电网需求响应优化装置，其特征在于，包括：
用户满意度指标确定模块，用于基于用户用电效益、用户平均购电价格及供电侧功率消纳率确定用户满意度指标；
综合运行成本计算模块，用于根据供电侧的运行成本、环境折算成本、启停成本、运维成本、与外网交换功率成本收益计算工业微电网的综合运行成本；
运行目标函数建立模块，用于根据所述用户满意度指标、所述综合运行成本以及各自的折算系数确定工业微电网的运行目标函数；
负荷功率优化模块，用于基于随机机会约束规划理论，根据所述运行目标函数并结合工业微电网的约束条件优化用电侧不同负荷的负荷功率。
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