CN114709817A - 一种需求侧负荷资源参与电网供需互动的优化方法 - Google Patents

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杨侃
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丁一
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Abstract

本发明公开了一种需求侧负荷资源参与电网供需互动的优化方法。方法包括：采集需求侧中电表的用电功率和电网的用电功率；处理获得电表以及电网的平均用电功率；处理获得电表的用电评估参数，处理获得电表的总用电评估参数；确定电表的筛选条件，筛选互动响应电表；识别电表的可转移负荷；获取可转移负荷的聚合功率和运行状态，建立可转移负荷的开始运行时刻的供需互动优化的最终目标函数；对可转移负荷的开始运行时刻进行优化。本发明通过优化可转移负荷的使用时间，提高了需求侧与电网供需互动之间的效率，且充分考虑需求侧的舒适性，协助电网削峰填谷，缓解电网实时的调控压力，促进可再生能源的消纳，维持电网的安全稳定运行和供需平衡。

Description

一种需求侧负荷资源参与电网供需互动的优化方法
技术领域
本发明涉及了一种负荷优化方法，具体涉及一种需求侧负荷资源参与电网供需互动的优化方法。
背景技术
当前，随着能源、环境、气候变化问题的日益突出，发展可再生能源成为世界能源发展的新趋势；以光伏、风力为代表的可再生能源装机容量不断增加，电网传统发电机组的装机占比不断下降。
电网需要保证实时的供需平衡，从而维持系统频率的稳定。一方面随着生活水平的提高，用电设备的功率不断增加，电网的用电负荷和峰谷差不断增加。另一方面，随着传统发电机组的占比下降，电网用以调节供需平衡的资源也随之减少，给电网的安全稳定运行带来了极大的挑战。
除了从供应侧维持电网供需平衡，需求侧也是可以利用的重要资源。需求侧中存在大量的可转移负荷的用电时间段没有转移，使得电网峰谷差提高。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种需求侧负荷资源与电网供需互动的优化方法。可以根据电网的运行需求转移可转移负荷的用电时间段，在不影响需求侧中电表对应的用户用电需求的情况下，有助于电网降低峰谷差，减少电网的调峰压力。需求侧的电表数量多，用电特性不一，需要从中筛选出互动响应高的电表对应的用户。利用非侵入式用电监测设备的负荷识别数据，筛选出互动响应电表和可转移负荷。通过优化可转移负荷的使用时间，协助电网削峰填谷。需求侧负荷资源的优化运行能够缓解电网实时的调控压力，促进可再生能源的消纳，维持电网的安全稳定运行。
本发明采用的技术方案是：
本发明包括如下步骤：
步骤1)用电功率采集和处理：
利用需求侧安装的非侵入式用电监测设备采集需求侧中的每个电表一天中各个时刻的用电功率，采集需求侧接入的电网同一天中各个时刻的用电功率；根据需求侧中的每个电表以及电网各自的同一天中各个时刻的用电功率，分别处理获得需求侧中的每个电表以及电网各自的同一天的平均用电功率；电网中接入了需求侧以及其它用电侧；每个电表对应一户用户。
步骤2)电表用电评估：
根据步骤1)中采集和处理获得的用电功率以及平均用电功率，处理获得需求侧中的每个电表一天中各个时刻的用电评估参数，进而处理获得需求侧中的每个电表一天的总用电评估参数。
步骤3)电表用电筛选：
根据步骤1)中采集的电网同一天中各个时刻的用电功率以及步骤2)中处理获得的用电评估参数和总用电评估参数，确定需求侧中每个电表的筛选条件，根据筛选条件筛选出需求侧中的若干电表作为互动响应电表。
步骤4)可转移负荷识别：
根据步骤3)中筛选出的互动响应电表，利用非侵入式用电监测设备识别出每个互动响应电表中的若干负荷类型，从各个负荷类型中识别出每个互动响应电表参与电网供需互动的若干可转移负荷。
可转移负荷的使用需求必须被满足，运行过程比较完整，可以被转移到其他时间段运行。例如在电网高峰时期运行的洗衣机、电热水器等，可以转移到电网用电低谷时期，而不影响电表的正常使用。
步骤5)供需互动优化目标：
获取步骤4)中的每个可转移负荷的聚合功率和运行状态，运行状态包括运行功率、开始运行时刻和运行时长，在每个可转移负荷的运行功率和运行时长均不变的情况下，根据每个可转移负荷的聚合功率和开始运行时刻、步骤1)中采集的电网同一天中各个时刻的用电功率、电网同一天的平均用电功率以及预设的每个可转移负荷的开始运行时刻的调控区间，建立每个可转移负荷的开始运行时刻的供需互动优化的最终目标函数。
根据最终目标函数对每个可转移负荷的开始运行时刻进行优化，完成供需互动优化。
所述的步骤1)中，首先采集需求侧中的每个电表一天的用电功率，需求侧中包括N个电表，针对需求侧中的每一个电表，采集电表一天中不同时刻的用电功率；采集需求侧接入的电网同一天的用电功率，即采集电网同一天中不同时刻的用电功率；电网以及需求侧中的每一个电表所采集的不同时刻均从当天00：00开始处理获得，取值间隔为一分钟，取值范围为[1，1440]。
根据需求侧中的每个电表以及电网各自的同一天中不同时刻的用电功率，分别处理获得需求侧中的每个电表以及电网各自的同一天的平均用电功率：
a)针对需求侧中的每个电表，电表一天的平均用电功率如下：
Figure BDA0003536780130000031
其中，
Figure BDA0003536780130000032
表示需求侧中第n个电表一天的平均用电功率，Pn(t)表示需求侧中第n个电表在当天t时刻的用电功率。
b)电网一天的平均用电功率如下：
Figure BDA0003536780130000033
其中，
Figure BDA0003536780130000034
表示电网一天的平均用电功率，Psys(t)表示电网在当天t时刻的用电功率。
使用平均用电功率，便于对不同用电功率的电表进行统一处理，不同用电功率的电表即由于不同电表的住宅面积和用户人数等的不同，用电功率差异较大的电表。
对需求侧中的每个电表的用电情况进行评估，可以筛选出供需互动响应较高的电表所对应的用户。电表的用电功率和电网的用电功率的变化趋势越相近，电表参与电网供需互动响应就越高。例如，根据电网一天的实际的运行情况，在电网用电高峰时，电表大量用电，在电网用电低谷时，电表用电很少，这样的电表对应的用户就具有较高的供需互动响应；根据电网一天的实际的调控需求，可以在电网用电高峰时，减少电表的用电功率，在电网用电低谷时期，增加电表的用电功率，实现电表所对应的用户与电网之间的供需互动响应。
对不同电表的用电情况进行归一化处理，可以解决不同电表的用电功率差异较大的问题；将电表在不同时刻的用电功率转化为相对值，从而能够真实反映电表的供需互动响应。
根据步骤1)中采集的需求侧中的每个电表以及电网同一天中各个时刻各自的用电功率，和处理获得的需求侧中的每个电表以及电网同一天各自的平均用电功率，处理获得需求侧中的每个电表一天中各个时刻的用电评估参数，进而处理获得需求侧中的每个电表一天的总用电评估参数。
针对需求侧中的每个电表，电表一天总用电评估参数和当天t时刻的用电评估参数如下：
Figure BDA0003536780130000035
Figure BDA0003536780130000036
其中，Sn(t)表示需求侧中的第n个电表在当天t时刻的用电评估参数，可以用来判断某段时刻内电表对应的用户和电网供需互动响应；S(n)表示需求侧中的第n个电表一天的总用电评估参数。
若电网在t时刻为用电高峰，需要电表降低用电功率，则Sn(t)越大的电表能够降低更高的用电功率；反之，若电网在t时刻为用电低谷，需要电表增加用电功率，则Sn(t)越小的电表能够增加更高的用电功率；一天用电量相同的情况下，每个电表的用电功率与电网的用电功率趋势越接近，则总用电评估参数越高，表示电表的供需互动响应越高。
所述的步骤3)中，根据步骤1)中采集的电网同一天中各个时刻的用电功率，获取当天的不同时刻中，电网的用电功率高于平均功率且持续时间最长的一段时间段[x，y]；同时根据步骤2)中处理获得的需求侧中的每个电表一天中各个时刻的用电评估参数，处理获得需求侧中的每个电表在[x，y]时间段内的总用电评估参数。
针对需求侧中的每个电表，根据电表在[x，y]时间段内的总用电评估参数以及电表一天的总用电评估参数，确定电表的筛选条件：
Figure BDA0003536780130000041
其中，S(n)表示需求侧中的第n个电表一天的总用电评估参数，Sn(t)表示第n个电表在当天t时刻的用电评估参数，
Figure BDA0003536780130000042
表示第n个电表在当天[x，y]时间段内的总用电评估参数，1≤x<y≤1440；p和q分别表示用于需求侧中的每个电表筛选的两个筛选参数，可以根据电网一天的实际的运行情况和调控需求，设定p和q具体的值。
根据筛选条件筛选出需求侧中的M个电表作为互动响应电表，满足M≤N。
所述的步骤5)中，针对每个互动响应电表的每个可转移负荷，获取可转移负荷的聚合功率和运行状态，运行状态包括运行功率、开始运行时刻和运行时长，在可转移负荷的运行功率和运行时长均不变以及可转移负荷的运行状态不中断的情况下，根据可转移负荷的聚合功率和开始运行时刻、电网同一天中各个时刻的用电功率、电网同一天的平均用电功率以及预设的每个可转移负荷的开始运行时刻的调控区间，建立可转移负荷的开始运行时刻的供需互动优化的最终目标函数：
min(αSp+βSt)
Figure BDA0003536780130000051
Figure BDA0003536780130000052
Figure BDA0003536780130000053
其中，min表示取最小值，α和β分别表示可转移负荷聚合功率和互动响应电表对应的用户舒适度的参数，可以根据电网一天的实际的运行情况和调控需求，设定α和β具体的值；Sp表示电网优化的评价参数，Popt(t)表示所有的可转移负荷的开始运行时刻优化完成后，所有的可转移负荷在当天t时刻的优化聚合功率；P(t)表示所有的可转移负荷的开始运行时刻优化完成前，所有的可转移负荷的在当天t时刻的聚合功率；St表示互动响应电表优化的评价参数，
Figure BDA0003536780130000054
表示可转移负荷的开始运行时刻优化完成后，第m个互动响应电表的第i个可转移负荷的优化开始运行时刻；
Figure BDA0003536780130000055
表示可转移负荷的开始运行时刻优化完成前，第m个互动响应电表的第i个可转移负荷的开始运行时刻；
Figure BDA0003536780130000056
和
Figure BDA0003536780130000057
分别表示第m个互动响应电表的第i个可转移负荷的开始运行时刻的下限和上限。
预设的每个可转移负荷的开始运行时刻的调控区间为
Figure BDA0003536780130000058
可以根据每个可转移负荷所对应的用户的舒适度，例如用户很少在凌晨控制洗衣机运行等，对调控区间进行设定。
忽略可转移负荷在运行期间的功率变化，可在可转移负荷数量非常多的情况下，使得处理复杂度减少，优化计算速度提高。
所有的可转移负荷在当天t时刻的优化聚合功率Popt(t)如下：
Figure BDA0003536780130000059
其中，
Figure BDA00035367801300000510
表示可转移负荷的开始运行时刻优化完成后，第m个互动响应电表的第i个可转移负荷在t时刻的优化用电功率。
所有的可转移负荷在当天t时刻的聚合功率Popt(t)如下：
Figure BDA00035367801300000511
其中，
Figure BDA00035367801300000512
表示可转移负荷的开始运行时刻优化完成前，第m个互动响应电表的第i个可转移负荷在t时刻的用电功率。
若α较大，β较小，则说明优化方法针对电网进行供需互动优化；若α较小，β较大，则说明优化方法针对需求侧进行供需互动优化，即强调减少对需求侧中的每个互动响应电表所对应的用户的影响；若
Figure BDA00035367801300000513
等于0则表示第m个互动响应电表的第i个可转移负荷在t时刻没有运行，若
Figure BDA0003536780130000061
大于0则表示第m个互动响应电表的第i个可转移负荷在t时刻正在运行。
使用可转移负荷的聚合功率进行处理，可以实现电网与互动响应电表对应的用户之间的供需友好互动，优化用户的用电情况；电网优化可转移负荷的开始运行时刻的目标为减少可转移负荷在电网高峰时期的用电功率，增加可转移负荷在电网用电低谷时期的用电功率；互动响应电表优化可转移负荷的开始运行时刻的目标为减少优化开始运行时刻
Figure BDA0003536780130000062
和开始运行时刻
Figure BDA0003536780130000063
之间差值的绝对值，使得尽可能不影响互动响应电表所对应的用户的正常用电舒适度。
针对每个互动响应电表，根据最终目标函数对互动响应电表优化的评价参数St进行优化，优化过程中求解出St中的第m个互动响应电表的第i个可转移负荷的优化开始运行时刻
Figure BDA0003536780130000064
最终求解出互动响应电表的每个可转移负荷的优化开始运行时刻，实现最终的供需互动优化。
本发明的有益效果是：
1)筛选出需求侧中互动响应高的电表对应的用户，能够提高需求侧与电网供需互动之间的效率。
2)需求侧用户资源的利用，有助于电网维持实时的供需平衡，应对传统发电机组占比不断减少的问题。
3)需求侧负荷资源与电网的供需互动，充分考虑了电表对应的用户的舒适性，不影响用电需求。
附图说明
图1是本发明的可转移负荷等效矩形图；
图2是本发明的优化前可转移负荷的用电情况示意图；
图3是本发明的优化后可转移负荷的用电情况示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
具体实施例如下：
方法包括如下步骤：
步骤1)用电功率采集和处理：
利用需求侧安装的非侵入式用电监测设备采集需求侧中的每个电表一天中各个时刻的用电功率，采集需求侧接入的电网同一天中各个时刻的用电功率；根据需求侧中的每个电表以及电网各自的同一天中各个时刻的用电功率，分别处理获得需求侧中的每个电表以及电网各自的同一天的平均用电功率；电网中接入了需求侧以及其它用电侧；每个电表对应一户用户。
首先采集需求侧中的每个电表一天的用电功率，需求侧中包括N个电表，针对需求侧中的每一个电表，采集电表一天中不同时刻的用电功率；采集需求侧接入的电网同一天的用电功率，即采集电网同一天中不同时刻的用电功率；电网以及需求侧中的每一个电表所采集的不同时刻均从当天00：00开始处理获得，取值间隔为一分钟，取值范围为[1，1440]。
根据需求侧中的每个电表以及电网各自的同一天中不同时刻的用电功率，分别处理获得需求侧中的每个电表以及电网各自的同一天的平均用电功率：
a)针对需求侧中的每个电表，电表一天的平均用电功率如下：
Figure BDA0003536780130000071
其中，
Figure BDA0003536780130000072
表示需求侧中第n个电表一天的平均用电功率，Pn(t)表示需求侧中第n个电表在当天t时刻的用电功率。
b)电网一天的平均用电功率如下：
Figure BDA0003536780130000073
其中，
Figure BDA0003536780130000074
表示电网一天的平均用电功率，Psys(t)表示电网在当天t时刻的用电功率。
使用平均用电功率，便于对不同用电功率的电表进行统一处理，不同用电功率的电表即由于不同电表的住宅面积和用户人数等的不同，用电功率差异较大的电表。
步骤2)电表用电评估：
根据步骤1)中采集和处理获得的用电功率以及平均用电功率，处理获得需求侧中的每个电表一天中各个时刻的用电评估参数，进而处理获得需求侧中的每个电表一天的总用电评估参数。
对需求侧中的每个电表的用电情况进行评估，可以筛选出供需互动响应较高的电表所对应的用户。电表的用电功率和电网的用电功率的变化趋势越相近，电表参与电网供需互动响应就越高。例如，根据电网一天的实际的运行情况，在电网用电高峰时，电表大量用电，在电网用电低谷时，电表用电很少，这样的电表对应的用户就具有较高的供需互动响应；根据电网一天的实际的调控需求，可以在电网用电高峰时，减少电表的用电功率，在电网用电低谷时期，增加电表的用电功率，实现电表所对应的用户与电网之间的供需互动响应。
对不同电表的用电情况进行归一化处理，可以解决不同电表的用电功率差异较大的问题；将电表在不同时刻的用电功率转化为相对值，从而能够真实反映电表的供需互动响应。
根据步骤1)中采集的需求侧中的每个电表以及电网同一天中各个时刻各自的用电功率，和处理获得的需求侧中的每个电表以及电网同一天各自的平均用电功率，处理获得需求侧中的每个电表一天中各个时刻的用电评估参数，进而处理获得需求侧中的每个电表一天的总用电评估参数。
针对需求侧中的每个电表，电表一天总用电评估参数和当天t时刻的用电评估参数如下：
Figure BDA0003536780130000081
Figure BDA0003536780130000082
其中，Sn(t)表示需求侧中的第n个电表在当天t时刻的用电评估参数，可以用来判断某段时刻内电表对应的用户和电网供需互动响应；S(n)表示需求侧中的第n个电表一天的总用电评估参数。
若电网在t时刻为用电高峰，需要电表降低用电功率，则Sn(t)越大的电表能够降低更高的用电功率；反之，若电网在t时刻为用电低谷，需要电表增加用电功率，则Sn(t)越小的电表能够增加更高的用电功率；一天用电量相同的情况下，每个电表的用电功率与电网的用电功率趋势越接近，则总用电评估参数越高，表示电表的供需互动响应越高。
为举例说明，只取3个时间点，对于3种不同用电情况的电表对应的用户，其总体评分如下表1所示：
表1 不同电表的总用电评估参数简化计算表
时间点1 时间点2 时间点3 总用电评估参数
电网功率相对值 0.5 1 1.5 \
电表1功率相对值 0.5 1 1.5 3.5
电表2功率相对值 1 1 1 3
电表3功率相对值 1.5 1 0.5 2.5
从表1中可以看出，电表1的用电功率与电网用电功率的变化情况最相似，总用电评估参数也最高，具有最大的供需互动响应。
步骤3)电表用电筛选：
根据步骤1)中采集的电网同一天中各个时刻的用电功率以及步骤2)中处理获得的用电评估参数和总用电评估参数，确定需求侧中每个电表的筛选条件，根据筛选条件筛选出需求侧中的若干电表作为互动响应电表。
根据步骤1)中采集的电网同一天中各个时刻的用电功率，获取当天的不同时刻中，电网的用电功率高于平均功率且持续时间最长的一段时间段[x，y]；同时根据步骤2)中处理获得的需求侧中的每个电表一天中各个时刻的用电评估参数，处理获得需求侧中的每个电表在[x，y]时间段内的总用电评估参数。
针对需求侧中的每个电表，根据电表在[x，y]时间段内的总用电评估参数以及电表一天的总用电评估参数，确定电表的筛选条件：
Figure BDA0003536780130000091
其中，S(n)表示需求侧中的第n个电表一天的总用电评估参数，Sn(t)表示第n个电表在当天t时刻的用电评估参数，
Figure BDA0003536780130000092
表示第n个电表在当天[x，y]时间段内的总用电评估参数，1≤x<y≤1440；p和q分别表示用于需求侧中的每个电表筛选的两个筛选参数，可以根据电网一天的实际的运行情况和调控需求，设定p和q具体的值。
根据筛选条件筛选出需求侧中的M个电表作为互动响应电表，满足M≤N。
根据电网一天的实际的运行情况和调控需求进行筛选，例如，在夏季高温季节，电网在下午14：00-16：00时间段内，用电功率非常大，需要电表减少该时间段内的用电功率。电网可以通过设定筛选条件：
Figure BDA0003536780130000093
筛选出此类供需互动响应高，且在14.00-16.00时期用电量大的电表作为互动响应电表。
步骤4)可转移负荷识别：
根据步骤3)中筛选出的互动响应电表，利用非侵入式用电监测设备识别出每个互动响应电表中的若干负荷类型，从各个负荷类型中识别出每个互动响应电表参与电网供需互动的若干可转移负荷。
可转移负荷的使用需求必须被满足，运行过程比较完整，可以被转移到其他时间段运行。例如在电网高峰时期运行的洗衣机、电热水器等，可以转移到电网用电低谷时期，而不影响电表的正常使用。
步骤5)供需互动优化目标：
获取步骤4)中的每个可转移负荷的聚合功率和运行状态，运行状态包括运行功率、开始运行时刻和运行时长，在每个可转移负荷的运行功率和运行时长均不变的情况下，根据每个可转移负荷的聚合功率和开始运行时刻、步骤1)中采集的电网同一天中各个时刻的用电功率、电网同一天的平均用电功率以及预设的每个可转移负荷的开始运行时刻的调控区间，建立每个可转移负荷的开始运行时刻的供需互动优化的最终目标函数。根据最终目标函数对每个可转移负荷的开始运行时刻进行优化，完成供需互动优化。
针对每个互动响应电表的每个可转移负荷，获取可转移负荷的聚合功率和运行状态，运行状态包括运行功率、开始运行时刻和运行时长，在可转移负荷的运行功率和运行时长均不变以及可转移负荷的运行状态不中断的情况下，根据可转移负荷的聚合功率和开始运行时刻、电网同一天中各个时刻的用电功率、电网同一天的平均用电功率以及预设的每个可转移负荷的开始运行时刻的调控区间，建立可转移负荷的开始运行时刻的供需互动优化的最终目标函数：
min(αSp+βSt)
Figure BDA0003536780130000101
Figure BDA0003536780130000102
Figure BDA0003536780130000103
其中，min表示取最小值，α和β分别表示可转移负荷聚合功率和互动响应电表对应的用户舒适度的参数，可以根据电网一天的实际的运行情况和调控需求，设定α和β具体的值；Sp表示电网优化的评价参数，Popt(t)表示所有的可转移负荷的开始运行时刻优化完成后，所有的可转移负荷在当天t时刻的优化聚合功率；P(t)表示所有的可转移负荷的开始运行时刻优化完成前，所有的可转移负荷的在当天t时刻的聚合功率；St表示互动响应电表优化的评价参数，
Figure BDA0003536780130000104
表示可转移负荷的开始运行时刻优化完成后，第m个互动响应电表的第i个可转移负荷的优化开始运行时刻；
Figure BDA0003536780130000105
表示可转移负荷的开始运行时刻优化完成前，第m个互动响应电表的第i个可转移负荷的开始运行时刻；
Figure BDA0003536780130000106
和
Figure BDA0003536780130000107
分别表示第m个互动响应电表的第i个可转移负荷的开始运行时刻的下限和上限。
预设的每个可转移负荷的开始运行时刻的调控区间为
Figure BDA0003536780130000108
可以根据每个可转移负荷所对应的用户的舒适度，例如用户很少在凌晨控制洗衣机运行等，对调控区间进行设定。
忽略可转移负荷在运行期间的功率变化，可在可转移负荷数量非常多的情况下，使得处理复杂度减少，优化计算速度提高。
所有的可转移负荷在当天t时刻的优化聚合功率Popt(t)如下：
Figure BDA0003536780130000111
其中，
Figure BDA0003536780130000112
表示可转移负荷的开始运行时刻优化完成后，第m个互动响应电表的第i个可转移负荷在t时刻的优化用电功率。
所有的可转移负荷在当天t时刻的聚合功率Popt(t)如下：
Figure BDA0003536780130000113
其中，
Figure BDA0003536780130000114
表示可转移负荷的开始运行时刻优化完成前，第m个互动响应电表的第i个可转移负荷在t时刻的用电功率。
若α较大，β较小，则说明优化方法针对电网进行供需互动优化；若α较小，β较大，则说明优化方法针对需求侧进行供需互动优化，即强调减少对需求侧中的每个互动响应电表所对应的用户的影响；若
Figure BDA00035367801300001116
等于0则表示第m个互动响应电表的第i个可转移负荷在t时刻没有运行，若
Figure BDA00035367801300001117
大于0则表示第m个互动响应电表的第i个可转移负荷在t时刻正在运行。
使用可转移负荷的聚合功率进行处理，可以实现电网与互动响应电表对应的用户之间的供需友好互动，优化用户的用电情况；电网优化可转移负荷的开始运行时刻的目标为减少可转移负荷在电网高峰时期的用电功率，增加可转移负荷在电网用电低谷时期的用电功率；互动响应电表优化可转移负荷的开始运行时刻的目标为减少优化开始运行时刻
Figure BDA0003536780130000115
和开始运行时刻
Figure BDA0003536780130000116
之间差值的绝对值，使得尽可能不影响互动响应电表所对应的用户的正常用电舒适度。
针对每个互动响应电表，根据最终目标函数对互动响应电表优化的评价参数St进行优化，优化过程中求解出St中的第m个互动响应电表的第i个可转移负荷的优化开始运行时刻
Figure BDA0003536780130000117
最终求解出互动响应电表的每个可转移负荷的优化开始运行时刻，实现最终的供需互动优化。
如图1所示，可转移负荷在运行期间的运行功率
Figure BDA0003536780130000118
开始运行时刻
Figure BDA0003536780130000119
和运行时长
Figure BDA00035367801300001110
作为可转移负荷的运行状态，其中，
Figure BDA00035367801300001111
和
Figure BDA00035367801300001112
分别表示第m个互动响应电表的第i个可转移负荷的运行功率、开始运行时刻和运行时长；如图1所示，矩形表示可转移负荷的运行状态，矩形的长代表运行时长
Figure BDA00035367801300001113
矩形的宽代表运行功率
Figure BDA00035367801300001114
矩形左边在时间轴上的位置表示开始运行时刻
Figure BDA00035367801300001115
如图2和图3所示，将可转移负荷的用电情况用等效矩形表示，显著提高了优化效率。针对大量的可优化负荷，计算时间可以缩减至原来的60％。通过对可转移负荷的优化，在电网用电低谷阶段，负荷的功率增加，从最低137kW增加到478kW；在电网用电高峰时段，负荷功率降低，从最高800kW降低到了140kW。优化后可转移负荷的用电模式有利于降低电网的峰谷差，使得电网能够更好的维持实时供需平衡。

Claims (5)

1.一种需求侧负荷资源参与电网供需互动的优化方法，其特征在于：
包括如下步骤：
步骤1)用电功率采集和处理：
利用需求侧安装的非侵入式用电监测设备采集需求侧中的每个电表一天中各个时刻的用电功率，采集需求侧接入的电网同一天中各个时刻的用电功率；根据需求侧中的每个电表以及电网各自的同一天中各个时刻的用电功率，分别处理获得需求侧中的每个电表以及电网各自的同一天的平均用电功率；
步骤2)电表用电评估：
根据步骤1)中采集和处理获得的用电功率以及平均用电功率，处理获得需求侧中的每个电表一天中各个时刻的用电评估参数，进而处理获得需求侧中的每个电表一天的总用电评估参数；
步骤3)电表用电筛选：
根据步骤1)中采集的电网同一天中各个时刻的用电功率以及步骤2)中处理获得的用电评估参数和总用电评估参数，确定需求侧中每个电表的筛选条件，根据筛选条件筛选出需求侧中的若干电表作为互动响应电表；
步骤4)可转移负荷识别：
根据步骤3)中筛选出的互动响应电表，利用非侵入式用电监测设备识别出每个互动响应电表参与电网供需互动的若干可转移负荷；
步骤5)供需互动优化目标：
获取步骤4)中的每个可转移负荷的聚合功率和运行状态，运行状态包括运行功率、开始运行时刻和运行时长，在每个可转移负荷的运行功率和运行时长均不变的情况下，根据每个可转移负荷的聚合功率和开始运行时刻、步骤1)中采集的电网同一天中各个时刻的用电功率、电网同一天的平均用电功率以及预设的每个可转移负荷的开始运行时刻的调控区间，建立每个可转移负荷的开始运行时刻的供需互动优化的最终目标函数；
根据最终目标函数对每个可转移负荷的开始运行时刻进行优化，完成供需互动优化。
2.根据权利要求1所述的一种需求侧负荷资源参与电网供需互动的优化方法，其特征在于：
所述的步骤1)中，首先采集需求侧中的每个电表一天的用电功率，需求侧中包括N个电表，针对需求侧中的每一个电表，采集电表一天中不同时刻的用电功率；采集需求侧接入的电网同一天的用电功率，即采集电网同一天中不同时刻的用电功率；电网以及需求侧中的每一个电表所采集的不同时刻均从当天00：00开始处理获得，取值间隔为一分钟，取值范围为[1，1440]；
根据需求侧中的每个电表以及电网各自的同一天中不同时刻的用电功率，分别处理获得需求侧中的每个电表以及电网各自的同一天的平均用电功率：
a)针对需求侧中的每个电表，电表一天的平均用电功率如下：
Figure FDA0003536780120000021
其中，
Figure FDA0003536780120000022
表示需求侧中第n个电表一天的平均用电功率，Pn(t)表示需求侧中第n个电表在当天t时刻的用电功率；
b)电网一天的平均用电功率如下：
Figure FDA0003536780120000023
其中，
Figure FDA0003536780120000024
表示电网一天的平均用电功率，Psys(t)表示电网在当天t时刻的用电功率。
3.根据权利要求2所述的一种需求侧负荷资源参与电网供需互动的优化方法，其特征在于：
根据步骤1)中采集的需求侧中的每个电表以及电网同一天中各个时刻各自的用电功率，和处理获得的需求侧中的每个电表以及电网同一天各自的平均用电功率，处理获得需求侧中的每个电表一天中各个时刻的用电评估参数，进而处理获得需求侧中的每个电表一天的总用电评估参数；
针对需求侧中的每个电表，电表一天总用电评估参数和当天t时刻的用电评估参数如下：
Figure FDA0003536780120000025
Figure FDA0003536780120000026
其中，Sn(t)表示需求侧中的第n个电表在当天t时刻的用电评估参数，S(n)表示需求侧中的第n个电表一天的总用电评估参数。
4.根据权利要求2所述的一种需求侧负荷资源参与电网供需互动的优化方法，其特征在于：
所述的步骤3)中，根据步骤1)中采集的电网同一天中各个时刻的用电功率，获取当天的不同时刻中，电网的用电功率高于平均功率且持续时间最长的一段时间段[x，y]；同时根据步骤2)中处理获得的需求侧中的每个电表一天中各个时刻的用电评估参数，处理获得需求侧中的每个电表在[x，y]时间段内的总用电评估参数；
针对需求侧中的每个电表，根据电表在[x，y]时间段内的总用电评估参数以及电表一天的总用电评估参数，确定电表的筛选条件：
Figure FDA0003536780120000031
其中，S(n)表示需求侧中的第n个电表一天的总用电评估参数，Sn(t)表示第n个电表在当天t时刻的用电评估参数，
Figure FDA0003536780120000032
表示第n个电表在当天[x，y]时间段内的总用电评估参数，1≤x<y≤1440；p和q分别表示用于需求侧中的每个电表筛选的两个筛选参数；
根据筛选条件筛选出需求侧中的M个电表作为互动响应电表，满足M≤N。
5.根据权利要求4所述的一种需求侧负荷资源参与电网供需互动的优化方法，其特征在于：
所述的步骤5)中，针对每个互动响应电表的每个可转移负荷，获取可转移负荷的聚合功率和运行状态，运行状态包括运行功率、开始运行时刻和运行时长，在可转移负荷的运行功率和运行时长均不变以及可转移负荷的运行状态不中断的情况下，根据可转移负荷的聚合功率和开始运行时刻、电网同一天中各个时刻的用电功率、电网同一天的平均用电功率以及预设的每个可转移负荷的开始运行时刻的调控区间，建立可转移负荷的开始运行时刻的供需互动优化的最终目标函数：
min(αSp+βSt)
Figure FDA0003536780120000033
Figure FDA0003536780120000034
Figure FDA0003536780120000035
其中，min表示取最小值，α和β分别表示可转移负荷聚合功率和互动响应电表对应的用户舒适度的参数；Sp表示电网优化的评价参数，Popt(t)表示所有的可转移负荷的开始运行时刻优化完成后，所有的可转移负荷在当天t时刻的优化聚合功率；P(t)表示所有的可转移负荷的开始运行时刻优化完成前，所有的可转移负荷的在当天t时刻的聚合功率；St表示互动响应电表优化的评价参数，
Figure FDA0003536780120000036
表示可转移负荷的开始运行时刻优化完成后，第m个互动响应电表的第i个可转移负荷的优化开始运行时刻；
Figure FDA0003536780120000041
表示可转移负荷的开始运行时刻优化完成前，第m个互动响应电表的第i个可转移负荷的开始运行时刻；
Figure FDA0003536780120000042
和
Figure FDA0003536780120000043
分别表示第m个互动响应电表的第i个可转移负荷的开始运行时刻的下限和上限；
预设的每个可转移负荷的开始运行时刻的调控区间为
Figure FDA0003536780120000044
所有的可转移负荷在当天t时刻的优化聚合功率Popt(t)如下：
Figure FDA0003536780120000045
其中，
Figure FDA0003536780120000046
表示可转移负荷的开始运行时刻优化完成后，第m个互动响应电表的第i个可转移负荷在t时刻的优化用电功率；
所有的可转移负荷在当天t时刻的聚合功率Popt(t)如下：
Figure FDA0003536780120000047
其中，
Figure FDA0003536780120000048
表示可转移负荷的开始运行时刻优化完成前，第m个互动响应电表的第i个可转移负荷在t时刻的用电功率；
若α较大，β较小，则说明优化方法针对电网进行供需互动优化；若α较小，β较大，则说明优化方法针对需求侧进行供需互动优化；若
Figure FDA0003536780120000049
等于0则表示第m个互动响应电表的第i个可转移负荷在t时刻没有运行，若
Figure FDA00035367801200000410
大于0则表示第m个互动响应电表的第i个可转移负荷在t时刻正在运行；
针对每个互动响应电表，根据最终目标函数对互动响应电表优化的评价参数St进行优化，优化过程中求解出St中的第m个互动响应电表的第i个可转移负荷的优化开始运行时刻
Figure FDA00035367801200000411
最终求解出互动响应电表的每个可转移负荷的优化开始运行时刻，实现最终的供需互动优化。
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