CN115879983A - 虚拟电厂调度方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及电网虚拟电厂技术领域,尤其涉及一种虚拟电厂调度方法。
背景技术
虚拟电厂(VPP, virtual power plant)本质上是将分布式电源(发电)、可控负荷(用电)、储能等聚合成一个虚拟的集中式电厂,来为电网提供需求侧响应的“虚拟集中式电厂”。虚拟电厂以物联网为基础,通过基于IOT、云服务、AI等技术手段,将电网中的分布式电源、可控负荷和储能等装置聚合成一个虚拟的可控集合体,参与电网的调度运行,协调智能电网与分布式电源之间的矛盾,挖掘分布式能源为电网和用户所带来价值和收益。
虚拟电厂的优化调度主要是利用先进的通信技术和控制策略,对内部的分布式电源进行聚合,调节它们的出力,使之参与电力市场和辅助服务市场的运行,其目标为在满足用户负荷需求的前提下,使发电成本、污染物或碳排放量最小,通常可以将虚拟电厂的优化调度抽象为为线性混合整数规划或者非线性整数规划模型,同时,虚拟电厂的调度具有高度不确定性,例如用户侧负荷需求的不确定性、太阳能供应的不确定性、电价的不确定性等,这更加增大了虚拟电厂优化调度问题的求解难度。
现有技术的虚拟电厂通常采用经典优化方法、基于规划的方法、启发式算法,利用服务器的计算资源资源进行虚拟电厂的调度。其不足之处在于:通过服务器运行经典优化算法求解虚拟电厂调度模型,通信成本高,同时耗费巨大的计算资源,且不适合非线性问题的求解;通过服务器运行启发式方法求解虚拟电厂调度模型,通信成本高,实时性难以保证;未能考虑新能源出力的随机性以及电力市场的风险价值。
发明内容
基于现有技术中的上述缺陷,本发明的目的在于提供一种基于深度强化学习的虚拟电厂的调度方案,通过深度强化学习算法进行求解虚拟电厂调度模型,较经典优化方法、基于规划的方法、启发式算法的应用范围更广。
第一方面,为实现上述发明目的,本发明提供了一种虚拟电厂调度方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:建立虚拟电厂调度的目标函数和约束条件,保证虚拟电厂正常运行;
S2:依据目标函数构建所述目标函数的初始解集;
S4:基于虚拟电厂向电力市场购电价格、虚拟电厂向电力市场售电价格、电量需求、目标函数和惩罚项构建虚拟电厂的调度策略模型;
S5:基于深度强化学习算法生成虚拟电厂的最优调度策略。
优选的,所述目标函数为:
优选的,所述约束条件包括功率平衡约束,表示为:
其中,表示t时段s场景下光伏发电的输出功率,表示t时段s场景下风力发电的输出功率,表示t时段s场景下无激励措施时可调负荷削减的功率,表示t时段s场景下有激励措施时可调负荷削减的功率,表示t时段s场景下可调储能系统的放电功率,表示t时段s场景下可调储能系统的充电功率,表示t时段s场景下向市场购入的电力,表示t时段s场景下向市场出售的电力,表示t时段s场景下的损耗功率,表示t时段s场景下可调负荷的功率,表示t时段系统的电力需求;所述可调负荷是指能够根据电价、激励措施或者交易信息,实现启停、调整运行状态或调整运行时段的需求侧用电设备、电源设备及储能设备。
优选的,所述约束条件还包括:可调负荷约束条件、储能充放电约束条件、向电力市场出售电力和购入电力约束条件。
优选的,所述调度策略模型表示为:
优选的,所述目标函数的初始解集表示为:
优选的,所述深度强化学习算法包括:
S51:通过贪婪算法对所述调度策略模型以概率随机生成动作行为,若触发动作行为,则根据随机生成的动作行为预测系统收益并将动作行为记录于动作集中;若未触发动作行为,则选择动作集中最大收益的行为,其中为网络参数。
优选的,还包括:
优选的,还包括,
第二方面,为实现上述发明目的,本申请还提出了一种虚拟电厂调度系统,调度系统执行如上任一项中所述的虚拟电厂调度方法。
本发明通过建立考虑不确定性、需求响应和风险价值的虚拟电厂调度模型,提高虚拟电厂综合收益,并搭建深度强化学习网络,进行训练和求解,提高调度策略模型的求解效率,并结合微型机器学习技术,将模型嵌入至微处理器(MCU)中,构建一种基于微型机器学习的具有自主决策能力的虚拟电厂经济调度系统。
附图说明
图1是本发明实施例的虚拟电厂结构示意图;
图2是本发明实施例的虚拟电厂调度方法流程图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述,但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中,详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质,公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外,本领域普通技术人员应当理解,在此提供的附图都是为了说明的目的,并且附图不一定是按比例绘制的。
同时,应当理解,在以下的描述中,“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时,它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件,元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反,当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时,意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求,否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义;也就是说,是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外,在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
如图2所示,本实施例的虚拟电厂调度方法,包括如下步骤:
S1:建立虚拟电厂调度的目标函数和约束条件,保证虚拟电厂正常运行;目标函数为:
上式中,表示超额的虚拟电厂利润,表示条件风险价值的权重系数,表示条件风险价值,表示虚拟电厂的利润,表示风险价值,表示计算条件风险价值时的辅助变量,表示计算条件风险价值时的置信因子,表示价格,表示收入,表示电力功率,表示电力需求,表示失电负荷值,表示储能系统更换成本,表示储能系统总充放电容量,表示储能系统降级成本,表示储能系统的损耗系数,表示储能系统能级,表示每单位负荷削减的激励,表示税费(针对需求),表示可调负荷操作时间下限,表示可调负荷操作时间上限,表示可调负荷所需能量,表示概率。可调负荷是指能够根据电价、激励措施或者交易信息,实现启停、调整运行状态或调整运行时段的需求侧用电设备、电源设备及储能设备。本实施例以考虑风险损失后的虚拟电厂运营净收益最大化为目标,建立随机调度优化模型。将风电、光伏发电、储能系统和激励型需求响应集成为虚拟电厂,并引入了电力市场的风险评估。同时,引入条件风险价值理论量化和置信度方法,转换目标函数和约束条件中的随机变量,建立随机调度优化模型,充分考虑新能源的不确定性。
步骤S1中的约束条件包括:功率平衡约束条件、可调负荷约束条件、储能充放电约束条件、向电力市场出售电力和购入电力约束条件。
功率平衡约束条件表示为:
其中,表示t时段s场景下光伏发电的输出功率,表示t时段s场景下风力发电的输出功率,表示t时段s场景下可调负荷削减的功率(无激励),表示t时段s场景下可调负荷削减的功率(有激励),表示t时段s场景下可调储能系统的放电功率,表示t时段s场景下可调储能系统的充电功率,表示t时段s场景下向市场购入的电力,表示t时段s场景下向市场出售的电力,表示t时段s场景下的损耗功率,表示t时段s场景下可调负荷的功率,表示t时段系统的电力需求。
可调负荷约束条件表示为:
式中,表示可调负荷的下限,表示可调负荷的上限,表示t时段s场景下可调负荷的功率,表示t时段s场景下可调负荷的操作状态,表示参与调整,否则表示不参与调整,可调负荷所需调整的总电量;表示可调负荷操作时间下限,表示可调负荷操作时间上限;
储能充放电约束条件表示为:
向电力市场出售电力和购入电力约束条件:
在激励措施下可调负荷约束条件,增加利润,虚拟电厂运营商向消费者提供激励措施,使其能够在指定的时间间隔内减少部分电力需求;也就是说,根据运营商与消费者之间的合同,虚拟电厂运营商有权以预先定义的激励为代价削减部分电力需求。下式确保在任何时间和情况下,在激励措施下可调负荷下调的功率都不会超过其上限:
确保在任何时间和情况下,可调负荷下调的功率(无激励)都不会超过其上限:
S2:依据目标函数构建所述目标函数的初始解集;初始解集表示为:
S4:基于虚拟电厂向电力市场购电价格、虚拟电厂向电力市场售电价格、电量需求、目标函数和惩罚项构建虚拟电厂的调度策略模型;调度策略模型表示为:
S5:基于深度强化学习算法生成虚拟电厂的最优调度策略。
深度强化学习算法包括步骤如下:
S51:通过贪婪算法对所述调度策略模型以概率随机生成动作行为,若触发动作行为,则根据随机生成的动作行为预测系统收益并将动作行为记录于动作集中;若未触发动作行为,则选择动作集中最大收益的行为,其中为网络参数。本实施例中的贪婪算法采用了不确定性的策略,即在触发概率的动作行为时去探索并寻找全局最优解,而在未触发动作行为时在已探索的集合中寻找最优解,本实施例中动作集表示为Q-network中包含了动作行为以及对应的收益Q-value;
其中,为学习率,E表示取期望值,所述学习率是优化算法中的调谐参数,所述学习率用于确定每次迭代中的步长,使损失函数收敛到最小值。损失函数是将随机事件或其有关随机变量的取值映射为非负实数以表示该随机事件的“风险”或“损失”的函数,在应用中,损失函数通常作为学习准则与优化问题相联系,即通过最小化损失函数求解和评估模型。在本实施例中,损失函数用于评价深度强化学习算法得出的修正状态模型的准确性。
综上所述,本实施例的虚拟电厂调度方法以考虑风险损失后的虚拟电厂运营净收益最大化为目标,建立随机调度优化模型。将风电、光伏发电、储能系统和激励型需求响应集成为虚拟电厂,并引入了电力市场的风险评估。同时,引入条件风险价值理论量化和置信度方法,转换目标函数和约束条件中的随机变量,建立随机调度优化模型,充分考虑新能源的不确定性,使本实施例的虚拟电厂调度方法能够更准确的选择出最优的调度策略。本发明实施例还通过深度强化学习方法寻找随机调度优化模型的最优解,同时提高了模型求解的效率和结果的准确性,能够快速的得出当前状态下的最优调度策略。
以上结合具体实施方式描述了本发明的技术方案,但需要说明的是,上述的这些描述只是为了解释本发明的方案,而不能以任何方式解释为对发明保护范围的具体限制。基于此处的解释,本领域的技术人员在不付出创造性劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式或等同替换,都将落入本发明的保护范围。
Claims (10)
3.根据权利要求1所述的虚拟电厂调度方法,其特征在于,所述约束条件包括功率平衡约束,表示为:
4.根据权利要求1所述的虚拟电厂调度方法,其特征在于,所述约束条件还包括:可调负荷约束条件、储能充放电约束条件、向电力市场出售电力和购入电力约束条件。
10.一种虚拟电厂调度系统,其特征在于,所述调度系统执行如权利要求1-10中任一项所述的虚拟电厂调度方法。
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