CN116756598A - 一种台区侧家电负荷精准调控方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种台区侧家电负荷精准调控方法，步骤包括：A.对台区侧场景进行构建，充分考虑调休、避峰、错时不同方式的多个影响因素，建立负荷调控价值指标体系；B.对台区侧设备进行运行约束，基于参与电网调控的家庭负荷分类聚合特性，实现台区侧家电负荷调控潜力的量化；C.根据负荷调控潜力的量化结果使用实数编码遗传算法对台区侧用户负荷调控价值等级进行最优解求解，建立一种家电负荷精准调控方法。本发明实现过程简单，能够有效挖掘用户的有序用电价值潜力，有利于台区侧用户有序用，提升电网运行的安全性与稳定性，具有显著的经济价值。

Description

一种台区侧家电负荷精准调控方法

技术领域

本发明涉及一种台区侧家电负荷精准调控方法，属于台区侧用户家电负荷调控技术领域。

背景技术

伴随着社会经济的快速发展，电力高峰时段供需矛盾较为突出，供电缺口不断加大。为此，电网公司以及相关电力运行部门采取一系列措施解决高峰时段电力供需紧张问题。早期盲目地加大电力建设解决电力供需平衡问题往往不容乐观，造成电网公司投资压力增大；直接采取拉闸限电、一刀切的限电方式，极大降低了电力用户的用电满意度，长远意义上并不可取。为了缓解这种情况，电网公司采取调休、错峰、避峰等一系列负荷调控措施，规范用电秩序，取得了显著成效。

近年来，我国智能电网的建立为有序用电提供了用户用电特性信息，用户参与有序用电的主动性也更加明显。随之而来的，迫切需要制定适宜用电企业自身的有序用电策略，建立更加经济有效的负荷调控方式，通过有效地组织用电企业参与到错峰、避峰、限电等有序用电工作之中，移峰填谷，均衡负荷，在消纳电力供需缺口的同时，不仅使电网运行的经济性得到显著提高，还增加了系统的备用容量，有利于电网安全稳定地运行。

夏季高温时期往往对电网造成极大考验。尽管用电高峰的时间段较之全年的时间是短暂的,但电厂和电网公司为满足短暂时间段的用电高峰需求来提升发电能力及输送容量需要耗费大量资源,造成了资源的极大浪费。虽然风能、太阳能等分布式新能源的飞速发展为能源的使用提供了新的选择,但由于这些新能源的不确定的特性,使之不能提供稳定的电力输出。在为电网输送清洁能源的同时,对电网的稳定性也有不利的一面。在目前储能技术尚无法大规模高效率应用于清洁能源的情况下,亟需寻找一种有效的调节电网供需平衡的方法。

随着通信技术和大数据技术的不断发展,对需求侧负荷的控制已不再是简单的拉闸限电,而是要对负荷参数实现精细化控制来改变负荷形态。据测算,在台区侧范围内,空调每变化一度,对总负荷引起的波动达20万至30万千瓦。所以需要有效、及时的调整负荷设置参数,改变负荷形态,最大限度降低或消除用电高峰造成的投资浪费,还能为分布式新能源电源的大量接入提供一定的备用支持,维持电网的稳定。

需求侧响应作为一种快速调整负荷的方式已经得到广泛的研究和应用。直接负荷控制也在逐渐成为一种重要的负荷调控手段。在先进的通信及控制技术的支持下,越来越多的控制方法和控制策略被应用在需求侧响应和直接负荷控制中。但是由于居民用户数量庞大并且情况各异,无法有针对性地对负荷类型进行甄别从而制定出响应调控策略。

为了有效的开发利用数量庞大的居民负荷调控潜力,亟需一种可对居民负荷进行合理调控的方法,使得台区侧负荷能够平稳运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种考虑台区侧用户负荷与电网安全稳定运行，以及电力用户用电满意度。通过对用电企业调休、错时、避峰潜力指标进行量化分析，为电网公司采取有序用电方案提供了参考。在保证用户用电满意度的前提下，一定程度缓解电力供需矛盾，同时能够提高电网企业运营效率。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种台区侧家电负荷精准调控方法，步骤包括：

A.建立负荷调控价值指标体系；

B.实现台区侧家电负荷调控潜力的量化；

C.建立一种家电负荷精准调控方法。

作为本发明的进一步改进，所述步骤A中，根据用户用电特性以及生产特性，遵循指标体系的系统性、科学性、针对性及可操作化原则，建立包括调休、错时和避峰调控潜力特征指标体系与静态指标体系。

步骤A包括以下内容：

A1.负荷调控价值包括调休潜力、错时潜力以及避峰潜力。

A2.负荷调控价值指标体系通过特征指标以及静态指标等潜力指标对调休、错时和避峰三类调控手段的潜力进行评估，进而挖掘用户的调控价值。

其中调休潜力通过特征指标周休负荷、周下降负荷率以及周休成本来评估；错时潜力通过特征指标错时负荷、峰时用电占比、错时成本来评估；避峰潜力通过特征指标可中断负荷、负荷波动率、避峰成本来评估。

其中负荷调控价值中的静态指标包括单位电量产值、单位电量税收以及单位电量污染。静态指标是所有潜力指标共有的，通常指各个用户的固有属性。在静态和特征指标的基础上，计算用户实施负荷调控时的紧急避峰、错时生产、轮休的潜力大小，并对各用户的可调控价值进行评估。

用户负荷调控价值评估方法，其特征在于：构造出最大化优化模型，计算出最佳的调控方式。其优化模型如下:

maxQ(a)

采用实数编码的遗传算法来求解对非线性优化模型进行求解。

步骤B包括以下内容：

B1.基于迭代K均值聚类模型对各潜力指标进行聚类；

B2.利用深度学习确立数学模型对聚类结果进行用户调控潜力的量化。

建立负荷调控价值评价指标之后，组成用户的调控价值指标数据高维矩阵，为消除不同因素的影响，需对各指标评价值标准化处理。

作为本发明的进一步改进，所述步骤C中，利用步骤A和步骤B的结果，选择最优的结果作为家电负荷精准调控方法形成的重要原则。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本实施基于上述特性，根据台区侧负荷运行特点，遵循指标体系的系统性、科学性、针对性及可操作化原则，从调休错时和避峰调控潜力，静态指标四个方面分别选取指标体系，使得指标体系更加全面、合理。

2、针对电网实施用电方案时，对参与台区侧用电用户摸排不彻底以及传统指标权重计算方法也存在较大主观性问题。本实施例针对指标权重未知且权重求解易受主观因素影响的负荷调控评估问题，评估模型客观的评估了各企业参与有序用电等级。可以更好指导电网实施有序用电，提高电网公司的运行效益。

附图说明

图1是精准调控方法的用户负荷调控价值评估方法实现流程图。

图2是负荷调控价值评价体系图。

图3是精准调控的负荷调控价值评估流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施方法对本发明作进一步描述。

如图1所示，本实施例方法步骤包括一种台区侧家电负荷精准调控方法：

S1.充分考虑调休、避峰、错时不同方式的多个影响因素，建立了负荷调控价值指标体系；

S2.基于动态聚类模型对各潜力指标下的矩阵进行降维处理，使用基于实数编码的遗传算法实现用户调控潜力的量化；

S3.根据负荷调控潜力的量化结果对台区侧用户负荷调控价值等级进行综合评估，建立一种家电负荷精准调控方法。

台区侧家电负荷精准调控是缓解台区侧供电紧张保证有序用电的一种重要方式，特别是在结构性缺电时期。负荷精准调控的顺利进行首先需要一个客观、权威的负荷调控价值评判系统。本文建立了调休、错时和避峰调控潜力指标，3种调度潜力是分开计算的，相互之间没有联系。

负荷调控价值评价体系如图2所示。用户可调控负荷的价值指标均由8个子指标组成，包括3个特征指标(Xk1～Xk3)和3个静态指标Xk4～Xk6，k＝1,2,3分别代表调休、错时和避峰3种调控手段。

调休潜力的特征指标由周休负荷(X11)、周负荷下降率(X12)和调休成本(X13)组成。对于有周休安排的客户，其休息日一般都安排在周六、周日，彼时用户负荷会有所下降，故周休负荷定义为用户工作日与周末的负荷之差，其公式如下：

X₁₁＝P_wd-P_we

式中：P_wd为用户的工作日负荷平均值；P_we为用户的周末负荷平均值。

周负荷下降率表示在正常工作时间内周末负荷相较于工作日下降的趋势。周负荷下降率较大表明具有调休特性，予以优先安排调控。其公式为：

X₁₂＝X₁₁/P_s1

其中P_sl为保安负荷。

调休会增加人力支出等方面的经济成本，即将其归纳为调休成本(X13)。

错时潜力的特征指标由错时负荷(X21)、峰时用电占比(X22)和错时成本(X23)组成。错时负荷是指用电高峰时段，用户通过错时生产所释放的负荷。错时前后，用户负荷将有所降低，其反映了用户的错时调控能力，公式如下：

X₂₁＝P_peak-min(P_e1,P_d1)

式中：Pel和Pdl分别为以用电区域高峰时刻为中心提前或者推迟K小时的用户负荷；K根据电网高峰的持续时间确定，P_peak是台区侧高峰时刻用户负荷。

峰时用电占比是指用户工作日高峰时段的负荷占全天负荷的比重。其表达式如下：

X₂₂＝P_peak/P_day

其中P_day为台区侧用户一天的负荷。

本专利将错时调控时产生的经济损失定义为错时成本(X23)。

避峰潜力的特征指标由可中断负荷(X31)、负荷波动率(X32)和避峰成本(X33)组成。可中断负荷是指在用电高峰期，用户通过紧急关停设备所快速下降的负荷。通常情况下，用户不会停止生产，还需要保证一定的生产能力，因此可中断负荷可视为用户的最大峰值负荷与经济生产保障负荷之差，即

X₃₁＝P_peak/P_se1

其中P_se1为保证用户经济生产的负荷。

负荷波动率指用户用电时段内的负荷波动程度，反映出负荷分散的相对大小。计算公式为

X₃₂＝θ/μ

其中θ为用户工作日负荷的标准差，μ是负荷均值。

用户参与避峰调控会造成一定经济损失，用避峰成本(X33)来表示。

台区侧用户的这3类潜力特征指标互相具有独立性，且均含有共同的静态指标：单位电量产值(Xk4)、单位电量税收(Xk5)和单位电量污染物(Xk6)组成。这3个指标分别代表了用户的产值效益、对社会贡献程度、环保3个方面，是评价用户是否具有调控能力的重要体现因素。一般来说，产能小、效益低、环保差的企业应当优先安排负荷调控。

单位电量产值反映了用户自身的生产能力，其计算公式如下：

X_k4＝O_total/W_total

式中：O_total为用户的年生产总值；W_total为用户的年用电总量。

单位电量税收体现了用户的生产活动对社会所做的贡献，可由下式计算：

X_k5＝T_total/W_total

式中T_total为用户的年度税收。

单位电量污染物反映了用户生产对生态环境的影响，其计算公式如下：

X_k6＝Q_total/W_total

式中Q_total为用户的年污染物排放量，主要包括SO2、NOx等。

在建立负荷调控价值评价指标之后，将用户的调控价值指标数据组成矩阵。需要对各用户负荷调控潜力精准量化，才能进一步制定适宜的调控策略。本专利使用K均值聚类模型对负荷调控价值评价指标组成的矩阵进行处理。该方法在降低数据复杂性的前提下，保证了数据处理的准确性和稳健性。

指标集表示为H＝{h1,h2,...,hn}，Hb和Hc分别表示H中效益型和成本型指标的下标集。评估矩阵为X＝(xij)m×n，为消除不同量纲的影响，需对各指标评价值标准化处理，数据标准化矩阵为具体计算公式如下:

其中，maxxij和minxij分别表示第j个指标的最大值和最小值。

设a＝[a1,a2,...,an]为单位投影方向向量，对X*进行线性投影，则

第λ类一维投影值的集合,记为:

w_θ＝{p_i|d(α_θ,p_i)≤d(α_y,p_i),y＝1,…,N；y！＝θ}

其中，d(α_θ,p_i)＝|p_i-α_θ|d(α_y,p_i)＝|p_i-α_y|，α_θ和α_y分别为第θ类和第y类的聚类中心。I(a)表示样本空间的聚集程度，I(a)越小，聚类效果就越好。

类间分散度O(a)表示样本空间的离散程度，O(a)越大，样本区分就愈加明显。

则投影指标函数可用I(a)和O(a)表示

Q(a)＝I(a)-O(a)

在样本中的指标评价值确定的情况下，投影指标函数的大小仅与方向向量a有关，通过构造出投影指标函数最大化优化模型，就可以计算出最佳投影方向a*，由于a是单位投影方向向量，满足故可将/>作为指标权重向量，不仅能够充分体现各指标对总体效能的影响程度，而且解决了权重确定过程易受主观因素影响的问题。投影指标函数优化模型如下:

max Q(a)

这是一个典型复杂非线性优化问题，采用常规优化方法难以处理，可基于实数编码的遗传算法来求解。

如图3所示，整个调控方法首先完成了以上所述的定义调控价值指标体系，接下来对指标数据进行预处理，然后完成对调控潜力量化的工作，最后基于实数编码的遗传算法求取调控价值最大化，选择所对应的调控方式制定台区侧家电负荷精准调控方法实现对台区侧家电负荷精准调控。

Claims (4)

1.一种台区侧家电负荷精准调控方法，其特征在于：

(1)对台区侧场景进行构建，充分考虑调休、避峰、错时不同方式的多个影响因素，建立负荷调控价值指标体系；

(2)对台区侧设备进行运行约束，基于参与电网调控的家庭负荷分类聚合特性，实现台区侧家电负荷调控潜力的量化；

(3)根据负荷调控潜力的量化结果对台区侧用户负荷调控价值等级进行综合评估，建立一种家电负荷精准调控方法。

2.根据权利要求1所述的负荷精准调控方法中,所述建立负荷调控价值指标体系包含：

(1).台区侧场景包括能源供给失衡、可再生能源消纳、经济性响应、辅助服务等，在台区测应用场景下构建面向能源互联网的台区侧家电负荷精准调控方法；

(2).根据用户用电特性以及生产特性，遵循指标体系的系统性、科学性、针对性及可操作化原则，建立包括调休、错时和避峰调控潜力一级指标体系与静态指标体系。

3.根据权利要求1所述的负荷精准调控方法，所述实现台区侧家电负荷调控潜力的量化包含：

(1).基于参与电网调控的家庭负荷分类聚合特性，并考虑台区潮流特性、设备特征、家庭用户响应行为，对台区侧家电负荷调控潜力的进行量化评估；

(2).建立调休、错时和避峰调控潜力三个指标体系，每个一级指标通过多个二级指标进行表征，调休包括周休负荷、周下降负荷率、可转移负荷率、周休成本；错时包括错时负荷、峰时用电占比、峰谷负荷变化率、错时成本；避峰包括可中断负荷、负荷波动率、峰值时差率、避峰成本；

(3).对居民电器使用行为与居民负荷进行数学建模，通过分时电价、实时电价、尖峰电价等响应形式对居民电器使用行为进行调控，建立居民用电行为与居民负荷之间的模型。

4.根据权利要求1所述的负荷精准调控方法,所述建立一种家电负荷精准调控方法包含：

将所得的负荷调控潜力的量化结果导入调控价值综合评估模型，在经济性、用户满意度、可操作性、调控结果较优的基础上，确定一种台区侧家电负荷精准调控方法。