本發(fā)明涉及一種基于價格需求響應(yīng)的經(jīng)濟調(diào)度模型。

背景技術(shù)：

風(fēng)電是可再生能源中最具經(jīng)濟發(fā)展前景的發(fā)電方式，然而，由于風(fēng)電自身的波動性、間歇性、反調(diào)峰性、低可調(diào)度性等不友好特點，其裝機容量的快速增長對電網(wǎng)傳統(tǒng)的運行控制模式產(chǎn)生重大影響。為應(yīng)對這種挑戰(zhàn)，電源、電網(wǎng)和負荷三者間應(yīng)進行協(xié)調(diào)互動，這是智能電網(wǎng)的重要發(fā)展方向。但總體而言，電網(wǎng)運行控制主要采用的是發(fā)電跟蹤負荷的模式，通過調(diào)度發(fā)電機組的開停和出力來滿足預(yù)測的負荷需求。但當(dāng)大規(guī)模風(fēng)電接入電力系統(tǒng)時，發(fā)電本身變得不可控制。因此，不少最新研究開始關(guān)注負荷跟蹤發(fā)電模式，通過負荷側(cè)資源主動響應(yīng)參與電網(wǎng)互動，來實現(xiàn)風(fēng)電綜合利用效率的提升。

需求響應(yīng)(demandresponse，dr)是指電力用戶針對市場價格信號或激勵機制主動改變原有電力消費模式的行為。需求響應(yīng)資源參與電網(wǎng)互動主要有以下幾類：1)價格型dr，通過價格信號(如分時電價、實時電價)引導(dǎo)用戶合理調(diào)節(jié)和改善用電結(jié)構(gòu)和用電方式；2)簽訂可中斷合同；3)直接負荷控制方式。當(dāng)風(fēng)電實際出力大于預(yù)測值時，可通過需求響應(yīng)資源增加用電量填補系統(tǒng)功率缺額；反之，當(dāng)風(fēng)電實際出力小于預(yù)測值時，可通過需求響應(yīng)資源削減用電量來平抑系統(tǒng)功率不平衡量。近年來，國內(nèi)外已開展將需求響應(yīng)用于平衡風(fēng)電波動的相關(guān)研究，更多地集中在需求響應(yīng)平衡風(fēng)電波動的潛力分析，參與風(fēng)電消納的需求響應(yīng)調(diào)度策略以及對旋轉(zhuǎn)備用容量的影響等方面。

應(yīng)對風(fēng)電消納問題，價格型需求響應(yīng)通過價格信號參與電網(wǎng)實時調(diào)度，以保持電力供需平衡。然而，風(fēng)電出力和負荷的改變，使電網(wǎng)潮流和節(jié)點電壓面臨越限風(fēng)險，從而網(wǎng)絡(luò)安全約束成為制約風(fēng)電消納的關(guān)鍵因素。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對以上技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于價格需求響應(yīng)的經(jīng)濟調(diào)度模型，首先基于價格彈性系數(shù)分析價格型需求響應(yīng)調(diào)度成本與互動響應(yīng)量之間的關(guān)系。其次，描述價格型需求響應(yīng)的互動響應(yīng)量靜態(tài)算法，并將其作為預(yù)期分配原則之一。在此基礎(chǔ)上，同時考慮網(wǎng)絡(luò)安全約束和價格型需求響應(yīng)互動響應(yīng)滿意度約束，以電網(wǎng)側(cè)的價格型需求響應(yīng)調(diào)度成本最小化為目標(biāo)，建立實時優(yōu)化調(diào)度模型，保證實時調(diào)度中電網(wǎng)的安全運行。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

步驟1、引入價格需求因素，構(gòu)建基于需求彈性的價格需求響應(yīng)模型，通過實時電價引導(dǎo)用戶改變用電行為響應(yīng)風(fēng)電出力變化；

步驟2、通過建立魯棒區(qū)間經(jīng)濟調(diào)度模型的目標(biāo)函數(shù)和功率平衡、常規(guī)機組出力、旋轉(zhuǎn)備用、常規(guī)機組爬坡率、網(wǎng)絡(luò)安全、風(fēng)電出力約束條件，將價格需求響應(yīng)模型融入到魯棒區(qū)間經(jīng)濟調(diào)度模型，構(gòu)建基于價格需求響應(yīng)的大規(guī)模風(fēng)電消納魯棒區(qū)間日內(nèi)經(jīng)濟調(diào)度模型。

作為優(yōu)選，在步驟1中，基于需求彈性的價格需求響應(yīng)模型如下：

用戶在不同電價下的響應(yīng)公式為：

響應(yīng)約束為：

在第t時段節(jié)點j的售電收入f(lf，jt+ld,jt)為：

式中：εjt為第t時段節(jié)點j的負荷需求自彈性系數(shù)，反映了用戶的電力消費需求對電價變動的敏感程度，一般為已知參數(shù)；lf,jt為第t時段節(jié)點j的負荷預(yù)測值；ld,jt為第t時段節(jié)點j在不同電價時的響應(yīng)負荷變化功率；ρjt為第t時段節(jié)點j的電價；ρref,jt為參考電價；為節(jié)點j的用戶最大響應(yīng)容量。

作為優(yōu)選，對公式(3)采用逐步線性化的方法近似處理，其線性化的表達式如下：

式中：nm為線性化后的分段數(shù)目；決策變量dmjt為第t時段節(jié)點j的第m段的負荷功率，并滿足0≤dmjt≤dmjt，dmjt為第m段的最大負荷功率；ρmjt為相應(yīng)的第m分段電價。

本發(fā)明的有益效果：

1、魯棒優(yōu)化作為一種解決不確定問題的決策方法，能夠在給定的不確定參數(shù)有界集合內(nèi)求得一個魯棒最優(yōu)解，使得約束條件在不確定參數(shù)的所有取值下均得到滿足。與基于概率論的不確定性分析方法需要獲知不確定參數(shù)的概率分布模型相比，魯棒優(yōu)化方法考慮的不確定信息為不確定參數(shù)的變化范圍，在實際中這類信息更容易獲得，而且魯棒優(yōu)化方法的求解效率更高，更適用于大規(guī)模在線應(yīng)用的場合。

2、將價格需求響應(yīng)作為常規(guī)機組調(diào)節(jié)能力的有效補充，靈活調(diào)節(jié)節(jié)點負荷，快速響應(yīng)風(fēng)電出力變化，降低風(fēng)電不確性的影響，減小棄風(fēng)功率并增大社會福利。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的ieee-rts26機測試系統(tǒng)單線圖。

具體實施例

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例和附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

基于價格需求響應(yīng)的日內(nèi)經(jīng)濟調(diào)度模型，包括以下步驟：

步驟1、引入價格需求因素，構(gòu)建基于需求彈性的價格需求響應(yīng)模型，通過實時電價引導(dǎo)用戶改變用電行為響應(yīng)風(fēng)電出力變化，提高電網(wǎng)的風(fēng)電消納能力；

步驟2、通過建立魯棒區(qū)間經(jīng)濟調(diào)度模型的目標(biāo)函數(shù)和功率平衡、常規(guī)機組出力、旋轉(zhuǎn)備用、常規(guī)機組爬坡率、網(wǎng)絡(luò)安全、風(fēng)電出力約束條件，將價格需求響應(yīng)模型融入到魯棒區(qū)間經(jīng)濟調(diào)度模型，構(gòu)建基于價格需求響應(yīng)的大規(guī)模風(fēng)電消納魯棒區(qū)間日內(nèi)經(jīng)濟調(diào)度模型。

傳統(tǒng)的魯棒區(qū)間經(jīng)濟調(diào)度模型可參照《電力系統(tǒng)自動化》2014年10月25日第38卷第20期，本發(fā)明通過改變傳統(tǒng)的魯棒區(qū)間經(jīng)濟調(diào)度模型的目標(biāo)函數(shù)和功率平衡、常規(guī)機組出力、旋轉(zhuǎn)備用、常規(guī)機組爬坡率、網(wǎng)絡(luò)安全、風(fēng)電出力約束條件(模型的其他部分不做改變)，將價格需求響應(yīng)模型融入到傳統(tǒng)的魯棒區(qū)間經(jīng)濟調(diào)度模型，構(gòu)建基于價格需求響應(yīng)的大規(guī)模風(fēng)電消納魯棒區(qū)間日內(nèi)經(jīng)濟調(diào)度模型。

下面進行具體介紹：優(yōu)選，步驟1中，價格需求響應(yīng)是通過價格信號(如分時電價、實時電價)引導(dǎo)用戶合理調(diào)節(jié)和改善用電結(jié)構(gòu)和用電方式。實時電價更新周期較分時電價更短，可以為1h或更短，能夠有效傳達電價信號，引導(dǎo)用戶改變用電行為，響應(yīng)系統(tǒng)運行狀態(tài)變化。用戶的響應(yīng)行為描述是制定考慮需求響應(yīng)的調(diào)度策略的基礎(chǔ)，本發(fā)明采用基于需求彈性的用戶響應(yīng)模型，用戶在不同電價下的響應(yīng)公式及響應(yīng)約束如下：

用戶在不同電價下的響應(yīng)公式為：

響應(yīng)約束為：

中：εjt為第t時段節(jié)點j的負荷需求自彈性系數(shù)，反映了用戶的電力消費需求對電價變動的敏感程度，一般為已知參數(shù)；lf,jt為第t時段節(jié)點j的負荷預(yù)測值；ld,jt為第t時段節(jié)點j在不同電價時的響應(yīng)負荷變化功率；ρjt為第t時段節(jié)點j的電價；ρref,jt為參考電價；為節(jié)點j的用戶最大響應(yīng)容量。

電網(wǎng)公司在第t時段節(jié)點j的售電收入f(lf，jt+ld,jt)為：

由式(3)可以看出，f(lf,jt+ld,jt)為需求響應(yīng)負荷(lf,jt+ld,jt)的二次凸函數(shù)，一般可采用逐步線性化的方法近似處理，其線性化的表達式如下：

式中：nm為線性化后的分段數(shù)目；決策變量dmjt為第t時段節(jié)點j的第m段的負荷功率，并滿足0≤dmjt≤dmjt，dmjt為第m段的最大負荷功率；ρmjt為相應(yīng)的第m分段電價。

其中，步驟2中，通過改變傳統(tǒng)魯棒區(qū)間經(jīng)濟調(diào)度模型的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，將步驟1建立的價格需求響應(yīng)模型融入傳統(tǒng)的魯棒區(qū)間經(jīng)濟調(diào)度模型，構(gòu)建考慮價格需求響應(yīng)的大規(guī)模風(fēng)電消納魯棒區(qū)間經(jīng)濟調(diào)度模型，并提出基于線性規(guī)劃的求解方法。建模過程中只考慮風(fēng)電的不確定性，忽略了負荷和需求側(cè)響應(yīng)資源的不確定性以及常規(guī)機組的隨機停運，具體如下：

1)目標(biāo)函數(shù)：

傳統(tǒng)的計及棄風(fēng)因素的魯棒區(qū)間動態(tài)經(jīng)濟調(diào)度模型一般以最小化常規(guī)機組的出力成本和棄風(fēng)懲罰成本為目標(biāo)函數(shù)，引入價格需求響應(yīng)后，從社會福利角度修改目標(biāo)函數(shù)。

社會福利可通過售電收入減去常規(guī)機組的出力成本和棄風(fēng)懲罰成本獲得，具體表示為：以社會福利角度建立目標(biāo)函數(shù)：

式中：nt為經(jīng)濟調(diào)度的總時段數(shù)目；nj為系統(tǒng)負荷節(jié)點數(shù)目；ni和nk分別為常規(guī)機組數(shù)目和常規(guī)機組的二次凸函數(shù)出力成本經(jīng)線性化后的分段數(shù)目；nw風(fēng)電場數(shù)目；cki和cmin,i分別為常規(guī)機組i的出力成本經(jīng)線性化后的第k段成本斜率和最小出力成本，并滿足c1i≤c2i≤…≤cnki；pkit為第t時段常規(guī)機組i在第k段的有功出力；和分別為風(fēng)電場w預(yù)測出力上下界和允許出力上下界；vw對風(fēng)電場w的上下界偏差懲罰成本系數(shù)；

2)約束條件：

引入價格需求響應(yīng)約束后，增加了需求響應(yīng)負荷的決策變量dmjt，因此還需要對傳統(tǒng)魯棒區(qū)間經(jīng)濟調(diào)度模型的功率平衡約束、旋轉(zhuǎn)備用約束和網(wǎng)絡(luò)安全約束做出調(diào)整，具體分析如下：

2‐a)功率平衡約束：

式中：由于本文采用直流潮流模型，因此忽略網(wǎng)絡(luò)損耗的影響；pit和pmin,i分別為常規(guī)機組i第t時段的有功出力和最小出力；為第t時段風(fēng)電場w的經(jīng)濟最優(yōu)出力計劃；

2‐b)常規(guī)機組的出力上下限約束

式中：pmin,i、pg,1i、pg,2i、…、pg,(nk-1)i和pmax,i為將第i臺常規(guī)機組出力范圍為[pmin,i,pmax,i]線性化nk段后的功率分點；

2‐c)旋轉(zhuǎn)備用約束：

式中：和分別為第t時段機組i提供的上、下旋轉(zhuǎn)備用容量；ri^u和ri^d分別為機組i在單位時段內(nèi)的上、下爬坡速率；δt為每個調(diào)度時段的時長；

其中，常規(guī)機組的旋轉(zhuǎn)備用約束違反會導(dǎo)致棄風(fēng)，從系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)能力的角度，風(fēng)電出力突變會導(dǎo)致常規(guī)機組的可調(diào)容量減小，當(dāng)系統(tǒng)可調(diào)容量越小，其安全水平越低，該場景也就越惡劣，由此形成最惡劣場景的判別條件式(11)‐(14)：

式中：w為風(fēng)電場集合；和分別為第t時段最惡劣場景下系統(tǒng)提供的上、下旋轉(zhuǎn)備用容量；和分別為上、下旋轉(zhuǎn)備用約束的惡劣場景中風(fēng)電出力優(yōu)化變量；和分別為第t時段的系統(tǒng)上、下旋轉(zhuǎn)備用容量要求；

2‐d)常規(guī)機組的爬坡率約束：

從系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)能力的角度，最惡劣場景下常規(guī)機組的爬坡率約束為：

式中：和分別為式(11)、(13)兩種最惡劣場景下常規(guī)機組i在第t時段的出力上、下調(diào)整量；和分別為式(11)、(13)兩種最惡劣場景下常規(guī)機組i在第t‐1時段的出力上、下調(diào)整量；pi,t-1為常規(guī)機組i在t‐1時段的有功出力；

2‐e)基于直流潮流法的網(wǎng)絡(luò)安全約束：

網(wǎng)絡(luò)安全約束違反也會導(dǎo)致棄風(fēng)，從網(wǎng)絡(luò)安全的角度，風(fēng)電出力在邊界取值時會導(dǎo)致線路負載率達到最大，線路負載率越高，系統(tǒng)安全水平則越低，該場景也就越惡劣，由此形成最惡劣場景判別條件式(18)及式(19)：

式中：nb為系統(tǒng)節(jié)點數(shù)目；nl為支路數(shù)目；sflb表示節(jié)點b對支路l的轉(zhuǎn)移分布因子；i∞b、w∞b和j∞b分別表示與節(jié)點b相連的機組i、風(fēng)電場w和負荷j；和分別為第t時段支路l的最大正、反向有功潮流功率；和分別為支路正、反向有功潮流功率約束的惡劣場景中風(fēng)電出力優(yōu)化變量；ul為支路l的有功潮流限值；

2‐f)風(fēng)電允許出力區(qū)間和風(fēng)電出力約束：

由步驟1和2構(gòu)建的雙層魯棒區(qū)間優(yōu)化調(diào)度模型中，上下層模型間的耦合關(guān)系使得該模型無法直接求解。但由于上層模型對下層模型的要求僅僅是最大最小發(fā)電能力的約束，因而根據(jù)線性規(guī)劃的對偶原理，該約束可等價于下層優(yōu)化模型的對偶問題滿足相應(yīng)的要求。據(jù)此原問題的雙層優(yōu)化模型可以轉(zhuǎn)化為單層線性規(guī)劃模型來解決。即根據(jù)線性規(guī)劃的對偶原理將基于價格需求響應(yīng)的大規(guī)模風(fēng)電消納魯棒區(qū)間日內(nèi)經(jīng)濟調(diào)度模型的雙層優(yōu)化模型轉(zhuǎn)化為單層線性規(guī)劃模型進行優(yōu)化求解。

在原優(yōu)化模型中，將下層優(yōu)化模型的式(11)、(13)、(18)和(19)分別用相應(yīng)的對偶問題的約束替換，以保證下層優(yōu)化模型的對偶目標(biāo)函數(shù)是原優(yōu)化模型的上界或下界。其中，對偶轉(zhuǎn)化前下層優(yōu)化模型的變量為和轉(zhuǎn)換后的對偶變量分別為αwt、βwt、δwt和經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的優(yōu)化模型形式如下：

將式(22)和(23)中的左端項分別代入式(15)和(16)中對和進行替換，得到與基于價格需求響應(yīng)的大規(guī)模風(fēng)電消納魯棒區(qū)間日內(nèi)經(jīng)濟調(diào)度模型等價的單層線性規(guī)劃模型：

式中，s.t.是subjectto的縮寫，是受約束的含義，第一行公式的含義是：當(dāng)目標(biāo)函數(shù)(社會福利＝售電收入‐出力成本‐棄風(fēng)懲罰成本)取得最大值時，對應(yīng)約束變量pkit,dmjt，αwt，βwtδwt所取得的值。

本發(fā)明的魯棒優(yōu)化作為一種解決不確定問題的決策方法，能夠在給定的不確定參數(shù)有界集合內(nèi)求得一個魯棒最優(yōu)解，使得約束條件在不確定參數(shù)的所有取值下均得到滿足。與基于概率論的不確定性分析方法需要獲知不確定參數(shù)的概率分布模型相比，魯棒優(yōu)化方法考慮的不確定信息為不確定參數(shù)的變化范圍，在實際中這類信息更容易獲得，而且魯棒優(yōu)化方法的求解效率更高，更適用于大規(guī)模在線應(yīng)用的場合。本發(fā)明將價格需求響應(yīng)作為常規(guī)機組調(diào)節(jié)能力的有效補充，靈活調(diào)節(jié)節(jié)點負荷，快速響應(yīng)風(fēng)電出力變化，降低風(fēng)電不確性的影響，減小棄風(fēng)功率并增大社會福利。

最終，以上實施例和附圖僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。