一种双层电力经济调度快速优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力调度领域，具体涉及一种双层电力经济调度快速优化方法。
【背景技术】
[0002] 随着新能源发电的快速发展，常规电源的调节能力和电网传统的调度运行方式已 经不能满足大规模风电的送出需求。为了实现新能源发电的高效消纳，已有学者提出将常 规电源的优化与负荷的优化控制相结合，建立源荷协调的双层优化调度模型。快速有效的 求解算法是双层电力经济调度模型能否进行有效应用的一个关键问题。从根本上看，双层 电力经济调度属于一个双层规划问题。因此，已有的双层规划求解算法均可尝试应用于双 层电力经济调度模型的求解，包括分支定界法、互补旋转法、智能优化算法等。运用这些算 法对双层规划问题进行求解时，一般要通过KKT条件将下层优化问题转化为上层优化问题 的约束条件，从而得到一个单层优化问题。将其用于双层电力经济调度，将可能出现如下几 个方面的问题：
[0003] 1)在利用KKT条件将双层规划问题转化为单层优化问题时，要求所涉及的函数是 可微的，这使得问题的求解具有一定的局限性；
[0004] 2)双层规划问题转化为单层优化问题后进行求解，从根本上属于集中计算的方 式。在现代电网快速发展的情况下，大量新型的电源与负荷将参与电力调度，从而产生数量 巨大的调度主体。这些调度主体具有不同的情况和诉求，这意味着他们具有各自的目标函 数与约束条件，使双层电力经济调度中的下层调度形成相等数量的优化问题。转化为单层 优化问题后，计算规模较大。由于所有的计算工作都由上层电网承担，这将使得上层电网的 计算负担过重，与现代电网快速、有效的调度要求不符；
[0005] 3)双层优化问题转化为单层优化问题时，需要将下层优化问题的详细信息传递到 上层。在双层电力经济调度环境下，下层各个调度主体需将其技术、商业等方面的信息传递 给上层电网，因而无法保证其私密性。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的问题，提出一种双层电力经济调度 快速优化方法，可实现双层电力经济调度的分布式快速计算，并保护不同调度主体的信息 的私密性。
[0007] 为达到上述发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：
[0008] -种双层电力经济调度快速优化方法，包括如下步骤：
[0009] 步骤S10,构建上层调度模型，其包括：在全部虚拟电厂供电下的电网的社会成本 最小化函数；所述虚拟电厂包括至少一个电源与至少一个负载，所述社会成本包括电价与 供电功率构成的购电成本和供需不平衡成本；所述上层调度模型还包括电价的上下限约束 条件；
[0010] 步骤S20,构建下层调度模型，其包括：全部虚拟电厂供电电网获取的收益最大化 函数；所述虚拟电厂的收益是电网的购电成本扣除发电成本后的盈余；各个虚拟电厂供电 功率的上下限约束条件；
[0011] 步骤S31，将决策变量的上下限约束条件作为搜索区间，取出搜索区间的中间值， 所述决策变量为电价；
[0012] 步骤S32,优化求解下层调度模型，得到各个虚拟电厂分别在上限电价和下限电价 时对应的第一最优供电功率和第二最优供电功率，并将该第一、第二最优供电功率及对应 电价上传给电网，由上层调度模型处理；
[0013] 步骤S33,在上层调度模型中，根据第一最优供电功率及对应的下限电价，得出第 一电网社会成本；根据第二最优供电功率及对应的上限电价，得出第二电网社会成本；比 较第一、第二电网社会成本，将两者中较小的电网社会成本对应的电价与步骤S31所述的 中间值作为新的上下限约束条件，从而形成新的搜索区间；
[0014] 步骤S34,重复步骤S31至步骤S33,直至获得上层调度模型的第一、第二电网社会 成本的差值小于给定值ε，给定值ε为小于或等于10-6的正数；
[0015] 步骤S35,输出最优电价、虚拟电厂的最优供电功率及电网的最优电网社会成本。
[0016] 进一步，步骤S10所述供需不平衡成本是关于电网的供需不平衡量的函数，所述 供需不平衡量是电网的电力需求量扣除全部虚拟电厂供电功率后的剩余电力需求量或缺 口电力需求量。
[0017] 进一步，步骤S32的各个虚拟电厂之间采用并行方式，将各自计算的第一、第二最 优供电功率及对应电价上传给电网。
[0018] 所述上层调度模型为：
[0024] 式中F为电网的成本；ρ为电价；qn为虚拟电厂η向电网的供电功率；Ν为虚拟电 厂的总数；F'为配电网的供需不平衡成本；D为电网的电力需求量；AD为电网的供需不平 衡量；1^为电网供需不平衡的成本系数；ρ_、ρ_分别为电价的下限与上限。
[0025] 所述下层调度模型为：
[0030] 式中fn为虚拟电厂η的收益；cn为虚拟电厂η中的发电成本；b" n、V n、bn分别 为虚拟电厂η中的供电成本系数；qni_、qni_分别为虚拟电厂η的最小供电功率与最大供 电功率。
[0031] 所述步骤S31的中间值为搜索区间的中点电价Pnud，使
[0032] 所述步骤S33中设定新的上下限约束条件具体如下：
[0033] 步骤S331，第一、第二电网社会成本分别记为F'、F"，比较F'与F"的大小，若 F'〈F"'，则将F'记作标记电网社会成本F%对应的下限电价p记作标记电价p%对应的第一 最优供电功率q' n记作标记供电功率否则将F"记为标记电网社会成本F%上限电价p" 记作标记电价P%第二最优供电功率q"，记作标记供电功率
[0034] 步骤S332,比较中点电价pmid与标记电价p""的大小，若Ρμ/ρ%则将中点电价p mid 记作最小电价P_，标记电价P#记作最大电价P 否则将标记电价Ρ Η己作最小电价p _，中 点电价作最大电价Ρ
[0035] 步骤S333,将最大电价pmin与最小电价pmax作为新的上下限电价约束条件，形成新 的搜索区间。
[0036] 所述步骤S32是采用人工蜂群算法优化求解下层调度模型，获取各个虚拟电厂在 上限、下限电价时对应的第一最优供电功率和第二最优供电功率。本发明的一种双层电力 经济调度快速优化方法，具有如下有益效果：
[0037] 1.本发明所提的双层电力经济调度快速优化方法中，下层调度模型的优化计算由 各个虚拟电厂承担，这实际上是一种分布式计算方法。在该方法下，上层电网的计算负担不 因虚拟电厂数量的增长而增加。这有利于解决现代电网快速发展环境下调度控制量过多引 起电网调控的计算量剧增的难题，支撑分布式电源、电动汽车、智能电器等新成份通过虚拟 电厂与电网进行快速、有效的互动。
[0038] 2.本发明所提的双层电力经济调度快速优化方法中，下层各个虚拟电厂仅需向电 网提供其在不同电价下的供电功率，而不需提供其详细的信息。随着现代电网的快速发展， 各种新成份分属于不同的所有者，在参与电力调度的过程中越来越注重其信息的私密性。 在这种情况下，本发明无疑为新形势下电力经济调度的顺利进行提供了良好的条件。
[0039] 3.本发明所提的双层电力经济调度快速优化方法不需通过KKT条件将双层规划 问题转化为单层规划问题，应用范围广泛，操作便捷，具有较好的应用前景和应用价值。
【附图说明】
[0040] 图1为本发明的一种双层电力经济调度快速优化方法的步骤流程图。
[0041] 图2为本发明的一种双层电力经济调度快速优化方法的基本原理图。
【具体实施方式】
[0042] 下面结合附图和实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显 然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。
[0043] 本发明的双层电力经济调度模型中，电网在上层处于协调者的地位，电源与负荷 在下层处于被协调者的地位。由于电源与负荷具有天然的互补优势，它们组成一个虚拟电 厂以获取更大的整体利益。上层的电网通过电价对下层的虚拟电厂进行协调。以下结合图 1和图2对双层电力经济调度模型进行详细介绍。
[0044] 参看图1，本发明的一种双层电力经济调度快速优化方法，包括如下步骤：
[0045] 步骤S10,构建上层调度模型，其包括：在全部虚拟电厂供电下的电网的社会成本 最小化函数；所述虚拟电厂包括至少一个电源与至少一个负载，所述社会成本包括电价与 供电功率构成的购电成本和供需不平衡成本；所述上层调度模型还包括电价的上下限约束 条件；
[0046] 步骤S20,构建下层调度模型，其包括：全部虚拟电厂供电电网获取的收益最大化 函数；所述虚拟电厂的收益是电网的购电成本扣除发电成本后的盈余；各个虚拟电厂供电 功率的上下限约束条件；
[0047] 步骤S31，将决策变量的上下限约束条件作为搜索区间，取出搜索区间的中间值， 所述决策变量为电价；
[0048] 步骤S32,优化求解下层调度模型，得到各个虚拟电厂分别在上限电价和下限电价 时对应的第一最优供电功率和第二最优供电功率，并将该第一、第二最优供电功率及对应 电价上传给电网，由上层调度模型处理；
[0049] 步骤S33,在上层调度模型中，根据第一最优供电功率及对应的下限电价，得出第 一电网社会成本；根据第二最优供电功率及对应的上限电价，得出第二电网社会成本；比 较第一、第二电网社会成本，将两者中较小的电网社会成本对应的电价与步骤S31所述的 中间值作为新的上下限约束条件，从而形成新的搜索区间；
[0050] 步骤S34,重复步骤S31至步骤S33,直至获得上层调度模型的第一、第二电网社会 成本的差值小于给定值ε，给定值ε为小于或等于10 6的正数；
[0051] 步骤S35,输出最优电价、虚拟电厂的最优供电功率及电网的最优电网社会成本。
[0052] 进一步，步骤S10所述供需不平衡成本是关于电网的供需不平衡量的函数，所述 供需不平衡量是电网的电力需求量扣除全部虚拟电厂供电功率后的剩余电力需求量或缺 口电力需求量。
[0053] 进一步，作为一个实施例，步骤S32的各个虚拟电厂之间采用并行方式，将各自计 算的第一、第二最优供电功率及对应电价上传给电网。
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