一种效益最大化下的柔性电力负荷建模方法与流程

本发明属于电力市场需求侧分析领域，特别是涉及一种效益最大化下的柔性电力负荷建模方法。

背景技术：

随着全球能源危机的到来，在新一代的智能电网中，大量新技术，新能源不断得到应用,可再生能源,如以风能、太阳能为基础的发电技术,正不断发展扩大，但是其不确定性却是电力系统运行的一个很大挑战。发展柔性化系统可以有效缓解由于可再生能源的不确定性而导致的电能质量问题，其中建立柔性负荷更是提高用户用电效率，增加电网可靠性以及减少电能消耗的一种有效调度手段。目前柔性负荷模型系统还未完全建立，主要研究内容是针对用户侧的可中断负荷，但事实上用户停电持续时间的长短也是柔性负荷模型系统中所必须考虑的重要因素，因此，本发明专利基于用户最大可中断负荷量以及最长停电持续时间两个因素提出了一种柔性电力负荷建模方法。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题在于提供一种效益最大化下的柔性电力负荷建模方法，其考虑了用户最大可中断负荷量以及最长停电时间，且用户及电力公司在此柔性负荷模型的基础上均可获得最大收益。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种效益最大化下的柔性电力负荷建模方法，包括以下步骤：

步骤一、在用户侧考虑最大可中断负荷量、最长停电时间以及用户的合作程度三个因素，以此三者作为变量构建用户停电成本函数。

步骤二、根据不同用户所能承受的最大可中断负荷量以及最长停电时间，结合已知的电力公司的补偿电价，利用所建立的用户停电成本函数，以用户收益最大化为目标来确定用户的合作程度。

步骤三、利用已知的电力公司在用户中断负荷及停电时间下的单位收益，结合用户停电成本函数，构建电力公司收益函数。

步骤四、在已确定的各用户合作程度的基础上，通过电力公司收益最大化来确定用户最大可中断负荷量以及最长停电时间。

进一步，步骤一中，用户的停电成本受很多因素影响，其中最主要的两个因素为最大可中断负荷量及最长停电持续时间，其他所有影响因素都与这两个因素有关，而在柔性负荷模型中，用户的合作程度也是一个必不可少的因素，所以，构建以最大可中断负荷量、最长停电时间及用户合作程度为变量的用户停电成本函数。

进一步，步骤二中，利用已知的电价补偿和用户停电成本函数构建用户收益函数，在用户所能承受的最大可中断负荷量以及最长停电时间的基础上，当用户收益达到最大时，便可得到上述用户停电成本函数中的各参数值以及用户的合作程度值。

进一步，步骤三中，已知电力公司在用户中断负荷和停电下的单位收益，假设电力公司给每个用户总的补偿为yi，在此基础上就可构建电力公司的总收益函数。

进一步，步骤四中，当求解电力公司收益最大化时，用户的合作程度值是在用户收益最大化下所得到的值。以电力公司收益最大化为目标求解得到用户可中断负荷量以及停电持续时间，将其与用户所能承受的最大可中断负荷和最长停电时间相对比，取较小值作为最终结果。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)在柔性电力负荷建模时，不仅考虑用户最大可中断负荷，还将最长停电持续时间作为影响因素一起建模，使得模型更加完整；(2)将用户利益与电力公司收益同时以最大化目标求解，使得用户与电力公司都能获得最大的效益。

附图说明

图1为效益最大化下的柔性电力负荷建模方法流程图

图2为效益最大化下的柔性电力负荷模型实现结构图

图中：1为建立用户停电成本函数模型，2为通过用户收益最大化确定用户合作程度，3为建立电力公司收益函数模型，4为通过电力公司收益最大化确定最大可中断负荷量以及最长停电时间。

具体实施方式

本发明所述的一种效益最大化的柔性电力负荷建模方法流程图如图1，包括以下步骤：

步骤一、考虑最大可中断负荷量、最长停电时间以及用户的合作程度三个因素，将此三者作为变量构建用户停电成本函数。

步骤二、根据不同用户所能承受的最大可中断负荷量以及最长停电时间，结合已知的电力公司的补偿电价，利用所建立的用户停电成本函数，以用户收益最大化为目标来确定用户的合作程度。

步骤三、利用已知的电力公司在用户中断负荷及停电时间下的单位收益，结合用户停电成本函数，构建电力公司收益函数。

步骤四、在已确定的各用户合作程度的基础上，通过电力公司收益最大化来确定用户最大可中断负荷量以及最长停电时间。

进一步，步骤一中，考虑用户最大可中断负荷量、最长停电时间及用户合作程度的用户停电成本目标函数为：

式中，p为用户停电成本；x为用户最大可中断负荷量；t为最长停电持续时间；θ为用户的合作程度，θ∈[0,1]。

约束条件为：

f(0,0,0)＝0(8)

根据约束条件简化式(1)，最终可得到用户的停电成本函数为：

令式(9)可化为：

p＝αx²+βx-βxθ+μt²+δt-δtθ(10)

进一步，步骤二中，假设电力公司对于单位容量的负荷的补偿为p补.x，单位停电时间补偿为p补.t，则用户总收益函数为：

b＝p补.x·x+p补.t·t-p＝p补.x·x-αx²-βx+βxθ+p补.t·t-μt²-δt+δtθ(11)

令bx＝p补.x·x-αx²-βx+βxθ(12)

bt＝p补.t·t-μt²-δt+δtθ(13)

所以，b＝bx+bt

要使用户总收益最大，即b最大，则需bx最大且bt最大，则可得到：

假设对于用户合作程度θ∈[0,1]，从小到大排列有n各用户，都满足式(14)和式(15)，得：

p补.x-2αxi-β+βθi＝0(16)

p补.t-2μti-δ+δθi＝0(17)

设θ1＝0,θn＝1，代入式(16)和式(17)中化简，则可得到：

进一步，步骤三中，构建的电力公司总收益函数为：

式(23)中，ω1为电力公司从用户提供的可中断负荷量中所获得的单位收益；ω2为电力公司从用户提供的最长停电时间中所获得的单位收益；yi为电力公司给各用户的总补偿。

进一步，步骤四中，求解电力公司收益最大，即maxq，此时可以获得两个约束条件；

(1)用户利益大于0,可得：

(2)用户自身利益最大化：

为保证用户获得最大利益，将式(24)和式(25)取等号计算，可以得出：

则，电力公司总收益函数为：

令

要取maxq，只需取maxφ，将式(26)代入式(28)，要使φ最大，则有

当i＝2,3,4…n-1&n≥2时，可得：

设用户所能承受的最大可中断负荷量为xi0，最长停电时间为ti0，最终可得到的用户最大可中断负荷为min(xi,xi0)，最长停电持续时间为min(ti,ti0)。

如图2所示的效益最大化下的柔性电力负荷模型实现结构图，整体过程如下：将最大可中断负荷、最长停电时间及用户的合作程度作为变量构建用户停电成本函数；利用用户所能承受的最大可中断负荷及最长停电持续时间，结合用户停电成本函数在用户收益最大的情况下得到各用户的合作程度值；利用所得用户合作程度值与用户停电成本构建电力公司收益函数；利用电力公司收益函数在电力公司收益最大的情况下求解得出所需的用户中断负荷量及停电持续时间，将所得结果与用户最大可中断负荷及最长停电持续时间相对比，取较小值最为最终结果。