一种基于最小约束集和负载动态优先级调控负荷设备的方法与流程

本发明属于供需互动模式下的需求响应技术领域，具体涉及一种基于最小约束集和负载动态优先级调控负荷设备的方法。

背景技术：

供需互动是电力市场化改革、智能电网建设、可再生能源大规模并网等电力系统新形势下的发展趋势，也是构建完善、健全、高效电力市场的必要条件，对系统安全、可靠、绿色的运行产生积极的影响。此外，需求侧资源众多，具备负荷消纳的能力，且响应的能力巨大，但是负荷资源分布相对较为分散，种类繁多，如何更好的平衡负荷设备的负载曲线，协调调控负荷设备的运行，降低消费成本的问题亟待解决。

需求响应系统中需求侧负荷资源的有效调控、电费与负荷设备的运行等待时间之间的权衡，将会影响需求响应的运行策略。同时，大量的负荷资源参与到需求响应政策当中，现有的dr(需求响应，以下简称dr)调控算法并未处理用于有效负载调控的动态优先级、用户输入和公用信号，也为考虑不可调控负载的运行动态以及较高优先级负载对下一优先级负载的影响。且如果不间断负载处于“开”状态，并且突然用户将另一个不间断负载设为“on”，则会对惩罚产生的影响进行估算，从而违反了pil(功率导入限值，以下简称pil)约束，成为现有算法的瓶颈。基于此，开发了一种考虑负载的动态优先级，并受tou(使用时间，以下简称tou)资费和pil约束限制，加入扩展tca(恒温控制设备，以下简称tca)的温度限制措施的负荷调控算法，根据其在多个约束条件下的动态优先级和成本与功率之比，改变了用户房屋中存在的可调控负载的运行时间。

在用户动态输入负载的运行间隔时，用户的用电成本最小，该负载间隔是由算法在这样的时间窗口中调控的。这种行动方式还减少了由于可调控负载而导致的高峰需求，从而促进了高峰需求惩罚费用的减少。

技术实现要素：

现有技术针对现有负荷设备调控算法没有考虑不可调控负载的运行状态，也未考虑高运行优先负载对下一级优先负载的影响，此外，如果不间断负载处于“开”状态并且突然用户将另一个不间断负载设为“on”，则会对惩罚产生的影响进行估算，从而违反pil的约束，因此，为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于负载的动态优先级，并受tou资费和pil约束限制的调控方法，可以利用用户的操作参数来计算负载的动态优先级以进行调控。

为了解决上述问题，本发明采用以下具体技术方案：

一种基于最小约束集和负载动态优先级调控负荷设备的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：初始化负荷调控算法中的计数状态和各类参数；

步骤2：获取使用时间tou和功率导入限值pil输入，得到电力费率和功率导入限值；

步骤3：判断是否有新的调控负荷设备即负载加入，判断新加入的负载类型；

步骤4：获取所有参与调控的负载的额定值，其中必须获取的为三个定时参数，所述定时参数包括开始时间间隔s，停止时间间隔f和运行时间间隔r，用于负载动态优先级dp的计算；

步骤5：在恒温控制设备tca的温度限制措施下，更新pil；

步骤6：计算每个负载的动态优先级dp，按照动态优先级dp降序对负载进行排序，完成负载迭代；

步骤7：计算功率成本cpr，按升序进行排序，寻找运行时间间隔内最小的cpr集合；

步骤8：根据运行时间间隔内最小的功率成本cpr集合，调控负载并更新负荷状态矩阵；

步骤9：判断当前时间间隔是否为最后的调控间隔；

步骤10：当当前时间间隔k为最后一个调控间隔时，重新初始化负荷调控算法中的各参数。

本发明还进一步采用以下优选技术方案：

在所述步骤1中，将一天内持续时间为5分钟的间隔定义为调控间隔，用k表示，取值为1-288；为参与的负载编号为j，取值为1-l，其中，l为负荷数量；

初始化所有计数状态和参数置零，即调控间隔计数k＝1，负荷计数l＝0，第k个调控间隔内每千瓦时的能源价格c^k＝0，第j个负载的额定功率pj＝0，第k个间隔内第j个负载的运行状态为关，将动态优先级dp、功率成本cpr均置零；

其中，计数状态包括调控间隔计数k和负荷计数l；所述各类参数包括调控间隔内每千瓦时的能源价格、负载的额定功率。

在所述步骤3中，所述负载类型包括：非计划负荷nsl和计划负荷sl；

所述非计划负荷nsl包括不间断不可调控负载ninsl以及可间断不可调控负载insl；

所述计划负荷sl包括不可间断可调控负载nisl和可间断可调负载isl。

所述步骤3包括以下步骤：

s301：当有新的负载加入时，判断新的负载类型，然后执行步骤4；

s302：当没有新的负载加入时，执行步骤5。

在所述步骤4中，假设n是需求侧用户连接的计划负载sl的总数，使用最小化问题对负荷调控算法优化，得到最佳运行调控时间表，通过以下公式进行表示：

其中，f(j,k)为能源价格、负载额定功率、负载运行状态下的约束函数，c^k为第k个调控间隔内每千瓦时的能源价格、pj为第j个负载的额定功率、为第k个间隔内第j个负载的运行状态，所述运行状态分为开/关两个状态，分别表示负载投入/退出运行，当第k个间隔内第j个负载的运行状态为开时，否则，

在所述步骤4中，最小化的约束条件如下：

(1)任何负载j的实际总运行时间间隔必须等于预设的总运行时间间隔rj：

其中，rj为预设的第j个负载的预设的总运行时间间隔；

(2)第k个间隔内第j个负载的运行状态表示：

其中，fj为第j个负载的开始时间间隔，sj为第j个负载的停止时间间隔；

(3)在第k个调控间隔处，净功耗必须在功率导入限值pil范围内，pil^k为第k个调控间隔内的功率导入限值pil：

其中，pil^k为第k个调控间隔内在不产生额外的损失的条件下，能够从电网汲取的最大电量；

(4)冷却类型可间断不可调度负载insl的运行约束条件：

表示第k个间隔内第j个负载的运行状态，u^k-1表示第j个负载在第k-1个间隔内的运行状态，为第j个负载的设定温度，δtj为第j个负载的容差，表示间隔k内的操作室温度。

所述步骤5包括以下步骤：

s501：用户至少在其sj之前的一个间隔内输入第j个计划负载sl的额定值，在第k个调控间隔开始时，记录不间断不可调控负载ninsl和可间断不可调度负载insl的功耗；

s502：计算第j个计划负载sl的rj，并计算可用的pil^k；

其中，pil^k为第k个调控间隔内在不产生额外的损失的条件下，能够从电网汲取的最大电量。

在所述s502中，设非计划负荷nsl的功耗在整个特定时间间隔内保持恒定，通过以下公式更新pil^k：

其中，为更新后的pil^k，为更新前的pil^k，为第k个调控间隔内标号为j的nsl的额定功率，m为第k个调控间隔具有的nsl的数量。

所述步骤6包括以下步骤：

s601：通过以下公式计算负载的动态优先级dp：

其中，dp为负载的动态优先级，currentinterval为运行时间间隔，runtimeinterval为开始时间间隔，stoptimeinterval为停止时间间隔；

s602：进行负载迭代，以匹配每一个加入的新的负载。

在所述步骤7中，通过以下公式计算每个调控间隔内的功率成本cpr：

其中，pil^k为第k个调控间隔内的pil值。

在所述步骤8中，运行调控计划负载sl，根据最小化问题的优化结果，综合考虑每个调控间隔内的负载动态优先级dp和功率运行成本cpr，对每个调控间隔内负载动态优先级dp高的，且功率运行成本低的负载进行优先调控并更新负荷状态矩阵，给用户提供持续时间内每个参与负载的最佳运行时间表。

所述步骤9包括以下步骤：

在s901中，当判断结果为不是最后一个间隔时，返回所述步骤3，判断是否有新负载的加入；

在s902中，当判断结果为是最后一个间隔时，执行步骤10。

在所述步骤10中，将一天内持续时间为5分钟的间隔定义为调控间隔，用k表示，取值为1-288；为参与的负载编号为j，取值为1-l，其中，l为负荷数量；

初始化所有计数状态和参数置零，即调控间隔计数k＝1，负荷计数l＝0，第k个调控间隔内每千瓦时的能源价格c^k＝0，第j个负载的额定功率pj＝0，第k个间隔内第j个负载的运行状态为关，将动态优先级dp、功率成本cpr均置零；

其中，计数状态包括调控间隔计数k和负荷计数l；所述各类参数包括调控间隔内每千瓦时的能源价格、负载的额定功率。

本发明具有以下技术效果：

1.考虑了不可调控负载的运行状态；

2.考虑了较高运行优先负载对下一优先负载的影响；

3.考虑了tou资费和pil约束的限制；

4.考虑了恒温控制设备的动态，引入了温度限制措施。

附图说明

图1为本发明的一种基于最小约束集和负载动态优先级调控负荷设备的方法流程图；

具体实施方式

现在参照附图对本发明的技术方案做出进一步描述。应当了解，以下提供的实施案例仅是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的技术构思，本发明还可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。

本发明提出一种基于最小约束集和负载动态优先级调控负荷设备的方法，考虑了不可调控负载的运行状态、考虑了较高运行负载优先级对下一优先负载的影响，并考虑了恒温控制设备的动态情况，在tou资费和pil约束的限制下，旨在为消费者节省大量的电费，并保证需求侧管理的有效进行，维持供需平衡。为了给用户提供持续时间内每个参与负载的最佳运行时间表，通过突出用户定义的操作参数，如开始时间间隔、停止时间间隔、运行时间间隔等来计算负载的动态优先级，并考虑tou资费和pil约束的限制，进而以功率成本的衡量动态调控负荷设备的运行，使得智能负荷设备更好的参与到需求响应调节当中。

参照图1，在步骤1中，初始化负荷调控算法中的计数状态和各类参数。

调控间隔的持续时间假定为任何设备的最小运行时间。此外，在调控间隔期间，假定电价和pil不变。本文将一天内持续时间为5分钟的间隔定义为调控间隔，用k表示，取值为1-288；为参与的负载编号为j，取值为1-l；初始化所有计数状态和参数置零，即调控间隔计数k＝1，负荷计数l＝0，第k个调控间隔内每千瓦时的能源价格c^k＝0，第j个负载的额定功率pj＝0，第k个间隔内第j个负载的运行状态为关，将dp、cpr均置零。

在步骤2中，获取使用时间tou和功率导入限值pil输入，得到电力费率和功率导入限值，即获取一天中恒定间隔内的时变或使用时间(tou)的定价，并考虑最大需求限制下的上限，从而保证在一定时间间隔内从电网汲取的最大电量，而不会产生额外的损失。

在步骤3中，判断是否有新的调控负荷设备即负载加入，判断新加入的负载类型。根据应用范围，将负荷设备分为四类，即不间断不可调控负载(ninsl)，可间断不可调控负载(insl)，不可间断可调控负载(nisl)和可间断可调负载(isl)，ninsl和insl可以分组为非计划负荷(nsl)，而nisl和isl可以分组为计划负荷(sl)。

s301：当有新的负载加入时，执行步骤4；

s302：当没有新的负载加入时，执行步骤5。

在步骤4中，获取所有参与调控的负载的额定值/规格，其中必须获取的为三个定时参数，所述参数包括开始时间间隔s，停止时间间隔f和运行时间间隔r，用于负载动态优先级dp的计算，并执行负载数加一操作，即：l＝l+1。

在步骤4中，假设n是需求侧用户连接的计划负载sl的总数，因而可以将负荷调控算法用最小化问题进行优化，得到最佳运行调控时间表，通过以下公式进行表示：

其中，f(j,k)为能源价格、负载额定功率、负载运行状态下的约束函数，ck为第k个调控间隔内每千瓦时的能源价格、pj为第j个负载的额定功率、u^kj为第k个间隔内第j个负载的运行状态；

其中，最小化的约束条件如下：

(1)任何负载j的实际总运行时间间隔必须等于预设的总运行时间间隔rj：

其中，rj为预设的第j个负载的总运行时间间隔；

(2)第k个间隔内第j个负载的运行状态表示：

其中，fj为第j个负载的开始时间间隔，sj为第j个负载的停止时间间隔；

(3)在第k个调控间隔处，净功耗必须在pil范围内，pil^k为第k个调控间隔内的pil值：

(4)冷却类型insl的运行约束条件：

表示第k个间隔内第j个负载的运行状态，u^k-1表示第j个负载在第k-1个间隔内的运行状态，为第j个负载的设定温度，δtj为第j个负载的容差，表示间隔k内的操作室温度。

在步骤5中，在恒温控制设备tca的温度限制措施下，更新pil。

s501：用户至少在其sj之前的一个间隔内输入第j个sl的额定值/规格，在每个第k个间隔的开始时，所述负荷调控算法记录ninsl和insl的功耗；

s502：计算第j个sl的rj，并计算可用的pil^k，pil^k为第k个调控间隔内的pil值。

其中，pil^k为第k个调控间隔内在不产生额外的损失的条件下，可以从电网汲取的最大电量。初始将rj作为总的调控间隔，查看最大汲取电量。

在所述s502中，设nsl的功耗在整个特定时间间隔内保持恒定，通过以下公式更新pil^k。

其中，为更新后的pil^k，为更新前的pil^k，为第k个间隔内标号为j的nsl的额定功率，m为第k个调控间隔具有的nsl的数量。

在步骤6中，计算每个负载的动态优先级dp，按照dp降序对负载进行排序，完成负载迭代。

在步骤s601中，计算负载的动态优先级。

dp的范围为0→1，如果对于特定的负载，dp←1或rj＝＝fj-k，则特定的第j个负载必须打开，并且将保持打开状态，直到完成计划的运行时间，而不受任何约束。考虑到dp<1的负载，用于基于第k个间隔中的最高dp和可用pil进行调控。

通过以下公式计算负载的动态优先级dp：

其中，dp为负载的动态优先级，currentinterval为运行时间间隔，runtimeinterval为开始时间间隔，stoptimeinterval为停止时间间隔。

在步骤s602中，进行负载迭代，以匹配每一个加入的新负载，考虑了较高运行优先级负载对下一优先级负载的影响。

在步骤7中，计算功率成本cpr，按升序进行排序，方便寻找运行时间间隔内最小的cpr集合。

当仅当间隔k中的电价低且pil高时，才能实现间隔k中任何负载的最低运行成本。这导致引入比率，在此称为功率成本(cpr)比率。第j个负载的是针对负载sj与fj之间的每个第k个间隔动态计算的。

通过以下公式计算每个调控间隔内的功率成本cpr：

在步骤8中，对运行时间间隔内最小的功率成本cpr集合，调控负载并更新负荷状态矩阵。运行调控计划负载，根据最小化问题的优化结果，综合考虑每个调控间隔内的负载动态优先级和功率运行成本，将每个调控间隔内负载动态优先级高的，且功率运行成本低的负载进行优先调控，给用户提供持续时间内每个参与负载的最佳运行时间表。

在步骤9中，判断当前时间间隔是否为最后的调控间隔。

在一天的运行时间中，将持续时间为5分钟的间隔视为调控间隔的持续时间，该间隔在一天中的288个此类间隔中，从第一间隔(00：00：00–00：04：59)到第288间隔(23:55:00–23:55:59)。

在步骤s901中，当判断结果为不是最后一个间隔时，继续执行步骤3，判断是否有新负载的加入。

在步骤s902中，当判断结果为是最后一个间隔时，执行步骤10。

在步骤10中，

将一天内持续时间为5分钟的间隔定义为调控间隔，用k表示，取值为1-288；为参与的负载编号为j，取值为1-l，其中，l为负荷数量；

初始化所有计数状态和参数置零，即调控间隔计数k＝1，负荷计数l＝0，第k个调控间隔内每千瓦时的能源价格c^k＝0，第j个负载的额定功率pj＝0，第k个间隔内第j个负载的运行状态为关，将动态优先级dp、功率成本cpr均置零；

其中，计数状态包括调控间隔计数k和负荷计数l；所述各类参数包括调控间隔内每千瓦时的能源价格、负载的额定功率。