一种基于云边协同的负荷侧虚拟电厂优化调控方法及系统与流程

本发明涉及负荷侧虚拟电厂，尤其涉及一种基于云边协同的负荷侧虚拟电厂优化调控方法及系统。

背景技术：

1、随着经济社会的不断发展，工业、商业以及低负荷用户对电力需求逐年提高，用电总量飞速增长，导致电力系统负荷不断提高，电网运行稳定性也受到了极大的影响，电力系统调度正面临着严峻的挑战。而由于传统的电网调度系统缺少有效的信息通信支撑及智能化处理方法，通常只能通过拉闸限电等有序用电方式削减负荷高峰，但这种方法对需求侧极不友好，用户体验感差。若选择通过建设电厂和配套电网等电力供给侧投资来缓解高峰时刻的峰谷差，将造成社会资源浪费。在这样的背景下,电网中数量巨大的需求侧资源被人们逐渐了重视起来，需求响应应运而生。需求响应是以优惠电价或电费退补等作为激励手段，引导用户减少或迁移部分高峰期用电，以此来保障电力系统稳定性。在需求响应过程中，如何提高数量巨大的低负荷用户类型参与意愿，如何预估调控潜力，如何灵活调度需求侧资源等问题备受关注。

2、目前低负荷用户侧参与电网互动主要分为价格型和激励型，其中价格型是比较常见的方式，其通过分时电价等手段调整时刻电价，用户根据收到的价格信号响应调整自身用电负荷。但该方式无法真实地刻画动态电力市场的不确定性和灵活性，用户参与度不高。激励型是在系统需要时，用户主动减少用电负荷，以获得一定补偿。该方式目前实际应用较少，且大多数是工业企业、建筑楼宇等高耗能用户参与，普通低负荷用户往往由于自身用电负荷达不到调控需求而无法参与其中，但随着居民家庭生活水平的整体提升，居民客户用电负荷呈现高速增长的态势，将该部分资源纳入辅助服务，效果将十分可观。因此本文提出一种基于云边协同的辅助服务优化调控方法及系统。

3、现有方案中，《一种面向需求响应的家庭用户负荷快速调控方法》，该方案首先需求响应组织方与用户签订协议，明确在电网紧急情况下用户自愿切断负荷上限；然后将用户常用电器按照使用时刻及重要程度进行分类，并确定用电器优先级；当产生调控需求时，通过电力线载波向家庭用户下发负荷调控指令；调控器通过短距离无线wifi向低优先级家用电器下发调控指令，低优先级用电器之间直接通信，传输互控信号实现一次调控；调控器通过短距离无线wifi向高优先级家用电器下发调控指令，高优先级用电器之间直接通信，传输互控信号实现二次调控。

4、上述方案中，需求响应组织方未对用户响应能力进行事前评估，当出现紧急调控需求时，无法进行调节潜力分析，从而可能导致无法满足电网调控需求产生无效响应。同时，使用电力载波方式进行通信，当电力线负荷较大时，线路阻抗可达1欧姆以下，造成对载波信号的高削减。实际应用中，当电力线空载时，点对点载波信号可传输到几公里。但当电力线上负荷很重时，只能传输几十米，这导致相应区域受限，调控潜力也大大减小。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于云边协同的负荷侧虚拟电厂优化调控方法，可将参与用户拓展至低负荷用户侧。方法引入云边端协同系统，通过竞价模式引导需求侧用户参与电网互动，并可基于用户用能习惯，优化控制策略，同时避免了由于参与用户量过大导致系统计算压力过载问题。

2、方法包括：

3、步骤1、将边端协同系统部署于用户侧，并基于边端协同系统绘制用户用能画像；

4、步骤2、用户画像生成后，边端协同系统将用户画像通过互联网上送至云端合约管理系统；云端合约管理系统汇聚用户调控能力、响应时间段、响应时长、响应速度，并制定合约；

5、步骤3、在电网发布调控需求时，运行管理系统根据电网调控需求以及合约管理系统中生效合约，制定调控邀约量，再通过网络层协议将需求发布至各边端协同系统；

6、步骤4、边端协同系统进行需求竞价；

7、步骤5、基于运行管理系统进行竞价出清，并将出清结果下送至边端系统；

8、步骤6、通过运行管理系统执行控制计划；

9、步骤7、边端协同系统接收运行管理系统发送的执行命令，并根据当前用户各设备运行状态，对在线设备负荷进行拆解，调控顺序按照当前负荷由大到小进行负荷削减，直至大于等于要求调控负荷为止。

10、进一步需要说明的是，步骤1中，用户用能画像为通过神经网络算法分别以时间、日期、消耗功率作为特征，使用时间序列模型如公式（1），预测用户各类家电时间段的用电负荷w，并结合用户使用习惯；

11、在满足用户舒适度下，对用户各用电设备进行加权，计算出该时间端内的用户的可调负荷；如公式（2）：

12、(1)

13、(2)

14、公式（1）中， x为：输入层； h为：隐藏状态层；y为：输出层；的含义为： 输出层权重；的含义为： 输入层到隐藏状态层的权重；的含义为：隐藏状态层之间的权重；表示用电设备p，在t时刻内预估用电负荷，x代表输入特征，w代表模型配置参数，g和f表示当前模型激活函数，h表示隐藏层输出，t当前时刻，t-1代表上一时刻；

15、公式2中，代表当前用户在t时刻内，总的负荷调整量；为设备p在t时刻内的用能负荷，为保证p设备在满足用户舒适度情况下，参与负荷调控的阈值。

16、进一步需要说明的是，步骤2中，

17、合约制定制订过程如下；

18、(3)

19、(4)

20、公式（3）中，为在某时间段内，用户的基础补贴价格，为聚合所有用户的预测响应量，为时段电价；

21、公式4为基础补贴价格在考虑响应速度、持续时间、响应量基础上的加权补贴价格；其中为响应速度权值，为持续时间权值、响应量权值、为加权补贴价格。

22、进一步需要说明的是，公式（4）中的各权值计算方法如下：

23、(5)

24、表示用户实际速度； sagree表示实际速度和约定速度比值；

25、的含义为：用户参与响应时约定的响应速度；

26、(6)

27、(7)

28、公式（5）为响应速度权值计算方法，其中为实际响应负荷最大值，为聚合基线负荷，当实际负荷小于基线负荷*0.8时，权值为0，当响应速度大于约定速度时，权值为1.2；

29、持续时间权值如公式（6）中，其中，为实际响应时间，为约定响应时间，当持续时间小于约定持续时间的0.8时，权值为0；当持续时间在约定之间的0.8到1之间时，权值为持续时间与约定时间之比；当响应时间大于约定时间时，值为1.2；

30、公式（7）中，e代表实际响应负荷，et代表t时刻实际响应负荷,积分代表该时间段内实际响应量；

31、响应量权值如公式（7）中，当为实际响应量为约定响应量，当实际响应量小于约定响应量的0.8时，当前权值为0；

32、当响应量大于0.8倍的约定量，小于等于约定量时，权值为实际响应量与约定量之比，当响应量大于约定响应量时，权值为1.2。

33、进一步需要说明的是，合约生成后，通过短信、微信公众号方式进行合约发布，用户进行电子签约,同时为虚拟电厂运行控制系统提供调控任务制定参考依据。

34、进一步需要说明的是，步骤3还包括：通过公式（8）制定调控邀约量，为计划需求量，邀约量不低于需求量的130%；

35、(8)

36、的含义为：第i个用户的计划响应量；

37、 n的含义为计划邀请n个用户。

38、进一步需要说明的是，步骤4中，边端协同系统收到运行管理系统发布的调控计划后，通过用户负荷调控画像、配置历史竞价策略，预估用户在执行计划内可调负荷及调整时长，制定本次竞价策略，并将竞价策略提交至云端运行管理系统。

39、进一步需要说明的是，步骤6中，当到达执行时间，运行管理系统根据计划内容，进行时间维度划分，在每个时间段，动态选择当前时间段需参与调控的边端协同系统；

40、同时实时接收边端系统反馈，若达到调控需求，则等待下一个时间段重复进行资源选择，下发执行；

41、若未达到调控需求，则调用应急资源进行补充，直至当前时间段达到相应需求。

42、进一步需要说明的是，步骤7中通过公式（9）对各设备负荷进行调控；

43、其中，为第p个设备可调负荷，为当前用户调控需量；

44、(9)。

45、本发明还提供一种基于云边协同的负荷侧虚拟电厂优化调控系统，系统包括：用户用能采集模块、数据处理模块、竞价模块以及协调控制模块；

46、用户用能采集模块用于将边端协同系统部署于用户侧，并基于边端协同系统绘制用户用能画像；

47、数据处理模块用于在用户画像生成后，边端协同系统将用户画像通过互联网上送至云端合约管理系统；云端合约管理系统汇聚用户调控能力、响应时间段、响应时长、响应速度，并制定合约；

48、还用于在电网发布调控需求时，运行管理系统根据电网调控需求以及合约管理系统中生效合约，制定调控邀约量，再通过网络层协议将需求发布至各边端协同系统；

49、竞价模块对边端协同系统进行需求竞价，再基于运行管理系统进行竞价出清，并将出清结果下送至边端系统；

50、协调控制模块用于通过运行管理系统执行控制计划，边端协同系统接收运行管理系统发送的执行命令，并根据当前用户各设备运行状态，对在线设备负荷进行拆解，调控顺序按照当前负荷由大到小进行负荷削减，直至大于等于要求调控负荷为止。

51、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

52、本发明提出一种基于云边协同的负荷侧虚拟电厂优化调控方法通过神经网络算法构建边端用户用能画像，分析各用户调控潜力，构建负荷侧整体调控能力曲线，准确评估各时段聚合资源响应能力，同时，使用边端竞价模式，可最大化提高用户参与调控量；使用基于互联网的网络层协议进行远程通信，可避免电力载波信号衰减严重，通信距离受限等问题；通过云边协同技术，分析用户用能特性，生成用户用能画像，以用户用能画像为基础，灵活进行负荷调控，在保证用户舒适度条件下，最大的限度参与负荷调控。本专利引入了云边端协同系统，可将参与用户拓展至普通低负荷用户，同时又避免了由于参与量过大导致系统负荷过载问题。

53、方法还通过用户用能采集模块、数据处理模块、竞价模块以及协调控制模块，实现用户日常用电情况进行采集、用户负荷调控画像绘制、调控潜力分析，主动竞价等功能。可将辅助服务参与用户扩展至任意安装有边端协同系统的用户侧，有效降低辅助服务参与门槛。还可以通过用户侧边端协同系统反馈，灵活进行需求发布，同时使用集合竞价方式指导用户侧参与响应，可有效提高响应达成度。