计及系统可靠性与随机性的需求侧响应曲线设计方法与流程

本发明涉及电力系统，更具体地说，涉及一种计及系统可靠性与随机性的需求侧响应曲线设计方法。

背景技术：

1、保障季节性尖峰负荷和极端天气下的能源供应安全，缓解电力高峰供应压力，一直是社会关注的话题。新能源发电的不确定性、波动性和间歇性以及逆调峰等特性造成电网调度运行难度加大。需求侧响应的应用能削减用电负荷，助力电力保供，促进新能源的消纳。如何运用市场机制充分激发和释放需求侧的灵活调节能力成为亟待研究的问题。

2、为了建立长效的需求侧响应资源激励机制，将需求侧响应从临时性、紧急性的计划性举措逐渐转变为市场化常态化调节手段，合理制定符合经济学规律的需求曲线是需求侧响应激励机制设计的关键问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题在于，提供一种计及系统可靠性与随机性的需求侧响应曲线设计方法，通过系统的可靠性增量和参与需求侧响应容量曲线形成更合理的需求侧市场响应曲线，从而体现需求侧响应的边际负荷对系统维持稳定的价值。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种计及系统可靠性与随机性的需求侧响应曲线设计方法，包括以下步骤：

3、s1、输入系统负荷和机组数据：基于系统的发电机组的无故障工作时间和维修时间，得到发电机组的故障率和修复率，根据系统的历史负荷预测得到系统的负荷序列；

4、s2、运用序贯蒙特卡洛法生成单台机组运行状态序列，重复n次，得到系统的总机组出力序列：假设系统需要产生长度为l的总系统容量，运用序贯蒙特卡洛法生成长度为l的单机状态序列，经过n次独立重复随机实验得到整个系统总容量序列；

5、s3、比较系统总可用容量和负荷之间的供需关系，得到系统可靠性-需求侧响应曲线：以失负荷期望lole作为系统可靠性评价指标，得到运用步骤s2计算的系统发电总量随机取1个点和参与需求侧响应的容量以及系统的预测最大负荷计算系统在负荷峰值时段的不足电量ensk，通过峰值时刻的不足电量计算得到系统一次实验的lolek，重复上述过程k次，对k次实验取平均，得到系统的lole，通过lole与参与需求侧响应的容量得到参与需求侧响应负荷参与容量和系统可靠性的关系，得到系统可靠性-需求侧响应曲线；

6、s4、差分处理，得到系统增量可靠性-需求侧响应曲线，进一步的，得到系统的需求侧响应价格-需求侧响应曲线：根据步骤s3中得到的系统参与需求侧响应容量和系统可靠性的关系，对系统可靠性做差分计算，得到系统的增量可靠性和参与需求侧响应容量大小的关系，根据系统的增量可靠性和需求侧响应价格之间的关系，得到系统需求侧响应补偿价格-需求侧响应曲线。

7、按上述方案，所述步骤s1中，输入系统负荷和机组数据包括以下步骤：

8、s101、基于历史负荷曲线来预测得到系统的负荷序列，根据功率平衡可得如下式子：

9、l＝pe+pg

10、其中，pg表示系统在需求侧响应时的总发电机组功率，l表示系统在需求侧响应时的负荷预测，pe表示系统的负荷参与需求侧响应容量；

11、s102、总发电机组中的每台发电机有可用和不可用两种工作状态，当第i台发电机在可用状态时发电机的可用容量为发电机的装机容量pig，当在不可以状态时发电机的可用容量为0；l和m分别是发电机的故障率和修复率，通过发电机的平均无故障工作时间和平均维修时间mttf、mttr经过如下式子得到：

12、l＝1/mttf

13、m＝1/mttr

14、发电机的无故障工作时间为ttf，维修时间为ttr，两者都满足指数分布：

15、

16、按上述方案，所述步骤s2中，通过以下步骤得到系统的总机组出力序列：

17、s201、假设系统在初始状态下所有发电机均为可用状态，需要产生长度为l的状态序列，按照以下方法生成单台发电机的运行状态序列：

18、s202、重复步骤s201过程n次，基于每台机组的运行状态和装机容量，得到不同时段下系统的总可用容量，所述系统的总发电机功率容量为：

19、

20、其中，ptg为t时段系统的可用容量，n为系统的总机组台数；si，t为第i台机组t时段的运行状态，si，t＝1表示可用状态，si，t＝0表示不可用状态。

21、按上述方案，所述步骤s201中，单台发电机的运行状态序列按照以下步骤生成：

22、s201-1、产生一个在[o，1]区间内均匀分布的随机数u，按照下式产生机组无故障运行时间ttf，后续ttf时间内机组状态为可用状态，在第ttf+1时刻进行步骤s201-2；

23、ttf＝[-mttf ln u]

24、s201-2、产生一个在[o，1]区间内均匀分布的随机数u，按照下式产生机组维修时间ttr，后续ttr时间内机组状态为不可用状态，在第ttr+1时刻进行步骤s201-1；

25、ttr＝[-mttr ln u]

26、s201-3、当产生的单机序列长度大于l时，停止上述步骤，取序列的前l个状态作为单个发电机的运行状态。

27、按上述方案，所述步骤s3中，通过以下步骤得到系统可靠性-需求侧响应曲线：

28、s301、将系统发电总量和参与需求侧响应的容量相加和系统负荷预测相比较，计算一次实验的系统的不足电量ensk：

29、

30、s302、用lolek反应系统是否发生了电力不足事故：当ensk＞0时，lolek为1，表示第k次实验发生了电力不足事故，否则，lolek为0，表示第k次实验未发生电力不足事故。重复上述过程k次，对k次实验取平均，得到系统的lole：

31、

32、s303、根据需求侧响应总量变化时的系统可靠性指标lole，系统的参与需求侧响应容量pe变化范围和变化量根据实际确定，计变换量为c的整数倍。总共计算出n个数据对应的系统可靠性；将通过上述方式得到n个数据以参与需求侧响应容量为横坐标、失负荷期望为纵坐标，用平滑曲线连接后得到系统可靠性-需求侧响应曲线，曲线中每一个数据点对应参与需求侧响应容量及此时系统在负荷峰值时间的失负荷期望。

33、按上述方案，所述步骤s4中，通过以下步骤得到系统需求侧响应补偿价格-需求侧响应曲线：

34、s401、在步骤s3中得到的n个数据进行差分处理，得到n-1个数据点，数据点的横纵坐标如下式，其中ki为第i中系统参与需求侧响应容量变化：

35、

36、s402、由于需求侧响应曲线必须单调递减，上述方式得到的数据点存在一定波动，考虑用多项式函数拟合，最终系统增量可靠性-需求侧响应曲线数据点如下：

37、

38、s403、在上述曲线中找到系统目标可靠性lolet对应的参与需求侧响应容量大小市场的投入需求侧响应补偿标准为ce。

39、首先计算比例系数k：

40、

41、再将步骤s402中得到的系统增量可靠性-需求侧响应曲线的纵坐标乘以比例系数，得到需求侧响应曲线，即

42、

43、此外，考虑市场上限和过度投资的问题，需要将上述曲线加上价格上限和响应上限约束。

44、实施本发明的计及系统可靠性与随机性的需求侧响应曲线设计方法，具有以下有益效果：

45、本发明基于历史负荷曲线来预测得到系统的负荷序列，基于发电机组的无故障工作时间和维修时间，利用蒙特卡洛法模拟单台计算机的运行状态，重复这个过程n次，得到不同时段下系统的总可用容量；通过比较系统的总可用容量和参与需求侧响应的负荷的供需关系，得到一种计及系统可靠性与随机性的需求侧响应曲线。如此，通过设计合理的需求侧响应需求曲线，充分发挥需求侧响应的资源，保障电力系统的稳定运行。