一种基于柔性住宅负荷的配电网灵活性提升方法及系统与流程

本发明涉及配电网，特别是一种基于柔性住宅负荷的配电网灵活性提升方法及系统。

背景技术：

1、中国的电力供给与需求经常受到自然因素和社会因素的影响，导致电力不平衡的情况。特别是在极端天气下，负荷容易发生重过载，从而导致配电网运行压力过大。在电力市场中，应用市场机制可以引导用户积极响应配电网运行需求，主动调整用电计划和用电负荷，从而改变配电潮流分布。这是解决配电网不平衡和阻塞问题的有效方法。目前，大多数需求响应解决方法通常只考虑与中高压水平(即工业负荷)有关的资源，很少考虑到低压侧用户和消费者。从住宅用户的角度来看，可以通过使用家用电器来修改其运行方式(如减少负荷使用或实现错峰用电)，从而为运行人员提供调度灵活性，负荷聚合器是一个关键参与者，为小型消费者提供了加入需求响应并利用自身灵活性的机会。在调度市场的阻塞管理中，聚合器充当客户、配电运行商(distribution system operator，dso)和市场之间的中介；通过聚合器和柔性负荷签订一系列合约，家庭聚合器(homeaggregator，ha)可以控制和管理电动汽车和空调等柔性家庭负荷。

2、智能电网的目的是让消费者对其能源消耗有更多的控制，在智能电网中，需求管理策略必须处理大量不同类型的受控负荷，此外，负载可能具有持续几个小时的特性，因此，这些策略必须能够处理所有可能的管理各种受控负荷的持续时间。

技术实现思路

1、现有聚合器模型的求解采用了不同的确定性优化方法，如线性优化和动态规划等，旨在为不同聚合器模型满足的目标灵活性和资源有效分配，但大部分方法只适用于单一类型的系统，这些优化方法不能有效处理来自多种电器类型的实际系统，特别是随着大量分布式电源和多样化柔性负荷的接入，非线性特性显著，系统的设备结构将更加的复杂，建立适合求解的线性化模型将更具难度。且随着大量资源的调度，快速求解一个高质量的满意解也是极大挑战，因此考虑其他计算形式和启发式方法是有效处理的关键。

2、鉴于上述现有的基于柔性住宅负荷的配电网灵活性提升及系统中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明所要解决的问题在于如何提供一种基于柔性住宅负荷的配电网灵活性提升方法及系统。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

5、第一方面，本发明实施例提供了一种基于柔性住宅负荷的配电网灵活性提升方法，其包括，设定家用电器负荷聚合器模型假设条件，构建优化模型对聚合器模型进行优化，给出优化解决方案；构建合作协同进化算法减少实时电器变量搜索，得出最优家用电器操作灵活性提升。

6、作为本发明所述基于柔性住宅负荷的配电网灵活性提升方法的一种优选方案，其中：所述家用电器包括可调度电器和实时电器；所述可调度电器由用户自定义；所述实时电器为不能随时关停、只能对用电强度进行调整的电器。

7、作为本发明所述基于柔性住宅负荷的配电网灵活性提升方法的一种优选方案，其中：所述假设条件包括使用具有家庭能源管理系统hems所考虑电器均无损害情况发生；聚合器为dso和brp提供的灵活性单位容量提供补偿以响应灵活性请求；用户自由注册电器加入需求响应中、设置电器运行时间的偏好和电器运行的有限度以获得电网激励补贴；dso和聚合器访问第三方的基准电力负荷预测结果。

8、作为本发明所述基于柔性住宅负荷的配电网灵活性提升方法的一种优选方案，其中：所述优化模型包括将聚合器的适应度函数建模为电网家庭需求响应补贴的支出成本的最小化和与聚合器结果与dso预期灵活性不匹配的惩罚项的累加和，具体计算公式如下：

9、

10、

11、

12、

13、fagg(t)＝pbase(t)-pflex(t)

14、lbi≤xi≤ubi

15、式中，ai,i∈ni表示所有可调度电器，即表示为类型a的集合，bj,j∈nj表示所有实时电器，即表示为类型b的集合；ca(i)是修改可调度电器运行强度所支付的津贴系数，cb(j)是修改实时电器运行强度所支付的津贴系数，均为定值；fmatch为dso和聚合器之间柔性不匹配的惩罚在每个周期t的值；fagg(t)为聚合器提供的灵活性；fdso(t)为预期的需求响应；pbase(t)为基准负荷曲线；pflex(t)为电器重新安排后的负荷曲线；lbi为xi的约束下限，rbi为xi的约束上限。

16、作为本发明所述基于柔性住宅负荷的配电网灵活性提升方法的一种优选方案，其中：所述基准负荷曲线计算公式如下：

17、

18、

19、bbase(j,t)＝pb(j)×rtstart(j,t)

20、所述电器重新安排后的负荷曲线计算公式如下：

21、

22、

23、bflex(j,t)＝pb(j)×rtnew(j,t)

24、式中，abase(i,t)为a型电器的基准负荷，bbase(j,t)为b型电器的基准负荷；aflex(i,t)为a型电器重新安排后的负荷，bflex(j,t)为b型电器重新安排后的负荷。

25、作为本发明所述基于柔性住宅负荷的配电网灵活性提升方法的一种优选方案，其中：所述优化解决方案包括既具有可调度的a型电器的新启动时间和实时b型电器的新用电强度，定义为向量x＝[xshift,xrt]，表示包括新的转移期和使用强度的解决方案；所述新启动时间包括对a型电器，使用如下向量编码信息，该向量显示每个电器的新启动时间：

26、xshift＝[tnew(1),tnew(2),...,tnew(i)]

27、式中，决策变量xshift对应于a型电器的新启动时间，i∈a；所述新用电强度包括考虑b型电器的所有运行期间并进行编码。定义b型电器的新用电强度，编码方法如下：

28、

29、其中，xrt包含决策变量rtnew(j,t)，决策变量对应为时间t中第j个电器的新使用强度。

30、作为本发明所述基于柔性住宅负荷的配电网灵活性提升方法的一种优选方案，其中：所述合作协同进化算法具体包括，根据不同类型的实时电器的运行时间相关性将变量分组为多个子组件，降低优化问题维度；随机生成大小为np的初始种群，评估每个个体x，并记录最佳表现个体的信息，使用向量表示群体优化包含d个变量的个体，其中，np是种群数量，g表示代数编号，在初始化阶段，所有变量在约束下限和约束上限之间随机取值，表示为使用差分进化算法进行全局搜索，对可调度电器计算预定义的最优配置，在每次迭代中，通过重新组合和突变来创建新的子个体解，并通过精英选择策略来保留具有更好适应度水平的解，以供下一代使用；对分组的子组件中每个指标的实时电器进行局部强度搜索，快速搜索邻域子空间；使用精英选择策略评估最优解并更新最优个体的信息，得到实时电器最优化用电强度。

31、第二方面，本发明实施例提供了一种基于柔性住宅负荷的配电网灵活性提升系统，其包括：设定模型，用于设定家用电器负荷聚合器模型假设条件，预设条件进行设计聚合器模型；优化模块，用于对于聚合器模型进行优化计算处理，根据优化内容给出相应的优化解决方案；构建模块，用于构建合作协同进化算法减少实时电器变量搜索，得出实时电器最优化用电强度；输出模块，用于输出最优策略，提升基于柔性住宅负荷的配电网灵活性。

32、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的基于柔性住宅负荷的配电网灵活性提升方法的任一步骤。

33、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于柔性住宅负荷的配电网灵活性提升方法的任一步骤。

34、本发明有益效果为帮助负荷聚合器进行住宅电器管理以提供灵活性，所提出的模型使聚合器能够满足配电网的灵活性要求，同时最小化重新调度家电运行的成本，考虑了两种类型的电器：可调度电器和实时电器，提出合作进化策略算法，根据每个电器特定问题的时间段对实时电器的强相关变量进行分组，不考虑所有决策变量，能有效降低子问题维度，缓解维数诅咒，快速而稳健地提供接近最优解的解决方案；能够显著提高配电网灵活性，同时降低为电器灵活性支付给用户的补偿成本，解决复杂的配电网络问题非常有效。