一种基于需求侧响应的能源系统优化调度方法

本公开属于能源系统运行与调度自动化，具体涉及一种基于需求侧响应的能源系统优化调度方法。

背景技术：

1、随着分布式能源管理技术的发展，用户逐渐拥有了通过智能电网参与市场活动的能力，即需求侧响应。用能需求侧响应是我国实现碳达峰、碳中和最重要的手段之一，有着巨大的提升能源利用效率的潜力。有别于传统的单向信息和能量流，智能传感器、仪表、通信、控制与决策新方法等技术使双向信息和能量流成为可能。需求侧响应正是基于双向的信息、能量流让能源消费者、生产者、管理者能够进行“交互”，这种“能源交互”方法可以基于经济或市场的结构，同时应用于管理能源系统中的发电、消费与传输环节。

2、在能源系统需求侧响应中，其中一大挑战就是用能峰值管理。近年来，我国投入了大量的资源建设能源系统，然而在用能高峰期，依然存在严重的缺电现象。峰值管理对任何能源系统都至关重要。首先，为满足峰值负荷，需要投入大量建设资源和运行成本；其次，负荷处于峰值的时段，系统内可调用资源最少，也是系统运行最脆弱的时段。

3、目前，需求侧响应存在两大挑战，其一，规模化推广存在优化问题计算量大的问题；其二，为找到最优用能方式，系统往往需要收集用户的详细用能信息。第一个挑战来自于需求侧响应的优化问题本身，需求侧响应通常建模为一个混合整数优化问题，随着规模的增大，计算量成指数增长。第二个挑战涉及到用户隐私泄露，第三方通过对用能数据的推演与分析，可得到居民的日常活动或生活习惯。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足，本公开的目的在于提供一种基于需求侧响应的能源系统优化调度方法，该方法基于原始的混合整数线性规划模型、利用对偶投影次梯度法完成模型的快速求解，实现了需求侧响应能源效益最大化配置，降低了需求侧用能峰值，实现了需求侧用能最优模式配置，从而能够解决我国用能高峰时期因峰值过高导致的缺电现象。

2、为实现上述目的，本公开提供以下技术方案：

3、一种基于需求侧响应的能源系统优化调度方法，包括以下步骤：

4、s100：获取需求侧用户的用能行为信息，基于用能行为信息生成需求侧用户的用能行为竞标；

5、s200：构建基于代理的需求侧模型，以收集和管理需求侧用户的用能行为竞标；

6、s300：根据步骤s200所构建的基于代理的需求侧模型，构建需求侧能耗峰值管理优化调度模型p1；

7、s400：求解需求侧能耗峰值管理优化调度模型p1，以对需求侧用户的用能行为竞标进行选择。

8、优选的，步骤s100中，所述用能行为竞标包括用能时间、用能功耗和用能效益。

9、优选的，步骤s300中，构建需求侧能耗峰值管理优化调度模型p1包括如下步骤：

10、s301：确定模型目标函数；

11、s302：引入需求侧峰值功耗约束条件；

12、s303：引入竞标选取约束条件；

13、s304：引入竞标整数约束条件；

14、s305：基于目标函数、需求侧峰值功耗约束条件、竞标选取约束条件和竞标整数约束条件构建需求侧能耗峰值管理优化调度模型p1。

15、优选的，所述需求侧能耗峰值管理优化调度模型p1表示为：

16、

17、

18、

19、xij∈{0,1},i∈l,j∈ji

20、其中，min为最小化目标函数，i为活动索引，l为需求侧用能活动集合，j为活动竞标索引，ji为活动i对应的竞标集合，xij为表示活动i竞标j是否被选择的决策变量，x为xij的全体取值集合，uij为活动选择执行竞标j所带来的经济效益，φ为需求侧峰值能耗，c为目标函数中考虑需求侧能耗峰值的权重，通过改变c来综合需求侧用能总效益与需求侧峰值能耗的多重目标。

21、优选的，步骤s400中，基于对偶投影次梯度法求解需求侧能耗峰值管理优化调度模型p1。

22、优选的，步骤s400中，所述求解需求侧能耗峰值管理优化调度模型p1包括如下步骤：

23、s401：松弛整数约束条件，以将混合整数线性规划问题转化为线性规划问题；

24、s402：引入拉格朗日函数，以将线性规划问题转化为子问题和对偶问题；

25、s403：改写对偶问题；

26、s404：子问题最小化，以获取需求侧总能耗信息；

27、s405：投影计算。

28、优选的，所述方法还包括如下步骤：

29、s500：搭建硬件原型，仿真对偶投影次梯度法的硬件执行过程。

30、优选的，所述硬件模型的搭建过程包括以下步骤：

31、s501：硬件资源选型；

32、s502：需求侧模型计算实现；

33、s503：通信规则设计。

34、本公开还提供一种基于需求侧响应的能源系统优化调度装置，包括：

35、获取模块，获取需求侧用户的用能行为信息，并基于用能行为信息生成需求侧用户的用能行为竞标；

36、第一构建模块，用于构建基于代理的需求侧模型，以收集和管理需求侧用户的用能行为竞标；

37、第二构建模块，用于基于代理的需求侧模型构建需求侧能耗峰值管理优化调度模型p1；

38、选择模块，用于求解需求侧能耗峰值管理优化调度模型p1，以对需求侧用户的用能行为竞标进行选择。

39、本公开还提供一种存储介质，包括：

40、存储器，用于存储多条计算机指令；

41、处理器，用于执行计算机指令以实现如前任一所述的方法。

42、与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：

43、1、本公开提供了一种基于代理的需求侧峰值管理模型，并提出了基于需求侧峰值管理优化调度模型，可提升需求侧建筑能源管理水平，缩减需求侧能源使用费用，对于电网规划建设等相关部门具有一定的实用价值。

44、2、本公开提供了一种基于对偶投影次梯度法分布式快速求解算法。该方法的原理基于混合整数线性规划理论中的拉格朗日松弛及次梯度方法。与直接求解需求侧能耗峰值管理优化调度模型的混合整数线性规划问题相比，具有时间计算复杂度的求解速度优势，同时完全自主不依赖于任何商业求解器。该算法可以保证送需求侧用能效益最大化，峰值功耗最小化，也可满足需求侧用户的用能需求。此外，该方法具有分布式的特性，可以通过分布式的计算完成算法求解，保护需求侧用户的用能信息不被泄露。

45、3、本公开提供了一种需求侧峰值管理优化调度求解算法实现的硬件原型。该原型通过一种特有的通信规则设计，同时考虑应用场景中的无线通信需求，为算法最终转化成相应的产品打下了基础。

技术特征：

1.一种基于需求侧响应的能源系统优化调度方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，优选的，步骤s100中，所述用能行为竞标包括用能时间、用能功耗和用能效益。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤s300中，构建需求侧能耗峰值管理优化调度模型p1包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述需求侧能耗峰值管理优化调度模型p1表示为：

5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤s400中，基于对偶投影次梯度法求解需求侧能耗峰值管理优化调度模型p1。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤s400中，所述求解需求侧能耗峰值管理优化调度模型p1包括如下步骤：

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述硬件模型的搭建过程包括以下步骤：

9.一种基于需求侧响应的能源系统优化调度装置，包括：

10.一种存储介质，包括：

技术总结
本公开揭示了一种基于需求侧响应的能源系统优化调度方法，包括如下步骤：S100：获取需求侧用户的用能行为信息，基于用能行为信息生成需求侧用户的用能行为竞标；S200：构建基于代理的需求侧模型，以收集和管理需求侧用户的用能行为竞标；S300：根据步骤S200所构建的基于代理的需求侧模型，构建需求侧能耗峰值管理优化调度模型P1；S400：求解需求侧能耗峰值管理优化调度模型P1，以对需求侧用户的用能行为竞标进行选择。本公开能够实现需求侧响应能源效益最大化配置，降低需求侧用能能耗峰值，从而实现需求侧用能最优模式配置。

技术研发人员：叶洪兴,葛茵茵,董浩源,向前
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11