一种基于电力系统负荷侧需求响应的分布式控制方法及系统

本发明属于电力系统调控管理，具体涉及一种基于电力系统负荷侧需求响应的分布式控制方法及系统。

背景技术：

1、随着高比例新能源接入电力系统，电力系统对运行灵活性的要求与日俱增，而灵活性是电力系统可靠性的保障。负荷侧资源(如电动汽车、工业灵活负荷以及温控负荷等)作为电力系统的一部分，因其具有易控制、数目多、分布广的特性，常作为电力系统的灵活性资源。当前，普遍以需求响应的形式利用负荷侧资源的灵活性，从而提升电力系统对新能源的接纳能力以及可靠性。因此，在电力需求响应背景下对负荷侧多种异质资源的协同分布式控制对电力系统的安全、经济运行有着重要意义与价值。

2、在负荷侧资源的调控管理方面，现有研究主要分为两类，一种是利用负荷管理系统进行统一调度控制，一种是利用电力价格间接引导负荷侧资源参与需求响应。针对基于负荷管理系统的统一调度控制方法的相关研究主要从需求预测、不确定性刻画、鲁棒控制等方面入手，仅少部分研究考虑了各所有权不同的负荷间的隐私保护问题；针对利用电力价格间接引导负荷侧资源参与需求侧响应的控制方法，现有研究一般采用多个斯塔克伯格博弈问题联合求解的方式进行最优控制，然而该方法计算量较大，收敛性较差，难以适应实时计算需求。

3、在大规模、多种类负荷侧资源的调控管理方面，现有研究涉及较少。常用到的控制方式为平均场博弈，然而，现有基于平均场博弈的调控管理方法只能针对于单一种类资源进行控制，难以扩展到多种异质负荷侧资源。考虑到多种异质负荷侧资源的建模方法、控制策略尚未统一，因此对多种类型负荷侧资源的协同控制存在一定难度。同时，现有的控制方法的计算负担较重，难以满足实际设备的部署要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于电力系统负荷侧需求响应的分布式控制方法及系统，以克服现有调控方法针对多种类型负荷侧资源的协同控制难度大，计算负担重的问题。

2、一种基于电力系统负荷侧需求响应的分布式控制方法，包括以下步骤：

3、s1，基于所涉及参与需求响应的负荷侧异质资源，依据负荷侧异质资源运行特性，构建通用负荷侧灵活性模型，并确定模型参数；

4、s2，根据运行经验初始化通用负荷侧灵活性模型中参与需求响应的负荷侧异质资源的用电功率平均值、需求响应价格、迭代次数、最大迭代计算次数以及收敛判据；

5、s3，根据初始化后的通用负荷侧灵活性模型，各负荷侧异质资源以自身效益最大化为目标并行化求解自身对需求响应价格信号的最优响应策略，得到最优用电功率；

6、s4，根据各负荷侧异质资源参与需求响应价格信号的最优用电功率，置迭代次数加1，并更新负荷侧异质资源的用电功率平均值以及更新后的需求响应价格；

7、s5，若负荷侧异质资源更新后的用电功率平均值与更新前的用电功率平均值之差的绝对值小于等于设定阈值，则公开各负荷侧异质资源参与需求响应价格信号的最优用电功率对应的需求响应价格以及各负荷侧资源的用电计划；否则返回步骤s3，继续迭代，直至若迭代次数满足迭代上限或者迭代至更新后的用电功率平均值与更新前的用电功率平均值之差的绝对值小于等于设定阈值，输出当前结果。

8、优选的，对多种不同类型的负荷侧灵活性资源进行统一化建模，模型统一写为对负荷用电功率的约束条件组合。

9、优选的，首先确定需求响应价格规则，如式(5)所示：

10、p(t)＝qd(t)+b  (9)

11、式中，q、b为价格参数，为定值；d(t)为t时刻的总用电负荷；

12、总用电负荷可表示为固定负荷与灵活负荷两者之和：

13、

14、式中，d0(t)表示t时刻的总固定负荷量，ui(t)表示t时刻的第i个灵活负荷的用电量；n为灵活负荷总数；z(t)为t时刻的灵活负荷用电量平均值。

15、优选的，在需求响应价格规则确定后，将初始化的需求响应价格p(0)(t)广播至各负荷侧灵活资源处，p(0)(t)可根据初始化的灵活负荷用电功率平均值z(0)(t)计算，计算方式可由(5)-(6)结合得到：

16、p(0)(t)＝q(d0(t)+nz(0)(t))+b  (11)

17、初始化迭代次数k＝1，确定最大允许迭代次数kmax，以及收敛判据δ。

18、优选的，负荷侧异质资源参与需求响应时的目标函数为最小化两项成本的组合，根据统一化的通用负荷侧灵活性资源模型，构建参与需求响应控制的目标函数为：

19、

20、式中，被积式的第一项为用电成本，第二项为改变原用电计划产生的机会成本；其中，γi为机会成本的惩罚系数，yi(t)为原有用电计划。

21、优选的，获取各负荷侧异质资源以自身效益最大化为目标并行化求解自身对需求响应价格信号的最优响应策略，即负荷侧异质灵活性资源上报的用电计划ui(t)后，更新迭代次数k＝k+1，根据下式计算更新后的用电功率平均值z(k)(t)：

22、

23、优选的，根据式(7)以及更新后的用电功率平均值z(k)(t)计算需求响应后的电价：

24、p(k)(t)＝q(d0(t)+nz(k)(t))+b  (14)。

25、一种基于电力系统负荷侧需求响应的分布式控制系统，包括负荷侧资源调控中心和负荷侧资源管理中心；

26、负荷侧资源管理中心基于所涉及参与需求响应的负荷侧异质资源，依据负荷侧异质资源运行特性，构建通用负荷侧灵活性模型，并确定模型参数；

27、负荷侧资源调控中心根据运行经验初始化通用负荷侧灵活性模型中参与需求响应的负荷侧异质资源的用电功率平均值、需求响应价格、迭代次数、最大迭代计算次数以及收敛判据,负荷侧资源调控中心将需求响应价格信号传输至负荷侧资源调控中心所管控的负荷侧资源管理中心；

28、负荷侧资源管理中心根据初始化后的通用负荷侧灵活性模型，各负荷侧异质资源以自身效益最大化为目标并行化求解自身对需求响应价格信号的最优响应策略，得到最优用电功率，并将该结果返回至负荷侧资源调控中心；

29、负荷侧资源调控中心根据各负荷侧异质资源参与需求响应价格信号的最优用电功率，置迭代次数加1，并更新负荷侧异质资源的用电功率平均值以及更新后的需求响应价格；若负荷侧异质资源更新后的用电功率平均值与更新前的用电功率平均值之差的绝对值小于等于设定阈值，则公开各负荷侧异质资源参与需求响应价格信号的最优用电功率对应的需求响应价格以及各负荷侧资源的用电计划；否则继续迭代，直至若迭代次数满足迭代上限或者迭代至更新后的用电功率平均值与更新前的用电功率平均值之差的绝对值小于等于设定阈值，输出当前结果。

30、优选的，对多种不同类型的负荷侧灵活性资源进行统一化建模，模型统一写为对负荷用电功率的约束条件组合。

31、优选的，确定需求响应价格规则，如式(5)所示：

32、p(t)＝qd(t)+b  (15)

33、式中，q、b为价格参数，为定值；d(t)为t时刻的总用电负荷；

34、总用电负荷可表示为固定负荷与灵活负荷两者之和：

35、

36、式中，d0(t)表示t时刻的总固定负荷量，ui(t)表示t时刻的第i个灵活负荷的用电量；n为灵活负荷总数；z(t)为t时刻的灵活负荷用电量平均值。

37、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

38、本发明一种基于电力系统负荷侧需求响应的分布式控制方法，基于所涉及参与需求响应的负荷侧异质资源，依据负荷侧异质资源运行特性，构建通用负荷侧灵活性模型，并确定模型参数，根据运行经验初始化通用负荷侧灵活性模型中参与需求响应的负荷侧异质资源的用电功率平均值、需求响应价格、迭代次数、最大迭代计算次数以及收敛判据；对电力市场环境下的大量负荷侧异质资源协同参与需求响应的场景，考虑了各资源间的隐私保护要求，考虑了隐私保护与多主体协同控制的矛盾性与协同性，提出的分布式控制框架有助于在两者间取得平衡，增强负荷侧的海量异质资源的控制及响应能力。

39、本发明所提分布式调控方法具有均衡点存在且唯一、收敛性有保证等理论优势，确保计算过程可控性高、计算效率高、计算资源使用量少等优点，能进一步降低协同控制的设备成本，且容易部署至终端受控设备。

40、本发明首先将异质负荷侧资源构建统一通用模型，将异质资源的运行参数转化为通用统一模型参数，从而实现异质资源的统一化建模。该统一通用模型可有效提升所提分布式调控方法的收敛性和计算效率，减少控制所需时间，进一步增强协同控制的响应效率。