一种考虑需求响应主动配电网多时间尺度调度方法及系统

本发明涉及配电网，具体为一种考虑需求响应主动配电网多时间尺度调度方法及系统。

背景技术：

1、作为智能配电网发展的重要技术路线，主动配电网是能够根据网络实时运行状态，从而对“源荷”两侧资源进行主动控制和管理的配电网络，主动配电网优化调度是维持网络高效运行的重要技术手段，其依托于能量管理系统实施主动管控，通过合理安排各可控单元的调度计划，充分发挥各类可控资源的运行效能，进而实现网络的优化运行。

2、随着可再生能源的发展，在主动配电网中，以光伏为代表的分布式能源得到了广泛的研究和应用。由于分布式光伏的出力具有随机性、波动性等特点，给配电网的稳定运行带来了巨大的挑战。目前，针对配电网优化中的不确定性问题，国内外研究主要集中在随机优化、鲁棒优化和分布鲁棒优化。随着电力市场化改革和智能电网的持续推进，电力终端用户在电网的优化运行中越来越显得重要。需求响应作为配电网与用户之间的互动机制，不仅是主动配电网整合资源的关键，也通过激励用户优化电力使用方式，积极参与配电网管理。需求响应通过引导用户改善电力消费方式积极参与配电网运行管理中来，在提高配电网的运行性能等方面发挥着重要的作用。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：现有的配电网优化方法存在用电经济性差，安全性低，稳定性差，以及无法实现对不同类型负荷的精准控制的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种考虑需求响应主动配电网多时间尺度调度方法，包括获取需求侧资源；考虑光伏不确定性和分类后的需求响应，以配电网运行成本最小为优化目标，构建主动配电网的多时间尺度优化调度模型；通过多场景分析法获取典型场景及概率分布，构建两阶段分布鲁棒优化模型，在日内阶段，根据日前阶段的优化结果构建滚动优化模型；通过ccg算法求解优化模型根据调度模型的优化结果进行配电网优化调度。

4、作为本发明所述的考虑需求响应主动配电网多时间尺度调度方法的一种优选方案，其中：所述获取需求侧资源包括获取价格型需求响应和激励型需求响应；

5、所述价格型需求响应表示使用弹性矩阵描述电价变化引起用电需求的响应变化；

6、所述激励型需求响应表示按负荷参与需求响应的时间将需求侧负荷进行分类；

7、对于价格型需求响应，采用峰谷平三时段分时电价，使用需求价格弹性描述电价变化引起的用电需求的响应变化；

8、根据价格型需求响应所对应的不同时间尺度，在日前阶段使用分时电价，在日内阶段使用尖峰电价；

9、电能的需求价格弹性系数表示为：

10、

11、δe＝ei-e0

12、δc＝ci-c0

13、其中，ρij表示价格需求弹性系数，δe表示用电量的相对变化值，δc表示电价的相对变化值，e0和ei表示实施需求响应前后的用电量，c0和ci表示实施需求响应前后的电价；

14、每天的11:00-19:00时段为高峰段，1:00-8:00、23:00-24:00时段为低谷段，9:00-10：00、20:00-22:00时段为平段；

15、从三段制电价对需求响应进行分析，需求价格弹性矩阵表示为：

16、

17、其中，ρaa、ρbb、ρcc表示为自弹性系数，ρab、ρac、ρba、ρbc、ρca、ρcb表示交叉弹性系数，下标a、b、c分别表示峰时段、平时段、谷时段；

18、对于激励型需求响应，按负荷参与需求响应的响应时间将需求侧负荷进行分类；

19、所述需求侧可调资源为工业生产线和设备、电动车充电桩和家用电器，由于不同的激励型需求响应在响应时间上存在差异，所以根据提前通知长短将激励型需求响应分为三类，为日前型、日内a型和日内b型；

20、其中，日前型针对工业生产线和设备，日内a型针对电动车充电桩，日内b型家用电器。

21、作为本发明所述的考虑需求响应主动配电网多时间尺度调度方法的一种优选方案，其中：所述构建主动配电网的多时间尺度优化调度模型包括日前调度计划提前24h制定，时间尺度为1h；

22、在价格型需求响应参与配电网调度后，目标函数中侧重于激励型需求响应的补偿成本；

23、综合考虑以主动配电网的运行成本最小为优化目标，日前阶段的第一目标函数表示为：

24、

25、其中，t表示调度时段总数，cm表示主网购电成本，closs表示网络损耗成本，cpv表示弃光费用，cess表示储能运行成本，cdr1表示日前需求响应调用量成本，支路ij表示潮流正方向为节点i到节点j，cbuy表示单位购电成本，表示t时刻主动配电网与上级电网的交互功率，closs表示网损价格，e表示网络中所有支路集合，rij表示支路ij上的阻值，表示t时段支路ij上的电流，cq表示弃光的惩罚价格，为光伏节点j在t时段的预测输出功率，为光伏节点j在t时段的实际接入电网的有功功率，cess为第i个储能的单位容量运维成本，表示t时刻储能i的充放电功率，cidr1表示日前型激励型响应单位电量的补偿价格，和分别表示t时刻日前激励型用户的初始用电功率和实际调度功率；

26、以节点电压偏移最小为目标，日前阶段的第二目标函数表示为：

27、

28、其中，cv表示电压偏差的惩罚价格，vi,t表示t时段节点i的电压。

29、作为本发明所述的考虑需求响应主动配电网多时间尺度调度方法的一种优选方案，其中：所述根据日前阶段的优化结果构建滚动优化模型包括日内调度计划每15min滚动一次，每次滚动优化后4h的调度计划；

30、日内滚动优化的目标函数为配电网运行成本最小，相较于日前调度模型，滚动模型中改变的有激励型需求响应类负荷的调用量成本，cm、cq、closs和cess同日前模型一样；

31、日内阶段的目标函数表示为：

32、

33、其中，cdr2和cdr3表示日内a型和b型需求响应调用量成本，cidr3和cidr3分表示日内a型和b型激励型响应单位电量的补偿价格，和表示t时刻日内a型激励型用户的初始用电功率和实际调度功率，和表示t时刻日内b型激励型用户的初始用电功率和实际调度功率；

34、以节点电压偏移最小为目标，考虑到用户的用电体验，优先考虑接入负荷节点的电压偏差，使用电压绝对偏差率的加权平均值作为电压偏差的表达式，日内阶段的第二目标函数表示为：

35、

36、其中，表示为负荷权重因子，表示为节点i在t时刻的负荷预测值；

37、在需求响应资源约束方面，价格型需求响应采用峰谷平三时段分时电价，并用弹性矩阵描述电价变化率对负荷响应率的影响，响应量不超过负荷的10％；

38、激励型需求响应负荷调用量受响应容量与响应速度限制。

39、作为本发明所述的考虑需求响应主动配电网多时间尺度调度方法的一种优选方案，其中：所述构建两阶段分布鲁棒优化模型包括在日前阶段，基于已知的光伏预测数据和预测误差的概率分布函数，采用拉丁超立方采样随机生成1000个光伏出力场景，并采用改进的k-means聚类算法对光伏场景集进行聚类削减，提取其中的典型场景进行分析；

40、采用数据驱动的分布鲁棒方法来分析不确定性，从样本数据获得的概率分布表示为p0，被看做初始概率分布，利用范数距离构造以初始概率分布为中心的概率分布不确定集，旨在概率分布不确定集内寻找最恶劣情况下的最优解；

41、给定实际概率分布与p0存在偏差，通过施加基于1-范数和∞-范数的约束来构造置信集合来限制概率分布的波动变化，从而获得分布鲁棒无功优化模型；

42、由于模型采用两阶段优化框架求解主动配电网中离散变量与连续变量，根据设备的调节灵活性，将离散相关变量设计为第一阶段变量，剩余变量为第二阶段变量，并假设根据实际的光伏出力来进行调节，基于场景法的两阶段分布鲁棒优化模型表示为：

43、

44、s.t.az≥b,z∈{0,1

45、

46、其中，z表示离散型决策变量，包括电容器组数、ess充放电标识，ys表示连续型决策变量，包括光伏、ess有功无功出力和svc无功出力，ns表示概率分布的离散的场景总数，s表示具体场景编号，ps表示在s场景下的相关概率，us表示s场景下光伏及负荷有功，c，q，q，c，d，d，g，g和e则表示变量相应的矩阵或向量形式。

47、作为本发明所述的考虑需求响应主动配电网多时间尺度调度方法的一种优选方案，其中：所述构建两阶段分布鲁棒优化模型包括由于概率分布的置信集合受到1-范数和∞-范数的约束，避免极端情况的影响，确保调度方案的合理性和经济性，概率分布表示为：

48、

49、其中，ps表示在s场景下的相关概率，s表示场景；

50、p满足的置信度表示为：

51、

52、其中，ns表示概率分布的离散的场景总数；

53、令不等式右边的置信度分别为α1和α∞，输出表示为：

54、

55、其中，θ表示置信度。

56、作为本发明所述的考虑需求响应主动配电网多时间尺度调度方法的一种优选方案，其中：所述通过ccg算法求解优化模型根据调度模型的优化结果进行配电网优化调度包括由于模型为两阶段三层鲁棒优化问题，用列与约束生成算法进行求解，使用ccg算法将模型分解成主问题和子问题进行反复迭代求解，直到主问题与子问题的优化值差距小于容许的收敛精度ε后，停止迭代；

57、ccg算法求解日前阶段的分布鲁棒优化模型包括：

58、设置下界值lb＝0，上界值ub＝+∞，迭代次数m＝1，应用初始概率分布；

59、输出主问题mp，输出最优解(x*,z*)，并更新下界值lb；

60、在已求得的x*的基础上求解子问题sp，输出最恶劣概率分布和最优解，并更新上界值ub；

61、若ub-lb≤ε，则停止迭代，输出最优解，否则设置m＝m+1，返回求解主问题mp，得到最优解(x*,z*)，并更新下界值lb，继续迭代。

62、本发明的另外一个目的是提供一种考虑需求响应主动配电网多时间尺度调度系统，其能通过构建主动配电网的多时间尺度优化调度模型，解决了目前的电网优化技术含有经济性和可靠性差的问题。

63、作为本发明所述的考虑需求响应主动配电网多时间尺度调度系统的一种优选方案，其中：包括数据获取模块，数据分析模块，模型构建模块，策略制定模块；所述数据获取模块用于获取主动配电网网络拓扑、参数、分时电价、光伏出力和负荷数据；所述数据分析模块用于分析主动配电网需求侧资源；所述模型构建模块用于构建主动配电网使用多时间尺度优化策略；所述策略制定模块用于通过ccg算法求解分布鲁棒优化模型。

64、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，所述处理器执行所述计算机程序是实现考虑需求响应主动配电网多时间尺度调度方法的步骤。

65、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现考虑需求响应主动配电网多时间尺度调度方法的步骤。

66、本发明的有益效果：本发明提供的考虑需求响应主动配电网多时间尺度调度方法综合考虑了主动配电网中分布式光伏的随机性和需求侧资源，实现对不同类型负荷的精准控制，考虑光伏不确定性和分类后的需求响应，以配电网运行成本最小为优化目标，构建主动配电网的多时间尺度优化调度模型，提升电网的经济性和可靠性，通过ccg算法求解优化模型，根据调度模型的优化结果进行配电网优化调度，提高配电网的运行效率和稳定性，价格型需求响应采用峰谷平三时段分时电价，使用需求价格弹性描述电价变化引起的用电需求的响应变化，更好地引导用户行为，减少高峰负荷，平衡电力供需，降低电网运营成本，提高整体运行效率，激励型需求响应按负荷参与需求响应的响应时间进行分类，优化电网的运行成本和可靠性，构建日前调度计划和日内滚动优化模型，提高调度的准确性和电网的可靠性，减少不必要的电力浪费，优化资源配置，基于已知光伏预测数据和预测误差的概率分布，采用数据驱动的方法构建分布鲁棒优化模型，提升整体经济性和稳定性，本发明在经济型、稳定性以及安全性方面都取得更加良好的效果。