一种计及响应可靠性和主变负载均衡的需求响应组合优化方法与流程

本发明属于电力系统等，尤其涉及一种计及响应可靠性和主变负载均衡的需求响应组合优化方法。

背景技术：

1、新型电力系统背景下，电力系统的电力电量平衡模式将由传统的“源随荷动”转变为“源网荷储互动”的新模式。用户侧需求响应是不可或缺的调节资源，不仅能降低系统整体高峰负荷、促进新能源消纳，还能提供调频、备用等辅助服务。随着系统调节要求的提升，需求响应已不再局限于示范初期的用电中断、削减、平移等简单响应模式，未来需求响应将具备双向、灵活、快速的响应特点。

2、通过用户需求响应实现有功功率调控存在区别于电源和集中式储能的特点：一是由于响应意愿、设备状态等因素的变化，用户侧的功率响应具有较高的不确定性，导致系统需求的响应容量难以被可靠地满足；二是需求响应资源单体容量小，分散接入不同主变，光伏大发时段产生功率尖峰向下调节需求，需求集中响应期间可能导致主变重过载问题。目前已有一些需求响应资源优化方法从需求响应资源的角度出发，通过惩罚成本或激励成本引导需求响应资源的响应行为，间接提高全网需求容量的执行效果，但这类方法没有将电网是否能以足够的置信水平获得响应容量纳入考量。此外，资源同时响应导致主变重载的问题也常被忽略。因此亟需一种从电网侧需求出发，寻求充足、可靠、经济、安全的需求响应资源组合的方法。

3、优化方法能够求解一组参数，使其在满足一系列有关的限制条件下，令设计指标达到最优值，已被广泛用于系统的调度、配置等问题中。如何更全面考虑电网的需求响应组合问题，将其转换为数学优化模型，高效获得优化求解结果，并直观呈现需求响应资源组合，更好服务于电网调度，都仍需要进一步探索。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供一种计及响应可靠性和主变负载均衡的需求响应组合优化方法，用于提升电网需求响应资源组合方案的可靠性、安全性和经济性。

2、该方案的设计和实现过程包括电网与需求响应资源读取、响应可靠性和主变负载均衡指标建立、需求响应优化模型建立、启发式优化算法求解和可视化展示。

3、首先，电网与需求响应资源读取模块从运行电网中获取现有的系统需求、需求响应资源和接入主变信息。其中，需求响应资源的信息包括需求响应类型、响应功率分布模型和单位容量响应成本。接入主变信息包括主变的额定容量、功率因素和需求响应前负载率。

4、其次，构建响应可靠性和主变负载均衡指标，以评价需求响应组合的可行性。响应可靠性体现为参与响应的资源满足响应容量要求的置信水平，保证需求响应组合能够可靠响应。主变负载均衡指标反应不同需求响应资源同时响应时各主变负载是否较为均衡，避免需求响应过程中的主变过载风险。

5、进而，根据读取的需求响应资源、主变信息构建需求响应优化模型。模型包含最小化全网需求响应资源响应成本的目标函数、参与响应资源的响应可靠性约束、需求响应资源接入主变后的负载均衡约束和代表需求响应资源是否加入的变量逻辑约束。

6、而后，使用一种启发式高效算法求解需求响应优化模型，获得需求响应组合。该算法结合最小化需求响应成本的目标函数，以一定排序依次判断某一需求响应资源纳入响应后的指标变化，并进行需求响应资源的组合调整，经过迭代后输出最终的需求响应组合。

7、最后，可视化模块将优化模型求解结果匹配需求响应数据库转换为直观的需求响应组合，呈现为文字和图示两种模式，支持数据导出，为调度人员清晰展示响应可靠性、主变负载均衡、响应成本多维度综合最优的需求响应调用策略。

8、本发明的计及响应可靠性和主变负载均衡的需求响应组合优化方法，基于需求响应资源和接入主变运行情况，提出响应可靠性、主变负载均衡多维指标，构建需求响应优化模型，利用启发式算法高效解决求解包含大量0-1变量的优化问题，得到需求响应资源组合，为调度人员提供直观清晰的需求响应资源组合策略。该方法在保证需求响应以置信水平要求提供响应容量的同时，避免了分布式资源集中参与响应时主变重过载问题，实现了经济性优化，为电网提供可靠、安全、经济的需求响应组合方案。

9、本发明具体采用以下技术方案：

10、一种计及响应可靠性和主变负载均衡的需求响应组合优化方法

11、通过构建需求响应资源组合优化模型，将资源响应的可靠性和多台主变负载均衡纳入评价，并基于启发式优化算法求解，以得到需求响应资源组合；

12、所述需求响应资源组合优化模型包括：最小化全网需求响应资源响应成本的目标函数、参与响应资源的响应可靠性约束、需求响应资源接入主变后的负载均衡约束和代表需求响应资源是否加入的变量逻辑约束；

13、所述启发式优化算法结合最小化需求响应成本的目标函数，以一定排序依次判断某一需求响应资源纳入响应后，响应可靠性约束和主变负载均衡约束的满足情况，并进行需求响应资源的组合调整，给出待解决组合优化问题的可行解，经过迭代后输出最终的需求响应组合。

14、进一步地，所述需求响应资源组合优化模型具体包括：

15、优化目标：

16、最小化全网需求响应资源的响应成本，目标函数如式(1)所示：

17、

18、其中，上标a表示需求响应资源接入的主变编号，下标i表示需求响应资源序号；c表示需求响应资源的单位容量响应成本参数，x为需求响应资源是否参与响应的表征变量，取值为1表示参与响应，取值为0表示不参与响应；gia(p)为接入a主变的第i个资源的响应功率概率密度函数；

19、约束条件：

20、包括响应可靠性约束、主变负载均衡约束和变量逻辑约束；

21、所述响应可靠性约束是指参与响应的资源能以要求的置信水平满足响应容量需求，如式(2)和式(3)所示；

22、

23、其中，l和u分别表示响应容量需求下限和上限参数，α为置信水平参数，p表示响应功率，f(p)为参与响应的资源响应功率和的概率密度函数，为卷积运算符；假设资源响应行为相互独立，则响应功率和的概率密度函数是各资源响应功率概率密度函数的卷积结果；

24、所述主变负载均衡约束是考虑不同需求响应资源同时响应存在接入主变过载风险问题而设置的约束，要求响应后各接入主变的负载率应尽可能均衡，如式(4)-(6)所示；

25、

26、q-m≤ε (6)

27、其中，q和m是引入的中间变量，sa表示主变a响应前的负载功率，oa表示主变a的额定容量，ε表示负载率允许偏差上限；

28、所述变量逻辑约束由变量属性，表征变量为0-1变量，需满足式(7)；

29、

30、进一步地，由所述需求响应资源组合优化模型的目标函数，考虑基于需求响应资源的单位容量响应价格参数，由小到大排序，作为资源选择的依据，每新选择一个需求响应资源，就判断该资源纳入响应后，响应可靠性约束和主变负载均衡约束的满足情况，并进行需求响应资源的组合调整；需求响应资源是否纳入的判断有以下3个条件；

31、条件1：该资源尚未被纳入响应，如式(8)所示；

32、

33、条件2：新加入需求响应资源后，响应可靠性指标提升，即有式(9)-(11)成立；

34、

35、条件3：新加入该资源后，不同主变负载率不超过允许偏差上限，即有式(12)成立；

36、

37、将可靠性纳入考量后所有需求响应资源的容量应能够覆盖响应容量需求上限，即必然有解满足式(2)和(3)。考虑到了在遍历完所有资源后，由于主变负载均衡约束不满足，导致响应可靠性性能达不到要求的情形，采用松弛掉主变负载均衡约束后再从头搜索需求响应资源组合的方式处理；是否要松弛主变负载均衡约束的情况分别用变量flag＝0和flag＝1表示区分。

38、进一步地，基于启发式优化算法求解所述需求响应资源组合优化模型具体包括以下步骤：

39、需求响应资源排序；根据需求响应资源单位容量响应成本参数cia的大小，由小到大排序，生成n×2的索引矩阵index，其中n表示需求响应资源的总数，第一列标记该资源接入的主变序号a，第二列标记对应该资源接入主变的资源序号i；

40、初始化参数；初始化需求响应资源的纳入标志、搜索行数和主变负载均衡约束松弛标志；

41、需求响应资源搜索；从index矩阵的第一行开始依次搜索需求响应资源，记当前搜索行数为count；

42、判断主变负载均衡约束松弛标志；当不松弛主变负载均衡约束，即flag＝0时，纳入需求响应资源需要满足条件1和条件2；当松弛主变负载均衡约束，即flag＝1时，纳入需求响应资源需要满足条件1、条件2和条件3；

43、判断当前需求响应资源是否纳入；若判断纳入当前需求响应资源，将其纳入标志xia标记为1，并移入下一行进行检索；若不满足条件，直接移入下一行检索；

44、判断是否需要松弛主变负载均衡约束；遍历所有需求响应资源后判断现需求响应组合的响应可靠性是否达标；若未达标，松弛主变负载均衡约束重新对需求响应资源进行搜索和判断；若达标，则输出需求响应资源组合结果。

45、进一步地，所述需求响应资源组合优化模型通过电网与需求响应资源读取模块从运行电网中获取需求响应资源和接入主变信息；其中，需求响应资源的信息包括需求响应类型、响应功率分布模型和单位容量响应成本；接入主变信息包括主变的额定容量、功率因素和需求响应前负载率。

46、以及，一种计及响应可靠性和主变负载均衡的需求响应组合优化系统，包括：需求响应资源组合优化模型和计算模块；

47、所述需求响应资源组合优化模型包括：最小化全网需求响应资源响应成本的目标函数、参与响应资源的响应可靠性约束、需求响应资源接入主变后的负载均衡约束和代表需求响应资源是否加入的变量逻辑约束；

48、所述计算模块用于通过启发式优化算法结合最小化需求响应成本的目标函数，以一定排序依次判断某一需求响应资源纳入响应后，响应可靠性约束和主变负载均衡约束的满足情况，并进行需求响应资源的组合调整，给出待解决组合优化问题的可行解，经过迭代后输出最终的需求响应组合。

49、进一步地，还包括电网与需求响应资源读取模块，用于从运行电网中获取需求响应资源和接入主变信息；其中，需求响应资源的信息包括需求响应类型、响应功率分布模型和单位容量响应成本；接入主变信息包括主变的额定容量、功率因素和需求响应前负载率，然后输入需求响应资源组合优化模型。

50、进一步地，还包括可视化模块，用于将计算模块输出的优化模型求解结果匹配需求响应数据库转换为需求响应组合，并进行显示。

51、一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的一种计及响应可靠性和主变负载均衡的需求响应组合优化方法的步骤。

52、一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的一种计及响应可靠性和主变负载均衡的需求响应组合优化方法的步骤。

53、相比于现有技术，本发明及其优选方案在电网需求响应场景下，保证需求响应经济性的情况下提高了需求响应组合的可靠性和安全性，提升了需求响应方案的可行性。