智能電網(wǎng)中公司和用戶的實(shí)時(shí)優(yōu)化模型和需求響應(yīng)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)針對(duì)一個(gè)電力公司多個(gè)用戶的情況，提供了電力公司的產(chǎn)電量?jī)?yōu)化模型、電力公司的定價(jià)模型、用戶的用電量?jī)?yōu)化模型、以及智能電網(wǎng)的需求響應(yīng)方法，解決了智能電網(wǎng)中未來(lái)信息未知的情況下在線實(shí)時(shí)需求響應(yīng)管理的問(wèn)題。本發(fā)明專利技術(shù)的啟發(fā)式算法，能夠得到電力公司各個(gè)時(shí)刻的優(yōu)化產(chǎn)電量和定價(jià)以及用戶各個(gè)時(shí)刻的優(yōu)化用電需求量，在保持電力系統(tǒng)供需平衡的同時(shí)使產(chǎn)電平滑化，在保證電力公司利益的同時(shí)使用戶的用電代價(jià)最小。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
智能電網(wǎng)中公司和用戶的實(shí)時(shí)優(yōu)化模型和需求響應(yīng)方法
本專利技術(shù)涉及智能電網(wǎng)中的需求響應(yīng)管理領(lǐng)域，特別是涉及智能電網(wǎng)中公司和用戶的實(shí)時(shí)優(yōu)化模型和需求響應(yīng)方法。
技術(shù)介紹
需求響應(yīng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，它通過(guò)智能電表的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和供電公司與用戶間的相互交流，達(dá)到調(diào)整用戶用電負(fù)載和供電公司產(chǎn)電量的效果。其定義為：電網(wǎng)系統(tǒng)中的用電用戶接收到公司的電力價(jià)格信息或者直接激勵(lì)后對(duì)其響應(yīng)，調(diào)整原有的用電方式，減少峰時(shí)用電量或整體用電量，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定性。需求響應(yīng)對(duì)智能電網(wǎng)減少峰時(shí)負(fù)載、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、平衡電力供需、提高能源利用效率都起著重要的作用。用戶需求響應(yīng)離不開智能電網(wǎng)的建立與發(fā)展。智能電網(wǎng)的高速雙向交流網(wǎng)絡(luò)能夠讓用戶和電力公司進(jìn)行即時(shí)交流，從而得以實(shí)現(xiàn)電力公司實(shí)時(shí)定價(jià)的策略，用戶可根據(jù)實(shí)時(shí)電價(jià)決定用電策略避開用電高峰，降低用電成本。由于智能電表和高級(jí)量測(cè)體系的建立以及智能家居的發(fā)展使得用戶的用電策略和電力公司的定價(jià)策略的實(shí)施過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化進(jìn)行。用戶的一些靈活用電需求可以通過(guò)提前決定的策略和計(jì)算方法自動(dòng)從用電高峰期轉(zhuǎn)移至非用電高峰期，方便用戶的同時(shí)優(yōu)化了電網(wǎng)的穩(wěn)定性。而電力公司可以根據(jù)所有用戶的用電負(fù)載和電網(wǎng)情況自動(dòng)調(diào)整自身供電量和實(shí)時(shí)電價(jià)，從而引導(dǎo)用戶調(diào)整用電負(fù)載，減輕系統(tǒng)的壓力。另外，新能源如風(fēng)能、太陽(yáng)能由于受環(huán)境因素影響，并且儲(chǔ)電設(shè)施容量有限，所以在傳統(tǒng)電網(wǎng)中新能源在各個(gè)時(shí)刻的供電量非常不穩(wěn)定，但在智能電網(wǎng)中同樣電力公司可以通過(guò)調(diào)整定價(jià)策略，在新能源供電量較低的時(shí)候提高電價(jià)引導(dǎo)用戶減少用電需求，在新能源供電量較高的時(shí)候降低電價(jià)引導(dǎo)用戶增加用電需求。另外，智能電網(wǎng)可以接入用戶的蓄電池、電動(dòng)汽車、微電網(wǎng)等能夠自由充放電的設(shè)備，這樣用戶的可調(diào)整用電需求量空間進(jìn)一步增大。在電力價(jià)格低的時(shí)候用戶可以給蓄電池和電動(dòng)汽車充電，在電力價(jià)格高的時(shí)候少用電力公司的電力，而利用蓄電池和電動(dòng)汽車放電來(lái)滿足用電需求，電力公司甚至可以在自身產(chǎn)電不足的情況下通過(guò)購(gòu)入用戶的儲(chǔ)電量來(lái)平衡電網(wǎng)需求。但如果電力公司定價(jià)不合適，會(huì)造成另一個(gè)用電高峰的出現(xiàn)。因此，如何設(shè)計(jì)電力公司的實(shí)時(shí)定價(jià)策略以及在線優(yōu)化用戶的用電量是國(guó)際研究的熱點(diǎn)，也是本專利技術(shù)要解決的技術(shù)難點(diǎn)。時(shí)至今日，已經(jīng)有很多需求響應(yīng)策略被提出并有部分已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際中?；谑袌?chǎng)的需求響應(yīng)管理在電力市場(chǎng)改革不斷完善的國(guó)家(如美國(guó)、英國(guó)、北歐、澳大利亞等)中越來(lái)越受重視。但我國(guó)的需求響應(yīng)管理存在明顯問(wèn)題：相關(guān)電價(jià)制定不合理、定價(jià)方法和策略研究相對(duì)較少。電價(jià)提高幅度與實(shí)施時(shí)段的確定往往缺乏堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，隨意性較大；而且需求響應(yīng)項(xiàng)目非常依賴于配套基礎(chǔ)設(shè)備、測(cè)量設(shè)備以及通訊設(shè)備的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。假設(shè)在基礎(chǔ)設(shè)備完善的情況下，我們需要設(shè)計(jì)合理的定價(jià)策略引導(dǎo)用戶調(diào)整用電，當(dāng)有足夠的利益驅(qū)使時(shí)，用戶會(huì)通過(guò)合理調(diào)整用電計(jì)劃使得自身獲得的收益最大。目前已有的關(guān)于需求響應(yīng)管理的研究文獻(xiàn)主要是從不同的研究對(duì)象出發(fā)，研究公司最優(yōu)定價(jià)和產(chǎn)電策略，以及用戶對(duì)應(yīng)電價(jià)變化的用電策略，是用戶和公司互相耦合、共同作用演化的過(guò)程。本專利技術(shù)也會(huì)以此為出發(fā)點(diǎn)，在前人的研究基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新。以往實(shí)時(shí)定價(jià)的研究關(guān)注的目標(biāo)大多是最大化電力公司的利益，而很少考慮電力公司產(chǎn)電和負(fù)載的平滑化。但實(shí)際上，平滑公司產(chǎn)電和負(fù)載也應(yīng)該是電力系統(tǒng)中一個(gè)重要指標(biāo)，它能夠減少用戶由于產(chǎn)電量波動(dòng)太大而造成的額外成本，而且減少峰時(shí)負(fù)載還能夠提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。如今，有學(xué)者提出了一種保持電力系統(tǒng)供需平衡且使負(fù)載平滑化的策略，但該研究通過(guò)前一段時(shí)間確定接下來(lái)一整段時(shí)間的電力價(jià)格以及用電需求。這一策略需要的信息量比較多，且用戶不能改變整個(gè)時(shí)段內(nèi)任何時(shí)刻的用電需求量，這使得電力系統(tǒng)難以應(yīng)對(duì)緊急情況，適應(yīng)性和魯棒性受到影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本專利技術(shù)的目的在于提供智能電網(wǎng)中公司和用戶的實(shí)時(shí)優(yōu)化模型和需求響應(yīng)方法，目標(biāo)是在未來(lái)信息未知的前提下實(shí)時(shí)確定當(dāng)前時(shí)刻的用電需求量和電力供電量，在平衡負(fù)載的同時(shí)盡量滿足用戶整個(gè)時(shí)段的總計(jì)劃用電需求量，最終得到公司的優(yōu)化產(chǎn)電定價(jià)策略以及用戶的優(yōu)化用電策略。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本專利技術(shù)提供一種電力公司的產(chǎn)電量?jī)?yōu)化模型，所述優(yōu)化模型為：其中，lh是電力公司在一個(gè)時(shí)刻h的產(chǎn)電量，UUc是電力公司的效用函數(shù)，是整個(gè)時(shí)段H的平均產(chǎn)電量、Xh是h時(shí)刻所有用戶的用電需求量、是電力公司的產(chǎn)電量上限、是所有用戶在h時(shí)刻的用電最大需求量總和。于本專利技術(shù)一實(shí)施例中，所述l的計(jì)算公式為：其中，lh'表示的是當(dāng)前時(shí)段h'時(shí)刻的產(chǎn)電量，lpast,h'表示的是過(guò)去時(shí)段h'時(shí)刻的產(chǎn)電量。于本專利技術(shù)一實(shí)施例中，所述時(shí)段H包括多個(gè)時(shí)刻h，用戶的用電需求量在每個(gè)時(shí)刻h變化且在一個(gè)時(shí)刻內(nèi)保持不變。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本專利技術(shù)提供一種電力公司的定價(jià)模型，所述定價(jià)模型ph(lh)為：ph(lh)＝λhC'h(lh)＝λh(ahlh+bh),λh≥1其中，lh是電力公司在一個(gè)時(shí)刻h的產(chǎn)電量，C'h(lh)為邊際成本，是成本函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)，ah,bh,ch分別是常系數(shù)，λh是時(shí)變效益系數(shù)。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本專利技術(shù)提供一種用戶的用電量?jī)?yōu)化模型，所述優(yōu)化模型為：其中，xn,h是h時(shí)刻用戶n的用電需求量，是用戶n在時(shí)刻h消耗xn,h電力獲得的效用，ph是電價(jià)，Un(xn,h)為用戶總的效用函數(shù)，xminn,h是用戶n在時(shí)刻h的用電需求量下限，xmaxn,h是用戶n在時(shí)刻h的用電需求量上限。于本專利技術(shù)一實(shí)施例中，所述的計(jì)算公式為：其中，ωn,h是表示用戶偏好的常數(shù)，θn對(duì)每個(gè)用戶是確定的常數(shù)。于本專利技術(shù)一實(shí)施例中，所述電價(jià)ph在每個(gè)時(shí)刻h變化且在一個(gè)時(shí)刻h內(nèi)保持不變。為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本專利技術(shù)提供一種智能電網(wǎng)的實(shí)時(shí)需求響應(yīng)方法，包括：建立期望電力價(jià)格閾值模型并計(jì)算得到期望電力價(jià)格閾值，其中，pthn,h是用戶n在時(shí)刻h的期望電力價(jià)格閾值，pave是過(guò)去一個(gè)時(shí)段H所有時(shí)刻的電力價(jià)格的平均值，α為大于0的常系數(shù)，用于表示已用電量對(duì)期望電力價(jià)格閾值的影響程度，xusedn,h為當(dāng)前時(shí)段內(nèi)已過(guò)去時(shí)刻用戶n使用的總電量，xtotaln,h為用戶計(jì)劃的當(dāng)前時(shí)段的總用電量；根據(jù)前述的用戶的用電量?jī)?yōu)化模型，結(jié)合電力公司給出的當(dāng)前時(shí)刻的電價(jià)計(jì)算最優(yōu)用電需求量。于本專利技術(shù)一實(shí)施例中，利用所述期望電力價(jià)格閾值模型，并結(jié)合電力公司給出的當(dāng)前時(shí)刻的電價(jià)計(jì)算最優(yōu)用電需求量，包括以下方式中的任一種：方式1)直接比較電力公司價(jià)格和期望電力價(jià)格閾值；方式2)把期望電力價(jià)格閾值的影響整合到用戶的效用函數(shù)中。于本專利技術(shù)一實(shí)施例中，對(duì)于所述方式1)用戶n在時(shí)刻h用電需求量為：于本專利技術(shù)一實(shí)施例中，對(duì)于所述方式2)，把期望電力價(jià)格閾值的影響P(xn,h,pthn,h)加入到用戶的效用函數(shù)中，得到更新后的效用函數(shù)為：其中，xn,h是h時(shí)刻用戶n的用電需求量，是用戶n在時(shí)刻h消耗xn,h電力獲得的效用，ph是電價(jià)。于本專利技術(shù)一實(shí)施例中，所述P(xn,h,pthn,h)的實(shí)現(xiàn)方式如下：其中，xminn,h是用戶n在時(shí)刻h的用電需求量下限，xmaxn,h是用戶n在時(shí)刻h的用電需求量上限，μn,h是調(diào)節(jié)參數(shù)。于本專利技術(shù)一實(shí)施例中，所述方法還包括迭代執(zhí)行以下步驟：在計(jì)算出最優(yōu)用電需求量后告知電力公司本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種電力公司的產(chǎn)電量?jī)?yōu)化模型，其特征在于，所述優(yōu)化模型為：

【技術(shù)特征摘要】
1.一種電力公司的產(chǎn)電量?jī)?yōu)化模型，其特征在于，所述優(yōu)化模型為：其中，lh是電力公司在一個(gè)時(shí)刻h的產(chǎn)電量，UUc是電力公司的效用函數(shù)，是整個(gè)時(shí)段H的平均產(chǎn)電量、Xh是h時(shí)刻所有用戶的用電需求量、是電力公司的產(chǎn)電量上限、是所有用戶在h時(shí)刻的用電最大需求量總和。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力公司的產(chǎn)電量?jī)?yōu)化模型，其特征在于，所述的計(jì)算公式為：其中，lh'表示的是當(dāng)前時(shí)段h'時(shí)刻的產(chǎn)電量，lpast,h'表示的是過(guò)去時(shí)段h'時(shí)刻的產(chǎn)電量。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力公司的產(chǎn)電量?jī)?yōu)化模型，其特征在于，所述時(shí)段H包括多個(gè)時(shí)刻h，用戶的用電需求量在每個(gè)時(shí)刻h變化且在一個(gè)時(shí)刻內(nèi)保持不變。4.一種電力公司的定價(jià)模型，其特征在于，所述定價(jià)模型ph(lh)為：ph(lh)＝λhC'h(lh)＝λh(ahlh+bh),λh≥1其中，lh是電力公司在一個(gè)時(shí)刻h的產(chǎn)電量，C'h(lh)為邊際成本，是成本函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)，ah,bh,ch分別是常系數(shù)，λh是時(shí)變效益系數(shù)。5.一種用戶的用電量?jī)?yōu)化模型，其特征在于，所述優(yōu)化模型為：其中，xn,h是h時(shí)刻用戶n的用電需求量，是用戶n在時(shí)刻h消耗xn,h電力獲得的效用，ph是電價(jià)，Un(xn,h)為用戶總的效用函數(shù)，xminn,h是用戶n在時(shí)刻h的用電需求量下限，xmaxn,h是用戶n在時(shí)刻h的用電需求量上限。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用戶的用電量?jī)?yōu)化模型，其特征在于，所述的計(jì)算公式為：其中，ωn,h是表示用戶偏好的常數(shù)，θn對(duì)每個(gè)用戶是確定的常數(shù)。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用戶的用電量?jī)?yōu)化模型，其特征在于，所述電價(jià)ph在每個(gè)時(shí)刻h變化且在一個(gè)時(shí)刻內(nèi)保持不變。8.一種智能電網(wǎng)的實(shí)時(shí)需求響應(yīng)方法，其特征在于，包括：建立期望電力價(jià)格閾值模型并計(jì)算得到期望電力價(jià)格閾值，其中，pthn,h是用戶n在時(shí)刻h的期望電力價(jià)格閾值，pave是過(guò)去一個(gè)時(shí)段H所有時(shí)刻的電力價(jià)格的平均值，α為大于0的常系數(shù)，用于表示已用電量對(duì)期望電力...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王琳，楊子健，周坤宇，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：上海,31