一种面向调峰辅助服务的可调控资源的互动方法

技术领域

本发明涉及电力系统调峰辅助服务领域，尤其涉及一种面向调峰辅助服务的可调控资源的互动方法。

背景技术

随着我国新能源发电比例的不断升高，电力系统对灵活性要求也随之提高。但新能源出力波动较大，使得电网系统的上下出力变化变得频繁。随着新能源并网规模的增加，原有的调峰辅助服务计划的补偿模式和力度已不能满足电网运行需求，电力系统调节手段不足的问题越来越突出。由于智能电网技术和计量基础设施的进步，用户侧的可调控资源灵活性显著增强，需求响应等方法开始被设计和应用于实现如调峰辅助服务和多能协同等目标。

近年来，能源热电联产的发展和可调控资源的利用集成技术促进了调峰辅助服务的发展，调峰是我国特有的电力辅助服务品种，其本质是通过短时电力调节使发电出力匹配负荷的变化。比如电力需求，如果给予适当的激励措施，消费者对能源的需求具备灵活性和可调整性。因此，一个合理的综合需求响应机制成为鼓励多能源相互作用，实现能源一体化的重要途径。

文献[1]([1]Z.Jiang,Q.Ai and R.Hao,"Integrated Demand ResponseMechanism for Industrial Energy System Based on Multi-Energy Interaction"inIEEE Access,vol.7,pp.66336-66346,2019,doi:10.1109/ACCESS.2019.2917821)聚焦于多能需求响应管理机制，提出基于综合需求响应的工业综合能源系统互动机制。文献[2]([2]S.Fan,G.Xu and Q.Ai,"Multi-agent Cooperative Interaction Mechanism in aCommunity Integrated Energy System Using Nash Bargaining Theory,"2019IEEESustainable Power and Energy Conference(iSPEC),Beijing,China,2019,pp.1273-1278,doi:10.1109/iSPEC48194.2019.8975261.)以社区综合能源系统为研究对象，提出纳什博弈理论的多主体合作机制，通过协商和协同共享经济效益。在利用可调控资源参与调峰服务机制设计方面，文献[3]([3]史沛然,李彦宾,江长明,张哲,张勇,郭磊.第三方独立主体参与华北电力调峰市场规则设计与实践[J/OL].电力系统自动化:1-7[2021-01-05].http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20201124.1723.004.html.)提出含电动汽车、储能等负荷侧可调控资源参与调峰辅助服务的报价、出清、结算等流程机制。文献[4]([4]赵昊天,王彬,潘昭光,孙宏斌,郭庆来.支撑云-群-端协同调度的多能园区虚拟电厂：研发与应用[J/OL].电力系统自动化:1-17[2021-01-05].http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.tp.20201106.1724.014.html)考虑差异化的调峰需求，设计面向可调控资源的日前鲁棒聚合、日内滚动修正的在线等值技术。然而，现有技术未考虑用户具有多种主体和多种用能特点，难以调度，且不能优化可调控资源多种服务的运营成本。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种面向调峰辅助服务的可调控资源的互动方法，能够充分考虑多主体和多种用能特点，激励性强、灵活性高和可持续好，并且兼顾用户接受度和操作性。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是设计能够充分考虑多主体，激励性强、灵活性高和可持续好，并且兼顾用户接受度和操作性的一种面向调峰辅助服务的可调控资源的互动方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种面向调峰辅助服务的可调控资源的互动方法，所述可调控资源包括可平移负荷、可转移负荷、可中断负荷、热电能源；所述互动方法用于调度所述可平移负荷、调度所述可转移负荷、调度所述可中断负荷、热电耦合所述热电能源；所述互动方法包括以下步骤：

步骤1、日前时，上级调度日前发布负荷限值，运营商汇总各用户的负荷预测；在考虑所述用户签订的所述可平移负荷的负荷变化量及变化时刻的基础上，若所述运营商下辖负荷仍不能满足所述负荷限值，所述运营商发布日前削峰计划，发布电负荷削减或增加需求、热负荷增加或削减需求，执行步骤2；

步骤2、所述用户进行日前竞价阶段，申报每时刻的第一电负荷变化量和第一报价信息、每时刻的热负荷变化量和第二报价信息；所述第一电负荷变化量包括所述可转移负荷的转移量、转移时刻，所述可中断负荷的中断量；

根据所述日前竞价阶段的信息，所述运营商确定出清计划，确定次日的互动策略；

步骤3、日内运行时，所述运营商在调度所述可平移负荷和所述出清计划的基础上，结合所述用户日内上报的负荷需求预测，判断是否需要日内邀约；

若需进行所述日内邀约，所述运营商按照与所述用户提前签约的日内邀约协议执行所述日内邀约；所述日内邀约协议包括邀约补偿价格和第二电负荷变化量，所述第二电负荷变化量包括所述可转移负荷的负荷变化量及变化时刻、所述可中断负荷的负荷变化量及变化时刻；

步骤4、基于所述可平移负荷的补偿价格、所述出清计划的报价信息、所述邀约补偿价格及所述用户的所述可调控资源的调用容量，所述运营商进行支付；所述调用容量为基线负荷与实际负荷的差值。

进一步地，所述步骤2中，所述运营商按照最小支付成本制定出清计划，所述最小支付成本计算公式如式(1)：

其中，

C为所述运营商的支出成本；

n为所述用户总数目，i代表用户i；

△L

△H

x

y

进一步地，所述步骤3中，所述运营商按照所述用户的补偿额度从低到高、所述第二电负荷变化量从大到小的顺序邀约；所述补偿额度为所述邀约补偿价格和所述第二电负荷变化量的乘积。

进一步地，对于所述用户i，所述可平移负荷的约束条件如式(2)：

其中，

p，q分别为所述可平移负荷的原本始末时刻；

所述可平移负荷还满足如式(3)：

P

进一步地，对于所述用户i，所述可转移负荷满足如式(4)～式(7)：

其中，

T

P

进一步地，对于所述用户i，所述可中断负荷满足如式(8)：

其中，

P

T表示总时段。

进一步地，对于所述热电耦合，CHP机组满足如式(9)的热电耦合约束：

其中，

进一步地，所述互动方法还包括执行尖峰电价；实施所述尖峰电价得到多收取的资金，所述资金补偿所述运营商执行需求响应支出的费用；所述需求响应包括所述用户的所述可平移负荷的响应量，及所述可转移负荷和所述可中断负荷的日前出清量和日内邀约响应量；

所述尖峰电价满足：

其中，

p

进一步地，所述步骤4中，所述基线负荷基于highXofY均值法计算，具体步骤如下：

选取除周末和节假日的所述运营商未执行所述日前削峰计划的Y天，选择Y天中负荷消耗最高的X天，按照式(10)计算X天的负荷均值：

其中，P

进一步地，所述互动方法还包括对所述用户的响应程度的评估，所述响应程度为所述实际负荷与规定负荷的差值；

当所述用户的响应程度不达标时，所述运营商按照式(11)对所述用户执行响应程度惩罚：

C

其中，C

和现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、所述可调控资源根据负荷的特点执行不同的互动策略，针对性强、灵活性高、适应范围广；

2、所述互动方法能够协同调度部门、运营商、用能用户、CHP机组多主体的所述可调控资源，按照日前互动阶段、日内邀约阶段和结算阶段的互动调峰，发挥多主体协同与多能互补的特性，提升调峰辅助服务的经济性与协同性。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1所示是本发明的一个较佳实施例的所述互动方法的原理图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

首先对本申请中的“可平移负荷、可转移负荷、可中断负荷、热电耦合和尖峰电价”予以解释：

所述可平移负荷，指具有可平移特性的负荷；所述可平移负荷满足：仅在规定时段整体平移，且只能平移一次。所述可平移负荷的用户包括工业负荷企业，所述可平移负荷包括工厂的工业负荷。

所述可转移负荷，指具有可转移特性的负荷；所述可转移负荷满足：用电总量不变，但用电时段和所述用电时段的用电量可以调整。所述可转移负荷的用户包括居民用户、负荷聚合商的一种或几种。

所述可中断负荷，指具有可中断特性的负荷；所述可中断负荷满足：在负荷高峰时段可切除，以避峰减少用电量；所述负荷高峰时段，由电力系统调度部门根据负载与发电量的预计缺口大小设定。所述可中断负荷的用户包括居民用户、负荷聚合商的一种或几种。

所述热电耦合指具有热电联产能力的CHP机组(CHP，Combined Heat and Power)“以热定电”；根据电力系统调度部门指令，所述CHP机组响应。通过刺激所述用户的热需求，所述用户改变热电能源需求；所述热电耦合增加发电量，从而等同于削减电负荷需求。

所述尖峰电价，指负荷高峰时段用电单价上涨的价格机制；所述价格机制满足：负荷消耗高峰时段提高电价，以促使用户减少负荷消耗；所述负荷高峰时段，由电力系统调度部门根据负载与发电量的预计缺口大小设定。

实施例一

本实施例以某一工业园区的调峰过程为例，详细说明本发明所述的互动方法。

调度管理中心根据下辖配网的负荷预测情况，提前向园区运营商发布削峰指令，规定所述园区的负荷使用上限。所述园区中各用户根据自身的用能情况，将用电/热负荷信息上报所述运营商。所述运营商信息汇总后，在考虑可平移负荷的基础上，判断是否需要启动日内互动。

若需启动，所述运营商根据所述削峰指令，向所述用户下发负荷削减需求，即将各时刻的待削减电负荷、待增加热负荷(由待削减电负荷对应而来)、待增加电负荷(由待增加热负荷对应而来)指令信息下发所述用户。所述用户根据所述指令信息，评估自身的负荷需求以及可调能力，确定可调控资源的调节范围及报价，向运营商上报信息。

从运营商的执行流程分，面向调峰辅助服务的可调控资源的互动方法分为三个阶段，日前互动阶段、日内邀约阶段和结算阶段；所述可调控资源包括所述可平移负荷、可转移负荷、可中断负荷、热电能源；所述互动方法包括调度所述可平移负荷、调度所述可转移负荷、调度所述可中断负荷、热电耦合所述热电能源、执行尖峰电价。

所述日前互动阶段包括签订协议、日前竞价和CHP热电互动；

所述日前竞价，包括日前竞价阶段和日前撮合阶段；在所述日前竞价阶段，所述用户申报所述可转移负荷、所述可中断负荷和热负荷变化量的信息；在所述日前撮合阶段，所述运营商根据所述用户申报的电负荷和热负荷信息联合出清，制定出清计划，确定次日的互动策略；

所述签订协议，包括所述可平移负荷的签订协议、所述可转移负荷和所述可中断负荷的日内邀约协议的签订；

所述CHP热电互动，通过刺激所述用户的所述热电能源需求，使得所述CHP机组因增加供热而增加发电量。

所述日内邀约阶段补充所述日前互动阶段的负荷缺口。所述运营商基于日前预测的负荷信息发布日前削峰计划，但日前预测信息与日内实际用能情况可能存在偏差；且日内时间跨度通常在4h内，实时性高。因而，采用日内邀约响应的方式。

所述结算阶段，是所述运营商根据所述用户可调控资源的调用容量的实际情况进行补偿或者惩罚。

从所述可调控资源不同负荷的互动策略分，可调控资源的调峰辅助的服务模式所述互动方法分为需求响应、热电耦合和尖峰价格，如图1所示。

图1中，所述需求响应包括所述用户的所述可平移负荷的协议响应、所述可转移负荷和所述可中断负荷的日前出清量和日内邀约响应量。

本实施例中，所述互动方法具体包括以下步骤：

所述可调控资源包括可平移负荷、可转移负荷、可中断负荷、热电能源；所述互动方法用于调度所述可平移负荷、调度所述可转移负荷、调度所述可中断负荷、热电耦合所述热电能源；所述互动方法包括以下步骤：

步骤1、日前时，上级调度日前发布负荷限值，运营商汇总各用户的负荷预测；在考虑所述用户签订的所述可平移负荷的负荷变化量及变化时刻的基础上，若所述运营商下辖负荷仍不能满足所述负荷限值，所述运营商发布日前削峰计划，发布电负荷削减或增加需求、热负荷增加或削减需求，执行步骤2；

步骤2、所述用户进行日前竞价阶段，申报每时刻的第一电负荷变化量和第一报价信息、每时刻的热负荷变化量和第二报价信息；所述第一电负荷变化量包括所述可转移负荷的转移量、转移时刻，所述可中断负荷的中断量；

根据所述日前竞价阶段的信息，所述运营商确定出清计划，确定次日的互动策略；

步骤3、日内运行时，所述运营商在调度所述可平移负荷和所述出清计划的基础上，结合所述用户日内上报的负荷需求预测，判断是否需要日内邀约；

若需进行所述日内邀约，所述运营商按照与所述用户提前签约的日内邀约协议执行所述日内邀约；所述日内邀约协议包括邀约补偿价格和第二电负荷变化量，所述第二电负荷变化量包括所述可转移负荷的负荷变化量及变化时刻、所述可中断负荷的负荷变化量及变化时刻；

步骤4、基于所述可平移负荷的补偿价格、所述出清计划的报价信息、所述邀约补偿价格及所述用户的所述可调控资源的调用容量，所述运营商进行支付；所述调用容量为基线负荷与实际负荷的差值。

所述步骤2中，所述运营商按照最小支付成本制定出清计划，所述最小支付成本计算公式如式(1)：

其中，

C为所述运营商的支出成本；

n为所述用户总数目，i代表用户i；

△L

△H

x

y

所述步骤3中，所述运营商按照所述用户的补偿额度从低到高、所述第二电负荷变化量从大到小的顺序邀约；所述补偿额度为所述邀约补偿价格和所述第二电负荷变化量的乘积。

所述步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1、所述用户进行负荷需求预测，并将预测结果反馈至所述运营商；

步骤3.2、所述运营商根据内部资源运行情况，判断是否需要进行日内邀约；如果需要，进行步骤3.3；如果否，返回步骤3.1，直至当日结束；

步骤3.3、所述运营商计算削峰的需求，向签约用户进行日内邀约；邀约顺序遵循补偿额度从低到高，可调用量从大到小；

步骤3.4、所述签约用户反馈响应邀约的容量；

步骤3.5、所述运营商判断是否需要进一步扩大所述可调控资源的邀约范围：如果是，回到步骤3.3；如果否，执行步骤3.6；

步骤3.6、按照所述签约用户的响应情况，进行电/热负荷的调用。

所述步骤1～步骤4(包括步骤3.1～步骤3.6)中，所述可调控资源需满足相应的约条件：

对于所述用户i，所述可平移负荷的约束条件如式(2)：

其中，

p，q分别为所述可平移负荷的原本始末时刻；

所述可平移负荷还满足如式(3)：

P

对于所述用户i，所述可转移负荷满足如式(4)～式(7)：

其中，

T

P

对于所述用户i，所述可中断负荷满足如式(8)：

其中，

P

T表示总时段。

对于所述热电耦合，对于所述热电耦合，所述CHP机组满足如式(9)的热电耦合约束：

其中，

此外，所述运营商的决策还需要满足如式(10)～式(12)的约束：

电负荷平移、转移、中断引起的总的改变量需满足调峰指令约束：

式(10)中，

电负荷约束，即防止由于电负荷平移、转移引起的其它时段形成新的电负荷高峰：

式(11)中，L

热负荷约束：

式(12)中，H

除了上述如式(2)～(12)的约束外，所述运营商的决策还需要满足的约束条件还包括电、热供需平衡约束以及CHP机组热电关系。

对于所述尖峰电价，实施所述尖峰电价得到多收取的资金，所述资金补偿所述运营商执行需求响应支出的费用；所述需求响应包括所述用户的所述可平移负荷的响应量、所述可转移负荷和所述可中断负荷的日前出清量和日内邀约响应量；

所述尖峰电价满足：

其中，

p

在所述步骤4的结算阶段，需要分析所述响应的所述可调控资源的调用容量。本实施例采用比较将基线负荷与实际负荷的方法，量化所述用户提供的调峰辅助服务的结果。

本实施例中，所述步骤4中，所述基线负荷基于highXofY均值法计算，以满足方便所述运营商的计算和实施的需求，具体步骤如下:

选取除周末和节假日的所述运营商未执行所述日前削峰计划的Y天，选择Y天中负荷消耗最高的X天，按照式(13)计算X天的负荷均值：

其中，P

所述互动方法还包括对所述用户的响应程度的评估，所述响应程度为所述实际负荷与规定负荷的差值；

当所述用户的响应程度不达标时，所述运营商按照式(14)对所述用户执行响应程度惩罚：

C

其中，C

所述互动方法用于填谷时，电负荷与热负荷的需求与调峰过程中相反，尖峰电价对应低谷电价，其他过程相同。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。