基于非侵入负荷监测的温控负荷可调潜力计算方法及介质

技术领域

本发明涉及电力系统用电技术领域，具体涉及一种基于非侵入负荷监测的温控负荷可调潜力计算方法、设备及存储介质。

背景技术

温控负荷具有可控性强、调度潜力大的特点，如果有效利用，显然能够实现“源荷双侧调度”。伴随着智能电网双向通信技术和高级量测体系快速发展，用户端负荷监测控制技术的成熟，利用温控负荷参与电网调度成为可能。

显然，为有效实现温控负荷的有效调度和利用，对温控负荷建立实时的、适应的、精准的数学模型、评估温控负荷可调节潜力成为问题的关键所在。温控负荷作为一类可调度的资源，无论受到任何时间尺度的调度，或者是参与电力系统规划，首先都需要对自身的可调度容量进行预测。由于温控负荷的可调度容量的大小与参与的需求响应类型，受到调度的时间尺度，进行可调度容量预测的目的相关，因此温控负荷的可调度容量预测至关重要。

发明内容

本发明提出的一种基于非侵入负荷监测的温控负荷可调潜力计算方法、设备及存储介质，可至少解决背景技术中的技术问题之一。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于非侵入负荷监测的温控负荷可调潜力计算方法，包括以下步骤：

步骤1、利用安装在用户侧的用电信息采集设备采集用户的用电信息数据，基于非侵入式负荷监测算法计算得到温控负荷的用电功率及其启停时刻；

步骤2、基于步骤1获得的温控负荷的用电功率及其启停时刻，再接合历史各时段的室外气温，建立描述温控负荷用能特性的一阶数学模型；利用最小二乘法，计算得到温控负荷的设定温度，以及在待评估时段的前一个时段的房间等效热阻和房间热容；

步骤3、基于步骤2获得的待评估时段的前一个时段的房间等效热阻和房间热容，再计及用户的舒适度及意愿度，开展待评估时段内温控负荷可调潜力的计算，得到温控负荷的调节潜力。

又一方面，本发明还公开一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述方法的步骤。

再一方面，本发明还公开一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上方法的步骤。

由上述技术方案可知，本发明的基于非侵入负荷监测的温控负荷可调潜力计算方法及系统，针对传统温控负荷分析时缺乏对于温控负荷的用电功率、启停时间等相关用能信息的掌握；温控负荷的建模方法较为粗糙，未能充分考虑房间人员数量、开关门次数等人员活动情况以及空气湿度、风速等自然环境变化对房间等效热阻和等效热容的影响等问题而提出。

综上所述，本发明将创新性的将非侵入负荷监测和分解技术应用于温控负荷的建模，能够精确地掌握温控负荷的用电功率、启停时间等相关用能信息，实现温控负荷精准建模；此外，利用最小二乘法，实现了用户设定温度、房间等效热阻和等效热容的精确计算，克服了房间人员数量变化、开关门等人员活动情况及空气湿度、风速等自然环境变化对温控负荷建模的影响，进一步提高了温控负荷精准建模；最后，充分考虑到人员的舒适度，开展了温控负荷建模潜力的评估，实现了温控负荷上调潜力和下调潜力及其持续时间的精准估计。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2基于非侵入负荷监测分解得到的各种用电设备的用能情况示意图；

图3温控负荷用能特性的一阶数学模型

图4温控负荷运行特性示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，本实施例所述的基于非侵入负荷监测的温控负荷可调潜力计算方法，该方法包括下列顺序的步骤：

(1)利用安装在用户侧的高精度用电信息采集设备采集用户的用电信息数据，基于非侵入式负荷监测算法计算得到温控负荷的用电功率及其启停时刻；

(2)基于步骤1获得的温控负荷的用电功率及其启停时刻，再接合历史各时段的室外气温，建立描述温控负荷用能特性的一阶数学模型。利用最小二乘法，计算得到温控负荷的设定温度，以及在待评估时段的前一个时段的房间等效热阻和房间热容。

(3)基于步骤2获得的待评估时段的前一个时段的房间等效热阻和房间热容，再计及用户的舒适度及意愿度等，开展待评估时段内温控负荷可调潜力的计算，得到温控负荷的调节潜力。

其中，所述步骤(1)具体包括以下步骤：

(1a)监测设备的用电事件，确定设备投入或退出的具体时刻。采用有功功率突变作为事件起止标志并记录时间发生的详细时刻。

设P

如果满足式(1)，即在t1时刻之后，连续一段时间nε内，用电功率都比t1时刻前ε时刻的用电功率P

[(P

同理，满足式(2)即当监测到用户在t2时刻及其随后一段连续时间nε内的用电功率均较t2时刻前ε时刻的用电功率P

[(P

(1b)从设备的用电事件信息中，提取设备的事件特征以区分具体用电设备的类型。选取设备的有功、无功功率以及电流谐波、稳态功率方差、每秒功率最大值等辨识常用特征对用电设备进行辨识。

定义事件发生前后平均有功功率的差值与平均无功功率的差值作为稳态有功、无功功率的变化量。

式中：ΔP为事件全过程有功功率变化量；ΔQ为事件全过程无功功率变化量；

P

计算电流谐波变化量时，需要考虑电流谐波相角的变化。高次电流谐波幅值变化量为：

式中：t1和t2分别为为设备投运和退出时刻；I

(1c)按照步骤(1c)的描述，测试温控负荷投入和退出时刻的有功、无功功率变化量及高次电流谐波幅值变化量等特征向量，引入多元高斯模型对温控负荷的特征进行描述，建立基于多元高斯模型的非侵入式温控负荷辨识模型。

设温控负荷的特征向量X＝{x

多元高斯模型的均值和协方差矩阵可以通过极大似然估计法求得其均值和协方差矩阵。具有N个样本点的向量X的极大似然估计为：

给定数据样本后，利用上述两个公式可得多元高斯模型的参数值，从而得到温控负荷模型的分布。

(1d)建立基于多元高斯模型的温控负荷分解模型，判断1(a)步骤中事件中设备的具体类型，记录并保存温控负荷的相关数据和信息。

基于多元高斯模型的温控负荷分解模型计算方法如下式所示：

式中：X为某一事件的相关特征向量；p表示X是温控负荷的概率；

设定温控负荷的截止概率为p

图2所示，即为采用非侵入负荷监测分解得到的各种用电设备的用能情况示意图。图2是基于非侵入负荷监测分解得到的各种用电设备的用能情况示意图。所谓非侵入负荷监测分解，就是希望从总的用电负荷曲线(图中黑色)分解得到各种负荷的启停时间及其运行时的功率。其核心思想是监测用电功率发生变化，意味着某个负荷投入或退出，再从这个功率变化的特征中鉴别出是哪一种用电负荷在何时发生了怎样的变化。

所述步骤(2)具体包括以下步骤：

(2a)基于步骤1获得的温控负荷的用电功率及其启停时刻，再接合历史各时段的室外气温，建立如图3所示的描述温控负荷用能特性的一阶数学模型。

其中，R

其中：θ

图4所示即为温控负荷运行特性示意图。图4是反映的是温控负荷(制冷型)运行特性示意图，下图的s表示温控负荷的开关状态。当s＝1时，温控负荷投入运行，房间的温度从做高的Tmax下降，当温度到达Tmin时，关闭温控负荷，s＝0，房间的温度又会从Tmin上升，直至达到Tmax，周而复始的循环。上图中的Tset为设定的房间温度，而δ为温度设定的死区。

进一步，得温控负荷在k时段内的开机时间T

(2b)基于步骤(2a)所建立的温控负荷的一阶数学模型，利用步骤(1c)得到的每个时段内的开关机时间、温控负荷的电功率以及室外温度，基于最小二乘法，计算得到房间的等效热阻R和等效热容C以及房间的设定温度θ

其中：θ

(2b)仅保留最小二乘法得到的房间设定温度θ

对上述方程组进行求解，即可得到待评估前一时段N的等效热阻R

所述步骤(3)具体包括以下步骤：

(3a)基于步骤2得到的待评估前一时段N的等效热阻R

一般，用户舒适度对价格比较敏感。用户可以牺牲一定的舒适度而换取用电价格上的优惠。因此，引入用户舒适系数λ表征用户舒适度对电价的敏感程度，定义用户预期用电价格为基础电价p

计算得到用户的舒适系数λ之后，用户参与调控的上调温度θ

其中：θ

(3b)将调节潜力评估时段(N+1)的上调温度θ

综上所述，本发明实施例将创新性的将非侵入负荷监测和分解技术应用于温控负荷的建模，能够精确地掌握温控负荷的用电功率、启停时间等相关用能信息，实现温控负荷精准建模；此外，利用最小二乘法，实现了用户设定温度、房间等效热阻和等效热容的精确计算，克服了房间人员数量变化、开关门等人员活动情况及空气湿度、风速等自然环境变化对温控负荷建模的影响，进一步提高了温控负荷精准建模；最后，充分考虑到人员的舒适度，开展了温控负荷建模潜力的评估，实现了温控负荷上调潜力和下调潜力及其持续时间的精准估计。

又一方面，本发明还公开一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上述方法的步骤。

再一方面，本发明还公开一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上方法的步骤。

在本申请提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一基于非侵入负荷监测的温控负荷可调潜力计算方法。

可理解的是，本发明实施例提供的系统与本发明实施例提供的方法相对应，相关内容的解释、举例和有益效果可以参考上述方法中的相应部分。

本申请实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信，

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述基于非侵入负荷监测的温控负荷可调潜力计算方法。

上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(英文：PeripheralComponent Interconnect，简称：PCI)总线或扩展工业标准结构(英文：Extended IndustryStandard Architecture，简称：EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。

通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

存储器可以包括随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)，也可以包括非易失性存储器(英文：Non-Volatile Memory，简称：NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(英文：Central ProcessingUnit，简称：CPU)、网络处理器(英文：Network Processor，简称：NP)等；还可以是数字信号处理器(英文：Digital Signal Processing，简称：DSP)、专用集成电路(英文：ApplicationSpecific Integrated Circuit，简称：ASIC)、现场可编程门阵列(英文：Field-Programmable Gate Array，简称：FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。