一种考虑需求响应及源荷不确定性的备用配置方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统备用容量配置技术领域，尤其涉及一种考虑需求响应及源荷不确定性的备用配置方法及系统。

背景技术

在高比例新能源接入的电力系统中，机组随机故障、负荷波动等多重不确定性深刻影响着电力系统的供需安全。为应对源荷不确定性所导致的可靠性风险，调度机构需要在日前尺度制定合适的备用容量计划。在负荷高峰时段，传统机组的备用价格往往较高，而可中断负荷作为一种分布广泛、运行方式灵活且相对廉价的可调节资源，能在系统保供安全问题中发挥着巨大的潜力。研究表明，用户的负荷削减量具有一定的随机性，且该随机性会随着激励价格的提高而减小。然而，目前的技术较少考虑需求响应不确定性对于系统备用配置的影响，这可能会导致电力系统的可靠性显著下降。

此外，在现有的备用容量配置方法中，随机规划法被广泛应用于考虑不确定性的最优容量配置问题中。但是，考虑到需求响应、负荷、机组故障等多重不确定性的影响，各类概率性场景数量过多，会大大增加最优备用问题的计算复杂性。因此，有必要选取一种更为高效的，能同时考虑多种不确定性的系统备用配置方法。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。因此，本发明提供了一种考虑需求响应及源荷不确定性的备用配置方法，用来解决实际问题中，备用容量配置方法考虑不确定因素过多导致系统效率低下的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种考虑需求响应及源荷不确定性的备用配置方法，包括：

输入电力系统初始数据，构建电力系统直流潮流优化模型，输出各发电机组的最优出力；

通过各发电机组的最优出力和历史强迫停运率，获得总发电出力的概率分布函数；并基于高斯分布函数模拟方法，获得总负荷量的概率分布函数；采集激励价格信号，在考虑用户响应不确定性的基础上，构建总需求响应量的概率分布函数；

基于总发电出力、总负荷量以及总需求响应量的概率分布函数，利用卷积定理获取电力系统供电裕度概率分布函数；同时输入最大失负荷率，获得相应的系统备用容量。

作为本发明所述的考虑需求响应及源荷不确定性的备用配置方法的一种优选方案，其中：所述构建电力系统直流潮流优化模型，包括：模型发电成本与失负荷成本最小的目标函数和模型的约束条件。

作为本发明所述的考虑需求响应及源荷不确定性的备用配置方法的一种优选方案，其中：所述模型的约束条件，包括：

系统功率平衡约束、机组出力功率上下限约束、线路潮流上下限约束和可中断负荷上限约束。

作为本发明所述的考虑需求响应及源荷不确定性的备用配置方法的一种优选方案，其中：通过各发电机组的最优出力和历史强迫停运率，获得总发电出力的概率分布函数，包括：

设定N

作为本发明所述的考虑需求响应及源荷不确定性的备用配置方法的一种优选方案，其中：基于高斯分布函数模拟方法，获得总负荷量的概率分布函数，包括：

通过获得的发电机组总出力的概率分布函数F

所述离散过程包括：

将高斯分布函数分为m个区间，以每个区间的中值作为负荷值的第m个状态量，并将区间对应的区域面积作为相应的概率值。

作为本发明所述的考虑需求响应及源荷不确定性的备用配置方法的一种优选方案，其中：采集激励价格信号，在考虑用户响应不确定性的基础上，构建总需求响应量的概率分布函数，包括：

定义用户可削减负荷率为实际削减量与最大可削减量之比，得到均匀分布函数；

将得到的均匀分布函数分为m个区间，以每个区域的中值作为负荷值的第k个状态量，将每个区域的区域面积作为相应的概率值。

作为本发明所述的考虑需求响应及源荷不确定性的备用配置方法的一种优选方案，其中：利用卷积定理获取电力系统供电裕度概率分布函数，同时输入最大失负荷率，获得相应的系统备用容量，包括：

供电裕度概率分布函数F

F

其中，x

确定最优备用配置容量，包括：

定义失负荷率并输入给定的失负荷率p

p

其中，M表示为所需的备用容量值，x表示为备用容量的系数。

第二方面，本发明提供了考虑需求响应及源荷不确定性的备用配置系统，其包括：

模型构建模块，用于输入电力系统初始数据，构建电力系统直流潮流优化模型，输出各发电机组的最优出力；

概率分布函数设计模块，用于通过各发电机组的最优出力和历史强迫停运率，获得总发电出力的概率分布函数；并基于高斯分布函数模拟方法，获得总负荷量的概率分布函数；采集激励价格信号，在考虑用户响应不确定性的基础上，构建总需求响应量的概率分布函数；

系统备用容量处理模块，基于总发电出力、总负荷量以及总需求响应量的概率分布函数，利用卷积定理获取电力系统供电裕度概率分布函数；同时输入最大失负荷率，获得相应的系统备用容量。

第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的任一步骤。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的任一步骤。

与现有技术相比，发明有益效果为：本发明通过构建电力系统直流潮流优化模型，输出各发电机组的最优出力；根据各发电机组的最优出力和历史强迫停运率，获得总发电出力的概率分布函数；并基于高斯分布函数模拟方法，获得总负荷量的概率分布函数；采集激励价格信号，在考虑用户响应不确定性的基础上，构建总需求响应量的概率分布函数；最后通过获得总发电出力、总负荷量以及总需求响应量的概率分布函数，利用卷积定理获取电力系统供电裕度概率分布函数；输入最大失负荷率，获得相应的系统备用容量；本发明方法可以同时考虑需求响应和源荷及多种因素的不确定性影响，为调度部门制定备用容量计划提供有效的指导；卷积定理的应用能够使得备用容量配置的求解过程更为简单和高效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一个实施例所述的考虑需求响应及源荷不确定性的备用配置方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种考虑需求响应及源荷不确定性的备用配置方法，包括：

S1、输入电力系统初始数据，构建电力系统直流潮流优化模型，输出各发电机组的最优出力；

进一步的，构建电力系统直流潮流优化模型，其中模型发电成本与失负荷成本最小的目标函数表示为：

其中，

进一步的，模型的约束条件包括，系统功率平衡约束、机组出力功率上下限约束、线路潮流上下限约束和可中断负荷上限约束；

更进一步的，功率平衡约束表达式为：

其中，L

应当说明的是，通过上述构建模型能够输出得到最优火电出力P

S2、通过各发电机组的最优出力和历史强迫停运率，获得总发电出力的概率分布函数；并基于高斯分布函数模拟方法，获得总负荷量的概率分布函数；采集激励价格信号，在考虑用户响应不确定性的基础上，构建总需求响应量的概率分布函数；

进一步的，总发电出力的概率分布函数求解过程包括：

设定N

更进一步的，发电机组总出力的概率分布函数F

其中，g

进一步的，通过获得的发电机组总出力的概率分布函数F

更进一步的，离散过程包括，将包含95％置信度的高斯分布函数分为m个区间，以每个区间的中值作为负荷值的第m个状态量，并将区间对应的区域面积作为相应的概率值；

更进一步的，离散后的总负荷量的概率分布函数公式表示为：

F

其中，η为负荷预测的误差系数，N(·)表示为高斯分布函数；

进一步的，定义用户可削减负荷率为实际削减量与最大可削减量之比，得到均匀分布函数；

更进一步的，定义用户可削减负荷率为实际削减量与最大可削减量之比包括，针对激励价格信号k(元/度)，用户i可削减负荷率α

其中，k

更进一步的，总需求响应量服从区间

其中，U(·)表示为均匀分布函数；

进一步的，将得到的均匀分布函数分为m个区间，以每个区域的中值作为负荷值的第k个状态量，将每个区域的区域面积作为相应的概率值；

S3、基于总发电出力、总负荷量以及总需求响应量的概率分布函数，利用卷积定理获取电力系统供电裕度概率分布函数；同时输入最大失负荷率，获得相应的系统备用容量；

进一步的，供电裕度概率分布函数F

F

其中，x

更进一步的，确定最优备用配置容量，包括：

定义失负荷率并输入给定的失负荷率p

p

其中，M表示为所需的备用容量值，x表示为备用容量的系数。

进一步的，本实施例还提供一种考虑需求响应及源荷不确定性的备用配置系统，包括：

模型构建模块，用于输入电力系统初始数据，构建电力系统直流潮流优化模型，输出各发电机组的最优出力；

概率分布函数设计模块，用于通过各发电机组的最优出力和历史强迫停运率，获得总发电出力的概率分布函数；并基于高斯分布函数模拟方法，获得总负荷量的概率分布函数；采集激励价格信号，在考虑用户响应不确定性的基础上，构建总需求响应量的概率分布函数；

系统备用容量处理模块，基于总发电出力、总负荷量以及总需求响应量的概率分布函数，利用卷积定理获取电力系统供电裕度概率分布函数；同时输入最大失负荷率，获得相应的系统备用容量。

本实施例还提供一种计算机设备，适用于考虑需求响应及源荷不确定性的备用配置方法的情况，包括：

存储器和处理器；存储器用于存储计算机可执行指令，处理器用于执行计算机可执行指令，实现如上述实施例提出的考虑需求响应及源荷不确定性的备用配置方法。

该计算机设备可以是终端，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例提出的考虑需求响应及源荷不确定性的备用配置方法。

本实施例提出的存储介质与上述实施例提出的数据存储方法属于同一发明构思，未在本实施例中详尽描述的技术细节可参见上述实施例，并且本实施例与上述实施例具有相同的有益效果。

实施例2

参照表1和表2，为本发明第二个实施例，该实施例提供了一种考虑需求响应及源荷不确定性的备用配置方法，包括：

本实施例采用标准的IEEE-6节点系统作验证分析，以证明本发明方法的有益效果；

将火电机组的历史强迫停运率数据均设置为0.05，负荷误差系数设置为2％；为分析用户响应不确定性的影响，在每个节点上设置10％的用户为该时段可参与需求响应用户，其最小激励价格，临界激励价格与最大激励价格分别设定为100元/兆瓦时，200元/兆瓦时与300元/兆瓦时，均小于常规机组的备用价格；设定的可靠性标准为最大失负荷率不超过1％；表1展示了在不同激励价格水平下系统的备用配置以及期望需求响应情况，如下表1所示；

表1

从表1中可以发现，随着激励价格的上升，可调用需求响应量期望值不断提高，相应的系统备用容量不断减少；例如，当激励价格由200元/兆瓦时提高到300元/兆瓦时，系统备用容量从91.4MW减少到了73.4兆瓦；这是因为在价格信号引导下，可调用的用户响应量受价格激励而增加，反之使得常规机组的备用容量需求减少，有效提高了系统的经济性与环保性；上述结果说明本发明方法能有效考虑需求响应不确定性对于备用容量配置的影响；

表2展示了在不同机组强迫停运率下系统的备用配置以及期望发电量情况，如下表2所示；

表2

从表2中可以发现，随着机组强迫停运率的上升，期望发电量不断减少，相应的系统备用容量不断增加；例如，当强迫停运率由0.01提高到0.1后，系统备用容量从67.3MW增加到了132兆瓦；这是因为机组随机故障率的上升使得系统可靠性下降，因此系统备用容量配置需要相应提高；上述结果说明本发明方法能有效考虑机组随机故障不确定性对于备用容量配置的影响。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。