本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用戶用電需求響應(yīng)動態(tài)建模與響應(yīng)不確定性評估方法。

背景技術(shù)：

隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，需求響應(yīng)技術(shù)由于在降低運行費用和提高電網(wǎng)可靠性方面效果顯著引起了研究人員廣泛的關(guān)注。作為削峰填谷的重要手段，需求響應(yīng)技術(shù)可以實現(xiàn)負(fù)荷的實時控制，提高電能質(zhì)量，同時需求響應(yīng)也是實現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑之一。

當(dāng)前國內(nèi)外需求響應(yīng)技術(shù)還處于起步階段，不合理的需求管理手段可能會引起用戶的不滿，甚至引起反調(diào)峰等對電網(wǎng)有危害的情況?，F(xiàn)有的研究大都把電力市場當(dāng)作靜態(tài)模型處理，不能很好地反映出需求響應(yīng)的實際情況。并且，電力用戶的實際響應(yīng)狀況很難判斷，具有很大的不確定性。如何建立符合電力市場實際情況的需求響應(yīng)動態(tài)模型，定量分析需求響應(yīng)的不確定區(qū)間是擺在需求響應(yīng)管理者面前的突出問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決傳統(tǒng)靜態(tài)需求響應(yīng)模型不能令人滿意，在需求響應(yīng)的效果及不確定性評估上也存在不足的問題，本發(fā)明提出一種用戶用電需求響應(yīng)動態(tài)建模與響應(yīng)不確定性評估方法，建立彈性經(jīng)濟調(diào)度模型，運用負(fù)反饋技術(shù)，經(jīng)過多次迭代使實際的總負(fù)荷趨近期望的負(fù)荷水平；同時針對當(dāng)前的需求響應(yīng)邊界不確定問題，提出了基于蒙特卡羅仿真與區(qū)間數(shù)學(xué)模型的兩種預(yù)測法，有效提高了邊界不確定性問題的計算精度。

實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種用戶用電需求響應(yīng)動態(tài)建模與響應(yīng)不確定性評估方法，包括以下步驟：

步驟一、基于彈性經(jīng)濟調(diào)度模型計算期望的負(fù)荷水平，初始化各節(jié)點負(fù)荷需求，得到期望負(fù)荷與實際負(fù)荷之間的差值；

步驟二、基于線性規(guī)劃理論，根據(jù)期望負(fù)荷與實際負(fù)荷之間的差值調(diào)整電價水平，各節(jié)點基于彈性經(jīng)濟調(diào)度模型和新的電價水平調(diào)整各自的負(fù)荷需求；接著重新計算期望負(fù)荷與實際負(fù)荷間的差值，重復(fù)上述過程直至達到指定的迭代次數(shù)或者期望負(fù)荷和實際負(fù)荷間的差值低于設(shè)定值；

步驟三、基于蒙特卡羅仿真方法或者區(qū)間數(shù)學(xué)理論方法評估終端用戶需求響應(yīng)的不確定性。

進一步的，所述步驟一具體為：

(1)建立彈性經(jīng)濟調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)：

式中，c_i是節(jié)點i發(fā)電的邊際成本；G_i(t)是t時刻節(jié)點i的發(fā)電量；d_i(t)是t時刻節(jié)點i負(fù)荷的邊際成本；D_i(t)是t時刻節(jié)點i的負(fù)荷需求；

(2)建立彈性經(jīng)濟調(diào)度的約束條件：

式中，和分別是節(jié)點i的最小發(fā)電量和最大發(fā)電量；和分別是節(jié)點i的最小負(fù)荷需求和最大負(fù)荷需求；GSK_k-i是從節(jié)點i到傳輸線k的發(fā)電轉(zhuǎn)移分配系數(shù)；Limit_k是傳輸線k的熱極限；

所述步驟一中，初始化各節(jié)點負(fù)荷需求，得到期望負(fù)荷與實際負(fù)荷之間的差值的計算公式如下：

式中，GAP(t)是t時刻實際負(fù)荷與期望負(fù)荷之間的差值；D_ST是期望負(fù)荷水平。

所述步驟二中，基于線性規(guī)劃理論，根據(jù)期望負(fù)荷與實際負(fù)荷之間的差值調(diào)整電價水平，各節(jié)點基于彈性經(jīng)濟調(diào)度模型和新的電價水平調(diào)整各自的負(fù)荷需求，其中電價調(diào)整計算公式如下：

式中，L是負(fù)荷的數(shù)目；α_i和β_i是設(shè)定的正系數(shù)；GAP(t-1)是t-1時刻實際負(fù)荷與期望負(fù)荷之間的差值；d_i(t-1)是t-1時刻節(jié)點i負(fù)荷的邊際成本。

所述步驟三中基于蒙特卡羅仿真方法評估終端用戶需求響應(yīng)的不確定性，具體包括如下步驟：

(1)設(shè)置蒙特卡羅仿真的初值，令初始場景指數(shù)S＝1，令初始時域離散迭代步長t＝0，場景數(shù)目設(shè)定為s，根據(jù)步驟一中的彈性經(jīng)濟調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)和彈性經(jīng)濟調(diào)度的約束條件計算得到期望的負(fù)荷水平；設(shè)定初始的負(fù)荷響應(yīng)的不確定區(qū)間；

(2)在初始的負(fù)荷響應(yīng)的不確定區(qū)間內(nèi)取隨機數(shù)得到D_i(t)，然后計算得到t時刻實際負(fù)荷與期望負(fù)荷之間的差值GAP(t)；

(3)運用電價調(diào)整公式更新d_i(t+1)，根據(jù)新的電價水平和彈性經(jīng)濟調(diào)度模型更新各點的負(fù)荷水平D_i(t+1)，并更新負(fù)荷響應(yīng)的不確定區(qū)間；

(4)令t＝t+1，重復(fù)步驟(2)和步驟(3)，直到GAP(t)＜ε或者t達到預(yù)先設(shè)定的最大時間步數(shù)；

(5)令S＝S+1,重復(fù)步驟(2)和步驟(4)，直到S＝s；

(6)根據(jù)每次迭代中確定的各負(fù)荷點的電價水平確定各點電價的上限和下限。

進一步地，所述步驟三中基于區(qū)間數(shù)學(xué)理論方法評估終端用戶需求響應(yīng)的不確定性具體為：

(1)設(shè)定初始的負(fù)荷響應(yīng)的不確定區(qū)間、雅克比矩陣、負(fù)荷點電價，令初始時域離散迭代步長t＝0，利用步驟一中的彈性經(jīng)濟調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)和彈性經(jīng)濟調(diào)度的約束條件計算得到期望的負(fù)荷水平，從而計算出此時刻實際負(fù)荷與期望負(fù)荷之間的差值；

(2)運用電價調(diào)整公式更新d_i(t+1)，根據(jù)新的電價水平和彈性經(jīng)濟調(diào)度模型更新各點的負(fù)荷水平D_i(t+1)和負(fù)荷響應(yīng)的的不確定性區(qū)間，

(3)更新雅克比矩陣K，K_ij是K在(i,j)處的值，其中它的計算公式如下：

(4)運用一階線性逼近建立節(jié)點負(fù)荷響應(yīng)列向量D(t)與節(jié)點電價水平列向量d(t)之間的關(guān)系：

Y＝Y(jié)₀+K(X-X₀)

式中，X與Y分別代表D(t)與d(t),X₀與Y₀分別是X與Y的初值；

那么，可以得出Y_i的計算公式：

式中，X_j和Y_i分別代表向量X與Y在節(jié)點j和i處的值；X_0j與Y_0i分別是X_j和Y_i的初值，m是輸入元素X_j的數(shù)目；

(5)更新各負(fù)荷點電價水平d_i(t)的邊界，即更新Y_i的最大值與最小值的值，并計算它們的差值，具體步驟如下：

計算Y_i的最小值，在每次迭代過程中，如果K_ij為正，則如果K_ij為負(fù)，則再根據(jù)上述Y_i與X_j之間的關(guān)系計算Y_i的值，即為Y_i的最小值；

計算Y_i的最大值，在每次迭代過程中，如果K_ij為正，則如果K_ij為負(fù)，則再根據(jù)上述Y_i與X_j之間的關(guān)系計算Y_i的值，即為Y_i的最大值；

(6)令t＝t+1，重復(fù)步驟(2)至步驟(5)，直到t達到預(yù)先設(shè)定的最大迭代次數(shù)或者迭代過程中Y_i的最大值與最小值的差值小于某預(yù)先設(shè)定值。

進一步地，所述更新各負(fù)荷點的負(fù)荷響應(yīng)不確定區(qū)間的方法具體為：

記X＝D(t)，且設(shè)負(fù)荷點j的響應(yīng)容量X_j服從正態(tài)分布N(μ,σ²)，其中μ為上述彈性經(jīng)濟調(diào)度求得的負(fù)荷點j的負(fù)荷響應(yīng)，根據(jù)設(shè)定的置信度，求得X_j的置信區(qū)間，從而求得的X_j最大值和最小值。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明充分考慮了電力市場中諸多變量的動態(tài)變化過程，建立了符合實際的需求響應(yīng)動態(tài)模型，即提出一種用戶用電需求響應(yīng)動態(tài)建模與響應(yīng)不確定性評估方法，建立彈性經(jīng)濟調(diào)度模型，運用負(fù)反饋技術(shù)，經(jīng)過多次迭代使實際的總負(fù)荷趨近期望的負(fù)荷水平；同時針對當(dāng)前的需求響應(yīng)邊界不確定問題進行了深入的研究，提出了基于蒙特卡羅仿真與區(qū)間數(shù)學(xué)模型的兩步預(yù)測法，有效提高了邊界不確定性問題的計算精度，解決傳統(tǒng)靜態(tài)需求響應(yīng)模型不能令人滿意，在需求響應(yīng)的效果及不確定性評估上也存在不足的問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例提供的基于蒙特卡羅仿真與區(qū)間數(shù)學(xué)模型的需求響應(yīng)動態(tài)建模與響應(yīng)不確定性評估方法流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的運用蒙特卡羅仿真方法進行需求響應(yīng)關(guān)鍵指標(biāo)的邊界計算的流程圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的運用區(qū)間數(shù)學(xué)理論評估終端用戶需求響應(yīng)效果的不確定性的流程圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的應(yīng)用原理作詳細(xì)的描述。

如圖1所示，一種用戶用電需求響應(yīng)動態(tài)建模與響應(yīng)不確定性評估方法，包括以下步驟：

步驟一、基于彈性經(jīng)濟調(diào)度模型計算期望的負(fù)荷水平，初始化各節(jié)點負(fù)荷需求，得到期望負(fù)荷與實際負(fù)荷之間的差值；

步驟二、基于線性規(guī)劃理論，根據(jù)期望負(fù)荷與實際負(fù)荷之間的差值調(diào)整電價水平，各節(jié)點基于彈性經(jīng)濟調(diào)度模型和新的電價水平調(diào)整各自的負(fù)荷需求；接著重新計算期望負(fù)荷與實際負(fù)荷間的差值，重復(fù)上述過程直至達到指定的迭代次數(shù)或者期望負(fù)荷和實際負(fù)荷間的差值低于設(shè)定值；

步驟三、基于蒙特卡羅仿真方法或者區(qū)間數(shù)學(xué)理論評估終端用戶需求響應(yīng)的不確定性。

所述步驟一具體為：

(1)建立彈性經(jīng)濟調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)：

式中，c_i是節(jié)點i發(fā)電的邊際成本；G_i(t)是t時刻節(jié)點i的發(fā)電量；d_i(t)是t時刻節(jié)點i負(fù)荷的邊際成本；D_i(t)是t時刻節(jié)點i的負(fù)荷需求；

(2)建立彈性經(jīng)濟調(diào)度的約束條件：

式中，和分別是節(jié)點i的最小發(fā)電量和最大發(fā)電量；和分別是節(jié)點i的最小負(fù)荷需求和最大負(fù)荷需求；GSK_k-i是從節(jié)點i到傳輸線k的發(fā)電轉(zhuǎn)移分配系數(shù)；Limit_k是傳輸線k的熱極限；

所述步驟一中，初始化各節(jié)點負(fù)荷需求，得到期望負(fù)荷與實際負(fù)荷之間的差值的計算公式如下：

式中，GAP(t)是t時刻實際負(fù)荷與期望負(fù)荷之間的差值；D_ST是期望負(fù)荷水平。

所述步驟二中，基于線性規(guī)劃理論，根據(jù)期望負(fù)荷與實際負(fù)荷之間的差值調(diào)整電價水平，各節(jié)點基于彈性經(jīng)濟調(diào)度模型和新的電價水平調(diào)整各自的負(fù)荷需求，其中電價調(diào)整計算公式如下：

式中，L是負(fù)荷的數(shù)目；α_i和β_i是設(shè)定的正系數(shù)；GAP(t-1)是t-1時刻實際負(fù)荷與期望負(fù)荷之間的差值；d_i(t-1)是t-1時刻節(jié)點i負(fù)荷的邊際成本。

所述步驟三中基于蒙特卡羅仿真方法評估終端用戶需求響應(yīng)的不確定性，具體包括如下步驟：

(1)設(shè)置蒙特卡羅仿真的初值，令初始場景指數(shù)S＝1，令初始時域離散迭代步長t＝0，場景數(shù)目設(shè)定為s，根據(jù)步驟一中的彈性經(jīng)濟調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)和彈性經(jīng)濟調(diào)度的約束條件計算得到期望的負(fù)荷水平；設(shè)定初始的負(fù)荷響應(yīng)的不確定區(qū)間；

(2)在初始的負(fù)荷響應(yīng)的不確定區(qū)間內(nèi)取隨機數(shù)得到D_i(t)，然后計算得到t時刻實際負(fù)荷與期望負(fù)荷之間的差值GAP(t)；

(3)運用電價調(diào)整公式更新d_i(t+1)，根據(jù)新的電價水平和彈性經(jīng)濟調(diào)度模型更新各點的負(fù)荷水平D_i(t+1)，并更新負(fù)荷響應(yīng)的不確定區(qū)間；

(4)令t＝t+1，重復(fù)步驟(2)和步驟(3)，直到GAP(t)＜ε或者t達到預(yù)先設(shè)定的最大時間步數(shù)；

(5)令S＝S+1,重復(fù)步驟(2)和步驟(4)，直到S＝s；

(6)根據(jù)每次迭代中確定的各負(fù)荷點的電價水平確定各點電價的上限和下限。

所述步驟三中基于區(qū)間數(shù)學(xué)理論評估終端用戶需求響應(yīng)的不確定性具體為：

(1)設(shè)定初始的負(fù)荷響應(yīng)的不確定區(qū)間、雅克比矩陣、負(fù)荷點電價，令初始時域離散迭代步長t＝0，利用步驟一中的彈性經(jīng)濟調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)和彈性經(jīng)濟調(diào)度的約束條件計算得到期望的負(fù)荷水平，從而計算出此時刻實際負(fù)荷與期望負(fù)荷之間的差值；

(2)運用電價調(diào)整公式更新d_i(t+1)，根據(jù)新的電價水平和彈性經(jīng)濟調(diào)度模型更新各點的負(fù)荷水平D_i(t+1)和負(fù)荷響應(yīng)的的不確定性區(qū)間，

(3)更新雅克比矩陣K，K_ij是K在(i,j)處的值，其中它的計算公式如下：

(4)運用一階線性逼近建立節(jié)點負(fù)荷響應(yīng)列向量D(t)與節(jié)點電價水平列向量d(t)之間的關(guān)系：

Y＝Y(jié)₀+K(X-X₀)

式中，X與Y分別代表D(t)與d(t),X₀與Y₀分別是X與Y的初值；

那么，可以得出Y_i的計算公式：

式中，X_j和Y_i分別代表向量X與Y在節(jié)點j和i處的值；X_0j與Y_0i分別是X_j和Y_i的初值，m是輸入元素X_j的數(shù)目；

(5)更新各負(fù)荷點電價水平d_i(t)的邊界，即更新Y_i的最大值與最小值的值，并計算它們的差值，具體步驟如下：

計算Y_i的最小值，在每次迭代過程中，如果K_ij為正，則如果K_ij為負(fù)，則再根據(jù)上述Y_i與X_j之間的關(guān)系計算Y_i的值，即為Y_i的最小值；

計算Y_i的最大值，在每次迭代過程中，如果K_ij為正，則如果K_ij為負(fù)，則再根據(jù)上述Y_i與X_j之間的關(guān)系計算Y_i的值，即為Y_i的最大值；

(6)令t＝t+1，重復(fù)步驟(2)至步驟(5)，直到t達到預(yù)先設(shè)定的最大迭代次數(shù)或者迭代過程中Y_i的最大值與最小值的差值小于某預(yù)先設(shè)定值。

所述更新各負(fù)荷點的負(fù)荷響應(yīng)不確定區(qū)間的方法具體為：

記X＝D(t)，且設(shè)負(fù)荷點j的響應(yīng)容量X_j服從正態(tài)分布N(μ,σ²)，其中μ為上述彈性經(jīng)濟調(diào)度求得的負(fù)荷點j的負(fù)荷響應(yīng)，根據(jù)設(shè)定的置信度，求得X_j的置信區(qū)間，從而求得的X_j最大值和最小值。

優(yōu)選地，為了使得X_j的置信區(qū)間達到99.7％的置信度，取σ＝0.0167μ，則X_j∈[μ-3σ,μ+3σ]＝[0.95μ,1.05μ]，即

在本發(fā)明中，理論上來說，通過不斷地調(diào)節(jié)，最終實際負(fù)荷與期望負(fù)荷的差值是可以小于某個預(yù)先設(shè)定值的，但實際上，由于各個用戶的響應(yīng)具有隨機性(前文已有說明，把計算出的負(fù)荷響應(yīng)容量擴充成一個置信區(qū)間)，這種響應(yīng)的隨機性導(dǎo)致電價調(diào)整的隨機性，那么最后的實際負(fù)荷與期望負(fù)荷的差值就可能達不到要求，不滿足目標(biāo)。所以最終把電價區(qū)間求出來(已經(jīng)考慮了負(fù)荷響應(yīng)的不確定性)，那么在這個電價區(qū)間內(nèi)調(diào)整，就可以達到最終的目標(biāo)。

本發(fā)明實施例提供的運用蒙特卡羅仿真方法進行需求響應(yīng)不確定性評估的流程如圖2所示；運用區(qū)間數(shù)學(xué)理論進行需求響應(yīng)不確定性評估的流程如圖3所示。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。