一种考虑居民需求响应不确定性的调频成本计算方法

1.本发明涉及电力系统需求侧居民负荷资源聚合管理领域，具体是一种考虑居民需求响应不确定性的调频成本计算方法。


背景技术：

2.为应对化石能源危机，全球能源结构正在发生改变，可再生能源逐渐受到重视。然而，风电、光伏等新能源出力具有间歇性和随机性，高渗透率会增加电网的调频需求，给电力系统的稳定性带来威胁。另外，新能源发电方式通过电力电子器件大规模接入电网，导致发电侧与电网侧解耦，使得电力系统自身惯量降低。当电网发生频率扰动时，会产生恶劣的响应特性，极易导致电网频率崩溃，严重影响系统的有功平衡。
3.随着智能电网的建设，居民柔性负荷所占比例不断提高，已成为系统峰值负荷的主要组成部分。居民负荷主要包括大量的空调、热水器等调节速度快的温控负荷，可以通过削减一定量的功率参与电网频率调节。然而，居民负荷会受到外界环境和用户自身因素的影响，具有复杂的不确定性，会导致实际的负荷削减量与目标值之间存在偏差。如果不能正确评估居民负荷的这种不确定性，而盲目参与电网频率调节，则会带来潜在的风险损失。
4.目前关于电力系统风险分析的研究大多关注于风电、光伏等具有波动性的可再生能源，而鲜有涉及居民负荷参与调频的风险成本的研究，不利于电力系统进行规划调度，也无法进一步提高居民负荷资源的利用率。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种考虑居民需求响应不确定性的调频成本计算方法,通过将居民负荷参与调频的不确定性量化为经济损失，可为电力系统制定规划调度策略提供参考，能够降低居民需求响应不确定性的不利影响。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种考虑居民需求响应不确定性的调频成本计算方法，所述调频成本计算方法包括如下步骤：
8.s1：针对某区域内的全体居民用户，首先对其参与需求响应的概率pi平均值进行计算；
9.s2：根据电网调频事件下发的居民负荷削减量d，采用随机选择的方法选择居民并下发负荷削减指令；
10.s3：基于所选居民完成的实际负荷削减量，结合目标值d计算出居民负荷参与调频的随机风险变量y；
11.s4：基于条件风险价值理论，将居民负荷参与调频的不确定性风险量化为经济成本。
12.进一步的，所述s1中，对于某区域内的所有n户居民，每户与负荷聚合商签约的负荷削减量均为p，因此本区域内的理论最大负荷削减量d
max
＝np；然后给所有的n户居民发送
负荷削减指令，最终获得的实际负荷削减量为d
act
，计算全体居民参与需求响应的概率pi平均值
13.进一步的，所述s2中，给定调频所需的负荷削减量为d，随机选择n户居民发送调节指令，其中
14.进一步的，所述s3中基于目标值d，进行总共m次的居民负荷削减事件，每次事件获得的实际负荷削减量为d
act,m
，其中m＝1,2,
…
,m；
15.设定当d
act，m
＜d，即居民负荷欠响应时，参与电网频率调节存在不确定风险；而当d
act，m
≥d时，即居民负荷处于过响应的状态，能够满足电网调频需求，忽略其风险；在这种设定下，居民负荷参与调频的随机风险变量为：
[0016][0017]
上式中，b为居民负荷资源的调频报价，单位为：元/mw；k为m次事件中处于欠响应状态的事件数量；
[0018]
对于过响应状态的事件，忽略其风险之后，参与调频的成本为db；将处于两种状态的事件类型统一之后，获得的随机风险变量为：
[0019][0020]
进一步的，所述s4中，引入条件风险价值理论，将居民需求响应参与调频的不确定性风险量化为经济损失成本，其值cvar
α
(y)通过下述优化问题进行求解计算：
[0021][0022]
式中，α为置信水平，代表数学期望算子，y为随机风险变量，a为决策变量。
[0023]
本发明的有益效果：
[0024]
本发明调频成本计算方法通过将居民负荷参与调频的不确定性量化为经济损失，可为电力系统制定规划调度策略提供参考，能够降低居民需求响应不确定性的不利影响，从而提高居民负荷资源的利用率。
附图说明
[0025]
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0026]
图1是本发明调频成本计算方法流程图；
[0027]
图2是本发明居民参与需求响应概率的分布情况图；
[0028]
图3是本发明调频风险成本对比图。
具体实施方式
[0029]
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它
实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030]
如图1所示，本发明提供了一种考虑居民需求响应不确定性的调频成本计算方法，调频成本计算方法包括以下步骤：
[0031]
s1:针对某区域内的全体居民用户，首先对其参与需求响应的概率pi平均值进行计算；
[0032]
具体地，对于某区域内的所有n户居民，每户与负荷聚合商签约的负荷削减量均为p，因此本区域内的理论最大负荷削减量d
max
＝np。然后给所有的n户居民发送负荷削减指令，最终获得的实际负荷削减量为d
act
，计算全体居民参与需求响应的概率pi平均值
[0033]
s2:根据电网调频事件下发的居民负荷削减量d，采用随机选择(rs)的方法选择居民并下发负荷削减指令；
[0034]
具体地，给定调频所需的负荷削减量为d，随机选择n户居民发送调节指令，其中
[0035]
s3:基于所选居民完成的实际负荷削减量，结合目标值d计算出居民负荷参与调频的随机风险变量y；
[0036]
具体地，基于目标值d，进行总共m次的居民负荷削减事件，每次事件获得的实际负荷削减量为d
act,m
，其中m＝1,2,
…
,m。
[0037]
设定当d
act,m
《d，即居民负荷欠响应时，参与电网频率调节存在不确定风险；而当d
act,m
≥d时，即居民负荷处于过响应的状态，能够满足电网调频需求，故忽略其风险。在这种设定下，居民负荷参与调频的随机风险变量为：
[0038][0039]
上式中，b为居民负荷资源的调频报价，单位为：元/mw；k为m次事件中处于欠响应状态的事件数量。
[0040]
另外，对于过响应状态的事件，忽略其风险之后，参与调频的成本为db。因此，将处于两种状态的事件类型统一之后，获得的随机风险变量为：
[0041][0042]
s4:基于条件风险价值(cvar)理论，将居民负荷参与调频的不确定性风险量化为经济成本；
[0043]
具体地，引入条件风险价值(cvar)理论，将居民需求响应参与调频的不确定性风险量化为经济损失成本，其值cvar
α
(y)通过下述优化问题进行求解计算：
[0044][0045]
式中，α为置信水平，代表数学期望算子，y为随机风险变量，a为决策变量。通过求解此优化问题，便可得到风险量化之后的经济成本。
[0046]
为使本领域技术人员更好地理解，本发明以具体的算例进行仿真。设定某区域内
的居民用户数量为7000，其整体响应概率的分布情况如图2所示，单个居民与负荷聚合商签约的调节量为2kw，因此最大的负荷调节量d
max
为14mw。另外，设定居民资源参与调频的报价b为150元/mw，置信度α为0.95。以削减目标值d为横坐标，并设定取值范围为7～10mw，以调频成本为纵坐标，绘制图像如图3所示。其中，两条曲线分别对应的是考虑/未考虑居民负荷不确定性风险的情况。
[0047]
从图3可以看出，考虑了不确定性风险的调频成本明显高于未考虑的成本，说明本发明起到了将不确定风险量化为经济损失成本的作用，可为电力系统规划调度提供重要参考，有利于提高居民负荷资源的利用率。
[0048]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0049]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。