基于数据时空灵活性和网络拓扑结构的电力系统控制方法

本发明涉及电力系统，尤其涉及一种基于数据时空灵活性和网络拓扑结构的电力系统控制方法。

背景技术：

1、目前，现有的一些公开文献从系统运营商的角度研究了数据中心的灵活性潜力，以最小化运营成本。在这些研究中，将数据中心简单地等同于传统的可转移需求响应，忽略了数据中心的内部运行特征以及数据中心与电力系统之间的交互作用。对于数据中心的联合投标和地理负载平衡也有大量的研究，以激活其空间灵活性潜力，并降低相关的电力成本。由于数据中心和电力系统是由不同的机构管理的，数据中心的灵活性潜力以前没有得到足够的重视。因此，现有的研究大多集中于如何在放松管制的电力市场中形成考虑联合量价的最优竞价策略，对电力系统和数据中心协同运行的指导意义有限。

2、此外，数据中心在协同运行中可能会偏离其最佳运行点，产生额外的成本。有数值研究侧重于激励机制设计，以激励需求响应计划或其他灵活性资产的灵活性提供。需要注意的是，时空耦合数据中心的规模比传统的需求响应要大得多，这可能对系统运行产生很大的影响，如改变原有的系统电价分布，可能导致激励不相容，使传统的需求响应机制不适用于时空耦合数据中心。例如，现有技术中提出了一种基于vcg的数据中心灵活性提供的需求响应策略，考虑到位置市场价格的变化，并与现有的需求响应机制兼容。在上述研究中，一般采用等效替代的概念来衡量数据中心提供的灵活性价值，并在此基础上设计了系统运营商与数据中心之间相应的利润分享机制。

3、但是，这些研究忽略了一个非常重要的问题，即数据中心和电力系统运营商在协同运行中的地位是不平等的。也就是说，在联盟形成过程中，电网运营商一般占据主导地位，可以获得大部分的合作剩余，仅仅依靠贡献率来分配利润，在实践中可能缺乏可行性。

4、综上，现有技术中至少存在着电力系统的灵活性较差以及利润分配比例不准确的问题。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种基于数据时空灵活性和网络拓扑结构的电力系统控制方法，其能够增强电力系统的灵活性，促进可再生能源的整合。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

5、本发明实施例提供一种基于数据时空灵活性和网络拓扑结构的电力系统控制方法，包括：以数据中心的内部运行特征和数据中心与电力系统之间的交互作用为切入点，建立数据中心能耗模型；在数据中心能耗模型的基础上，以日前阶段的调度成本、实时阶段的预期平衡成本和碳交易产生的碳交易成本最小为目标函数，建立数据中心与电力系统时空耦合协同运行模型；将数据中心与电力系统时空耦合协同运行模型分解为双层模型，并对双层模型进行求解，以确定最优控制点；其中，该最优控制点为使电力系统总成本最小的控制点，即该最优控制点为最优的利润分配比例。

6、在一个可能的实施例中，数据中心的时空转移特性的表达式为：

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14、式中，表示在时间t时数据中心节点i处理的实际工作负载；表示在时间t时刚到达数据中心节点i的本地工作负载；表示在时间t时数据中心节点i从空间转移分配的工作负载；表示在时间t时数据中心节点i从临时转移分配的工作负载；表示在时间t时数据中心节点i处理的最大工作负载；j表示通信线路；表示数据中心节点i的相关的通信线路的集合；bi,j表示工作负载转移的方向；mi,j,t表示在时间t时源自数据中心节点i的工作负载将被路由到通信线路j；表示在时间t时数据中心节点i的剩余的容忍延迟的工作负载；表示在时间t-1时数据中心节点i的剩余的容忍延迟的工作负载；表示在时间t-1时数据中心节点i的临时转移的工作负载总数；表示在时间t时数据中心节点i的从空间转移分配的工作负载；ui,t表示在时间t时数据中心节点i的刚接收到的一部分可以暂时转存的本地负载；表示最大空间传输工作负载。

15、在一个可能的实施例中，数据中心能耗模型的表达式为：

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18、式中，表示数据中心在时间t时数据中心节点i的总功率；表示数据中心节点i的服务次数；表示数据中心节点i的服务闲置；表示热电联产机组的热功率；表示数据中心节点i的峰值功率；表示在时间t时数据中心节点i的平均利用率。

19、在一个可能的实施例中，在数据中心能耗模型的基础上，以日前阶段的调度成本、实时阶段的预期平衡成本和碳交易产生的碳交易成本最小为目标函数，建立数据中心与电力系统时空耦合协同运行模型包括：

20、基于日前阶段的调度成本、实时阶段的预期平衡成本和碳交易产生的碳交易成本，设置协同运行策略的目标；

21、为协同运行策略的目标设置约束条件；其中，约束条件包括功率和热平衡的约束条件、发电机组约束条件和数据中心约束条件。

22、在一个可能的实施例中，协同运行策略的目标的表达式为：

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30、式中，xda表示前一天阶段变量；xrt表示实时变量；cda表示日前阶段调度成本；crt表示实时阶段预期平衡成本；ccarbon表示碳交易产生的成本；c表示成本；φt表示时间集合；表示电源产生的成本；p表示效率；表示电源前日的数据中心节点i的运行效率；表示热电联产机组产生的成本；表示热电联产机组在前一天的效率；φ(.)表示系统操作中的数据中心和其他变量的集合；g表示电源；t表示时间；s表示场景；γs表示场景s的概率；表示电源实时正向调控成本；表示电源实时正调控；表示电源实时负调控成本；表示电源实时负调控；表示场景s中热电联产机组正向调控成本；表示热电联产机组实时的正向调节；表示热电联产机组实时负调控成本；表示热电联产机组实时的负向调节；λc表示碳价格；表示t时刻的碳排放；ecap表示碳排放上限；表示电源排放率；表示电源实时运行效率；表示燃煤和热电联产机组的排放率；表示热电联产机组实时运行效率。

31、在一个可能的实施例中，功率和热平衡的约束条件为：

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41、式中，表示日前总路上的本地需求负荷；da表示前一天；表示数据中心场景集合；表示日前数据中心的运行效率；dc表示数据中心；表示电源的集合；g表示电源；表示日前电源运行效率；表示可再生电源的集合；表示日前可再生电源的运行效率；表示日前输电线路的运行效率；表示日前母线n处的运行效率；表示日前数据中心的运行效率；表示可再生电源的运行效率；表示实时输电线路的运行效率；表示日前数据中心热需求负荷；表示热电联产机组集合；表示日前热电联产机组热需求负荷；表示母线n处的日前阶段的热需求负荷；表示数据中心回收的余热；表示热电联产机组回收的余热；φline表示线路集合；al,n表示电网关联矩阵；fda,l,t表示日前输电线路中电流；表示前日的结束母线的电压角；表示前日的起始母线的电压角；xl表示电流变量；fs,l,t表示实时输电线路中电流；表示结束母线的电压角；表示起始母线的电压角；pmax,l表示线路l的最大传输容量。

42、在一个可能的实施例中，发电机组约束条件为：

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48、式中，表示可再生能源机组的最大发电量；η表示热电联产机组的热功率比；表示电源机组的最小发电量；表示电源机组的最大发电量；表示热电联产机组的最小发电量；表示热电联产机组的最大发电量。

49、在一个可能的实施例中，双层模型包括上层模型；上层模型的表达式为：

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53、式中，表示日前数据中心工作负载路由产生的调度成本；表示实时数据中心工作负载路由产生日产生的预期平衡成本；χ表示控制比例；和分别表示不协调的调度成本和从下一级获得的调度成本；φdc表示数据中心的集合；φt表示系统运行中数据中心与时间t的的集合；λda,n,t表示日前运行价格；φs表示数据中心场景的集合.；λs,i,t表示实时运行价格；表示电源的实时运行效率；表示日前电源的运行效率。

54、在一个可能的实施例中，双层模型包括低层模型；低层模型的表达式为：

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57、式中，ξ表示电力系统的总成本；表示从下一级获得的调度成本；χ表示利润分享比例。

58、在一个可能的实施例中，对双层模型进行求解，以确定最优控制点包括：输入双层模型的相关数据和初始参数，包括初始控制点χ的值；计算步骤：在迭代过程中，首先计算初始控制点χ的上下限；求解上层模型，确定数据中心的最优运营策略，并将得到的操作策略传递给低层模型；其中，最优运营策略为最优的初始控制点χ的下限值χl和初始控制点χ的上限值χh；在低层模型中，以数据中心的最优运营策略优化市场运作，得到总运营成本；比较最新的初始控制点的值时的系统运行成本，更新初始控制点χ的上下限，并判断更新后的初始控制点的上下限是否满足收敛条件；如果不满足收敛条件，返回计算步骤；若满足，则结束。

59、第二方面，本技术实施例提供了一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行第一方面或第一方面的任一可选的实现方式所述的方法。

60、第三方面，本技术实施例提供了一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行第一方面或第一方面的任一可选的实现方式所述的方法。

61、第四方面，本技术提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的方法。

62、(三)有益效果

63、本发明的有益效果是：

64、本发明提出的一种基于数据时空灵活性和网络拓扑结构的电力系统控制方法，通过以数据中心的内部运行特征和数据中心与电力系统之间的交互作用为切入点，建立数据中心能耗模型，以及在数据中心能耗模型的基础上，以日前阶段的调度成本、实时阶段的预期平衡成本和碳交易产生的碳交易成本最小为目标函数，建立数据中心与电力系统时空耦合协同运行模型，以及将数据中心与电力系统时空耦合协同运行模型分解为双层模型，并对双层模型进行求解，以确定用于表示最优利润分配比例的最优控制点，相对于现有技术而言，其不仅能够确定最优利润分配比例，还可以增强电力系统的灵活性，促进可再生能源的整合。

65、为使本技术实施例所要实现的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。