一种多类型温控负荷的需求响应潜力评估方法

本技术属于温控负荷参与需求响应的领域，具体涉及一种多类型温控负荷的需求响应潜力评估方法。

背景技术：

1、截至2024年3月底，全国累计发电装机容量约29.9亿千瓦，同比增长14.5％。其中，太阳能发电装机容量约6.6亿千瓦，同比增长55％；风电装机容量约4.6亿千瓦，同比增长21.5％。由于光伏发电和风力发电的波动性和不确定性，电网的峰谷差不断扩大，尖峰负荷持续增加，从而加剧了电力供需的压力。需求响应作为缓解这一压力的重要措施，显得尤为重要。需求侧资源中的温控负荷(thermostatically controlled load,tcl)是电网尖峰负荷的主要构成部分，且温控负荷具有响应容量大、响应速度快等特点，因此，充分挖掘温控负荷的需求响应潜力，可以有效缓解电网供需压力，显著降低峰谷差。

2、然而，现有的温控负荷需求响应潜力评估方法并未基于负荷用电特性计及调度需求设计特性指标，构建技术性、经济性、清洁性、可靠性和参与性的综合评估指标体系，而且评估方法中的未因此，但主观方法并未考虑指标间的全局影响和客观影响，客观方法过于注重权重的差异度，且难以处理模糊性和不确定性问题，因此，在主观方法中需考虑指标间全局影响和客观影响并引入模糊理论，需改善客观方法较侧重指标权重差异程度的情况，建立主客观相结合的赋权模型，评估温控负荷需求响应潜力有待研究。

技术实现思路

1、本发明目的在于设计多类型温控负荷的需求响应潜力评估方法，从而能够有效地对多类型温控负荷的需求响应潜力(技术性、经济性、清洁性、可靠性和参与度)进行有效评估。本发明构建了需求响应潜力综合评估指标体系，提供了模糊网络层次分析法(fuzzyanalytic network process，fanp)的主观方法和改进的标准间相关性方法(improvedcriteria importance through inter-criteria correlation，icritic)的客观方法，建立了fanp-icritic的组合赋权模型，并采用集对分析(set pairanalysis，spa)-可变模糊集(variable fuzzy sets，vfs)方法评估多类型温控负荷需求响应潜力，最后通过仿真验证了评估方法的有效性。

2、本发明采用技术方案：一种多类型温控负荷的需求响应潜力评估方法，其包括步骤：

3、(1)基于负荷用电特性，构建由一级指标和二级指标组成的需求响应潜力评估指标体系；

4、(2)基于需求响应潜力评估指标体系，引入模糊理论，设计模糊网络层次分析法(fuzzy analytic network process，fanp)的主观方法，确定指标体系的主观权重；

5、(3)基于需求响应潜力评估指标体系，设计改进的标准间相关性方法(improvedcriteria importance through inter-criteria correlation，icritic)的客观方法，确定指标体系的客观权重；

6、(4)基于fanp-icritic方法建立组合赋权模型，采用集对分析(setpairanalysis，spa)-可变模糊集(variable fuzzy sets，vfs)方法评估多类型温控负荷需求响应潜力。

7、具体，所述步骤1中需求响应潜力评估指标体系由一级指标和二级指标构成，其具体内容如下：

8、所述一级指标包含技术性指标、清洁性指标、经济性指标、可靠性指标和参与度指标，其中技术性指标包含可调节容量、可调节时间、峰峰时长，经济性指标包含调度经济性、内部收益率和经济敏感度，清洁性指标包含二氧化碳排放量和污染减排效益，可靠性指标包含平均停电时间和供电可靠率，参与度指标包含信用度和用户接受度。

9、(1)技术性指标具体内容如下：

10、①可调节容量是指用电高峰期填补到用户低谷期的容量，可调节容量越大，峰谷差越小，更有利于削峰填谷，其计算公式如下：

11、

12、式中：为可调节容量；分别为响应前和响应后的功率；γr(t)取值为[0,1]，1表示负荷在t时刻发生调节，取值为0表示负荷在t时刻不发生调节；分别为负荷调节时段的始、末时刻；

13、②可调节时间是指高峰期填补用户低谷期电量所用的时间，可调节时间越长，响应速度越快，其计算公式如下：

14、

15、③峰峰间时长是调节前的峰值时刻与调节后的峰值时刻的时间差。该指标值越大，对系统峰值贡献越小，需求响应潜力越小，其计算公式如下：

16、

17、式中：为峰峰间时长；分别为调节前和调节后的峰值时刻；

18、(2)经济性指标具体内容如下：

19、①调度经济性衡量负荷调度成本的差异性，其计算公式如下：

20、

21、式中：cre(t)为t时段负荷的调度经济性；cre为某一常数，使得调度成本最低的负荷类型的经济性为1；kre为定值；

22、②内部收益率irr计算计算公式如下：

23、

24、式中：ci为每年的现金流入；co为每年的现金支出；ty为年数；

25、③经济敏感度反映了负荷响应成本和总运行成本的关系，其计算公式如下：

26、

27、式中：δc为负荷响应成本；ctotal为总运行成本；

28、(3)清洁性指标具体内容如下：

29、①二氧化碳排放量co2的定义如下：

30、co2＝μ·ptotal

31、式中：μ为平均碳排放因子；ptotal为总用电量；

32、②污染减排效益rre表示资源参与需求响应时的污染物排放成本，其计算公式如下：

33、

34、式中：cr为污染物成本系数，λre,r为污染物排放量，pe(t)为资源的实时功率；

35、(4)可靠性指标具体内容如下：

36、①平均停电时间αre计算公式如下：

37、

38、式中：ttotal为停电持续时间总和；ntotal为总用户数；

39、②供电可靠率r计算公式如下：

40、

41、式中：tr为统计期间总小时数；

42、(5)参与度指标具体内容如下：

43、①信用度d(t)衡量一定时段内资源参与调度的完成情况，以历史数据作为计算来源，其计算公式如下：

44、

45、式中：gm为一定时间段资源参与调度的次数；prg为负荷实际调度量；peg为负荷预期调度量；

46、②用户接受度是描述用户参与需求响应意愿的重要指标，采用需求响应的次数与需求响应合约履行情况来评估用户的可接受度kre，其计算公式如下：

47、

48、式中：nr和nsun分别为一定时间段负荷参与需响应的报价次数及需求响应总数，nr/nsun反映了用户参与需求响应的积极性；δpr为一定时间段内的响应容量；δpcon为签订的响应合约内的标准响应容量；δpr/δpcon反映了参与需求响应后的完成情况。

49、所述的步骤2中模糊网络层次分析法(fanp)的主观方法，具体内容如下：

50、(1)构建网络结构。fanp将需求响应潜力分为两部分，上层为控制层，下层为网络层。控制层包括评价目标，即多类型温控负荷需求响应潜力评估；网络层包括指标集合及指标，即技术性-经济性-清洁性-可靠性-参与度共5个一级指标集合和12个二级指标因子。

51、(2)建立模糊判断矩阵，对一级指标和各个二级指标分别建立模糊判断矩阵。使用三角模糊数表示相对重要性，模糊判断矩阵计算公式如下：

52、

53、式中：为三角模糊数。

54、(3)建立模糊一致矩阵，对每一行i和每一列j计算模糊一致矩阵元素

55、

56、(4)一致性校验，一致性指标ci和一致性比率cr计算公式如下：

57、

58、式中：λmax为模糊一致矩阵的最大特征值，ri是根据判断矩阵的阶数n的不同，采用随机矩阵得到的期望一致性指标。

59、(5)计算模糊权重，其计算公式如下：

60、

61、(6)去模糊化处理，使用加权平均法进行去模糊化，计算公式如下：

62、

63、(7)对权重进行标准化处理，计算公式如下：

64、

65、所述步骤3中改进的critic的客观方法，具体内容如下：

66、(1)计算每个指标的理想权重(即由原始critic中所求的指标权重ωi)；

67、(2)对需求响应潜力评估指标体系的n个指标进行归一化处理，其计算公式如下：

68、

69、式中：iw为归一化后的指标数值；xi为第i个指标权重值；

70、(3)与归一化后的指标值相乘，获得需求响应潜力指标体系中某个指标在n个指标中所占的客观权重值，其计算公式如下：

71、ωo＝wiiw

72、式中：ωo为客观权重值。

73、所述步骤4中的组合赋权模型，具体内容如下：

74、

75、式中：ωc为混合权重。

76、采用集对分析(set pairanalysis，spa)-可变模糊集(variable fuzzy sets，vfs)方法得到多类型温控负荷的需求响应潜力分数，其具体内容如下：

77、(1)以评估指标构成集合q，以评价指标标准构成集合w，q和w共同建立集对a＝(q,w)

78、(2)本文结合模型实际情况及对分析理论中差异度系数和对立度系数的均分原则，建立需求响应潜力评估指标值q与评价等级l的单指标联系度μln，计算公式如下：

79、

80、(3)计算综合隶属度

81、

82、式中：α为优化准则参数，α＝1为最小一乘方准则，α＝2为最小二乘方准则；p为距离参数，p＝1为海明距离，p＝2为欧氏距离。

83、(4)确定级别特征值及评价等级。对于各个评价指标均可通过可变模型参数的4种不同组合类型，计算得到4组综合隶属度向量vl：

84、

85、(5)利用综合隶属度向量vl与相应评价等级乘积的累加之和，求得温控负荷级别特征值，分析级别特征值的需求响应潜力，计算公式如下所示：

86、