基于可再生能源与用户不确定性需求响应计划方法及系统与流程

本发明涉及配电网需求侧管理，具体为基于可再生能源与用户不确定性需求响应计划方法及系统。

背景技术：

1、不断增加的电力负荷和可再生能源并网对电网的安全和经济运行构成了严重威胁，er电力市场中综合能源系统的发展使能源市场的竞争日益激烈，以调节电价为代表的传统负荷调控方式已经不足以适应能源结构的优化。与此同时，电网负荷不断增长，减小负荷峰谷差、调峰、调频已经成为保证电网可靠性的难点，需求响应(demand response,dr)技术是解决这些问题的有效措施。

2、现有的dr计划主要是为工业和商业用户设计，这些客户往往有更大的电力负荷，参与调峰调压的效果更加显著。然而，住宅居民用户持续增长的负荷量与显著有别于工商业用户的负荷曲线表明该领域具有巨大的潜力。由于住宅负荷由大量低容量家电组成，且用户参与负荷调整的意愿离散度高，结合可再生能源发电不确定性场景下，大规模协调居民用户的需求响应计划，成为难题。

3、因此，本发明提出一种考虑可再生能源与用户不确定性的需求响应计划方法，预设大量场景来模拟可再生能源发电与用户不确定性的多种情况，对用户与配电系统运营商的计划进行建模，迭代更新，使用admm对场景进行分解，降低模型求解的复杂度，为居民用户需求行营计划的制定提供一定理论支撑，可以有效的起到削峰填谷的作用。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：现有的dr计划方法存在单一市场调节，缺乏动态调整机制，计算复杂度高，以及经济性和可靠性低的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于可再生能源与用户不确定性需求响应计划方法，包括采集气温预测数据，确定参与需求响应的设备的日前运行状态；通过设备用电和购买的电量输出经济成本，并更新主残差与二次残差，根据成本调整设备状态；基于admm的场景分解算法迭代优化。

4、作为本发明所述的基于可再生能源与用户不确定性需求响应计划方法的一种优选方案，其中：所述采集气温预测数据包括采集气温预测数据、参与需求响应的设备信息、用户舒适度相关数据、可再生能源发电数据和设备能耗数据；

5、所述采集气温预测数据表示最高气温、最低气温和各时段的气温变化；

6、所述参与需求响应的设备信息表示设备的当前状态、运行模式和设定温度；

7、所述用户舒适度相关数据表示用户的舒适温度范围，用户的偏好设置；

8、所述可再生能源发电数据表示用户自有的光伏发电系统的发电量预测，可再生能源设备的运行状态及预测发电量；

9、所述设备能耗数据表示各设备的能耗情况。

10、作为本发明所述的基于可再生能源与用户不确定性需求响应计划方法的一种优选方案，其中：所述确定参与需求响应的设备的日前运行状态包括构建用户不适成本的模型，表示为：

11、

12、其中，qdis表示用户的不适成本，α、β表示权重系数，单位为元/℃，表示场景s中用户i在t时刻由暖通空调产生的不适温度，表示场景s中用户i在t时刻由热水器产生的不适温度，表示场景s中用户i在t时刻的室内温度，表示用户i的舒适温度，表示场景s中用户i在t时刻的热水器的水温，表示用户i的舒适水温，表示场景s中用户i在t时刻的温度预测值，表示用户i的房屋热阻，0表示不运行，1表示运行，表示用户i暖通空调系统的有功功率，表示用户i房屋的热容，和分别表示用户i能接受室内温度的上下限，cwater表示水的比热容，表示场景s中用户i在t时刻的热水消耗量，表示用户i的电热水器热阻，

13、表示用户i电热水器的有功功率，表示用户i电热水器的热容，和分别表示电热水器最低和最高的水温限制，和分别表示场景s中t时刻用户i的负载的有功功率和无功功率，和分别表示用户i的暖通空调和电热水器的无功功率，和分别表示场景s中用户i在t时刻不参与需求响应设备的有功功率和无功功率，表示场景s中用户i在t时刻的光伏发电功率，和分别表示用户i在t时刻的暖通系统和电热水器的运行状态，δt表示设备运行时间，t表示和nt分别表示时间和时间的集合，i和nn分别表示居民用户和居民用户的集合。

14、作为本发明所述的基于可再生能源与用户不确定性需求响应计划方法的一种优选方案，其中：所述通过设备用电和购买的电量输出经济成本，并更新主残差与二次残差，根据成本调整设备状态包括构建配电系统运营商经济成本模型，表示为：

15、

16、式中，a,b表示电力成本系数，表示t时刻从日前市场购买的电量，λvio表示负荷超峰惩罚系数，表示场景s中的超峰功率，λrtp表示日内电力市场中的购电价格，表示场景s中t时刻的购电量，λrts表示日内电力市场中的售电价格，表示场景s中t时刻的售电量，表示场景s中t时刻的实际负载，ppcc,max表示配电系统运营商限制的最大峰值负载。

17、作为本发明所述的基于可再生能源与用户不确定性需求响应计划方法的一种优选方案，其中：所述通过设备用电和购买的电量输出经济成本，并更新主残差与二次残差，根据成本调整设备状态包括配电系统运营商所受约束建立，约束表示为：

18、

19、其中，和分别表示场景s中t时刻从节点j流向节点k的有功功率和无功功率，和分别表示场景s中t时刻节点k流向其他节点的有功功率和无功功率，和分别表示节点j到节点k线路电阻和电抗，

20、表示场景s中t时刻节点j到节点k的线路电流，vk,t,s表示场景s中母线k在t时刻的电压。

21、作为本发明所述的基于可再生能源与用户不确定性需求响应计划方法的一种优选方案，其中：所述基于admm的场景分解算法迭代优化包括使用admm对居民用户目标函数与配电系统运营商目标函数的迭代模型场景进行分解，表示为：

22、

23、其中，和分别表示admm算法第d次迭代的主残差与二次残差，表示admm算法第d次迭代的功率平衡更新变量，ρ表示增广拉格朗日罚函数的罚因子。

24、作为本发明所述的基于可再生能源与用户不确定性需求响应计划方法的一种优选方案，其中：所述基于admm的场景分解算法迭代优化包括构建居民用户目标函数，表示为：

25、

26、其中，s和ns分别表示场景和场景的集合，ρs表示场景s中增广拉格朗日罚函数的罚因子，λt表示t时刻的功率平衡变量；

27、配电系统运营商目标函数表示为：

28、

29、其中，λt,s表示场景s中t时刻的功率平衡变量。

30、本发明的另外一个目的是提供一种基于可再生能源与用户不确定性需求响应计划系统，其能通过通过设备用电和购买的电量输出经济成本，并更新主残差与二次残差，根据成本调整设备状态，解决了目前的dr计划方法含有经济性和可靠性低的问题。

31、作为本发明所述的基于可再生能源与用户不确定性需求响应计划系统的一种优选方案，其中：包括初始化模块，经济成本和残差输出模块，设备状态调整模块，算法迭代模块；所述初始化模块用于采集气温预测数据；所述经济成本和残差输出模块用于输出经济成本更新主残差与二次残差；所述设备状态调整模块用于根据成本调整设备状态；所述算法迭代模块用于输出用户最佳设备运行状态与配电系统运营商最佳需求响应计划。

32、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，所述处理器执行所述计算机程序是实现基于可再生能源与用户不确定性需求响应计划方法的步骤。

33、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现基于可再生能源与用户不确定性需求响应计划方法的步骤。

34、本发明的有益效果：本发明提供的基于可再生能源与用户不确定性需求响应计划方法采集气温预测数据，确定参与需求响应的设备的日前运行状态，减少能耗，提升系统的响应速度、实用性和效率，通过设备用电和购买的电量输出经济成本，并更新主残差与二次残差，根据成本调整设备状态，减少运营成本，提升系统的经济性和可靠性，减轻天气和消费者行为不确定性对需求响应计划效果的影响，基于admm的场景分解算法迭代优化，确保最终得到的需求响应计划在用户舒适度和经济成本之间达到最佳平衡，使用大量场景模拟现实情况，并以admm进行场景分解，降低了计算复杂度，本发明在效率、实用性以及可靠性方面都取得更加良好的效果。