计及差异化需求响应的微电网源荷储协调优化调度方法技术

本发明专利技术提供了一种计及差异化需求响应的微电网源荷储协调优化调度方法，根据负荷用电特性将负荷分为商业负荷、居民负荷和工业负荷，并根据不同类型负荷响应弹性差异性，构建计及分类负荷和用电时段差异的电量电价弹性系数矩阵，基于负荷变化量随电价的变化呈前期变化快后期趋于稳定的趋势，构建了负荷变化量与电价改变量呈指数关系的新型价格型需求响应机制；然后结合储能充放电模型，建立了以系统运行成本最低为目标的微电网源荷储协调优化调度模型；最后将双变异策略和多核并行运算结合到常规的微分进化算法中，提出并行双策略微分进化算法，实现对多维度、非线性、多约束的复杂微电网源荷储协调优化调度模型的高效求解。

Coordinated optimal scheduling method of source and load storage for microgrid considering differential demand response

【技术实现步骤摘要】
计及差异化需求响应的微电网源荷储协调优化调度方法
本专利技术涉及电力系统优化调度
，尤其涉及一种计及差异化需求响应的微电网源荷储协调优化调度方法。
技术介绍
微电网是指由分布式电源、储能装置、负荷、能量转换装置和保护装置等组成的自治系统。随着风电、光伏等可再生能源在微网中比重不断增加，微网的优化调度变得相对复杂，如何充分挖掘需求侧响应的潜力，提高源荷两侧的互动，对解决微电网中源荷匹配性较差和弃风弃光的问题具有重要的意义。需求响应是指负荷侧用户针对市场价格信号或激励机制主动改变原有用电消费模式的行为。随着需求侧管理技术的不管改进，合理利用需求侧负荷的主动性成为了解决间歇性能源出力变化及源荷不匹配等问题的有效方法。现有研究没有对用户进行分类，未考虑不同类型负荷在不同时段具有不同的电量电价需求平衡关系，存在响应弹性差异性；此外，目前研究在价格型需求响应模型中将负荷变化量与电价变化量的关系近似为线性模型，然而在正常情况下，用户一般都存在饱和用电量和基本用电量，因此电价对负荷需求的影响并不会是简单的线性关系，如当电价提高到一定水平后，通过电价提升以减少负荷需求将不再具有明显效果。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种计及差异化需求响应的微电网源荷储协调优化调度方法，包括以下步骤：S1、建立基于差异化弹性系数矩阵和指数型价格需求响应模型的差异化需求响应机制；S2、构建计及差异化需求响应的微电网源荷储协调优化调度模型；S3、构建并行双策略微分进化算法对所述微电网源荷储协调优化调度模型进行高效求解。其中，根据负荷用电特性将负荷分为商业负荷、居民负荷和工业负荷，并根据不同类型负荷响应弹性差异性，构建计及分类负荷和用电时段差异的电量电价弹性系数矩阵，基于负荷变化量随电价的变化呈前期变化快后期趋于稳定的趋势，构建了负荷变化量与电价改变量呈指数关系的新型价格型需求响应机制；然后结合储能充放电模型，建立了以系统运行成本最低为目标的微电网源荷储协调优化调度模型；最后将双变异策略和多核并行运算结合到常规的微分进化算法中，提出并行双策略微分进化算法，实现对多维度、非线性、多约束的复杂微电网源荷储协调优化调度模型的高效求解。其中，所述差异化需求响应机制措施如下所示：价格型需求响应主要通过制定分时电价引导用户用电时段的变化，优化调整用户的用电行为；分时电价的制定方法是在平均电价的基础上进行上下调整得到峰谷时刻的电价：式中：m表示负荷类型，1、2、3分别表示商业负荷、工业负荷和居民负荷；分别表示m类负荷的峰时电价和谷时电价；Hm为m类负荷的平均电价；和分别为峰时电价上调系数和谷时电价下调系数；负荷需求变化对电价变化的响应关系可用弹性系数表示，弹性系数τ表示负荷需求量变化率与电价变化率之比：式(2)中P0和ΔP分别为初始负荷需求量及其变化量，H0和ΔH分别为初始电价及其变化量；由(2)表达可认为负荷需求变化量与电价变化量之间呈线性关系，但实际上由于用户存在饱和用电量和基本用电量，当电价在一定的正常范围内变化对负荷需求调节的效果较为明显，而当电价改变量过大时，通过电价调节负荷的效果将越来越弱；为了真实反映这种情形，在此构造如下负荷需求对电价的指数关系弹性响应：式(3)中λ为指数弹性系数；Pmax和Pmin分别为饱和负荷和基本负荷，其中饱和负荷是指用户的最大可能用电量，在实际应用中可取较长一段时期内的该类负荷历史数据的最大值；P+和P-分别为负荷变化上下限；由于不同用户类型在不同时段用电量对电价的响应特征不同，故相应的弹性系数也不同，差异化弹性系数矩阵可表达为：式(4)中m表示负荷类型，1、2、3分别表示商业负荷、工业负荷和居民负荷；矩阵中对角元素为各对应时段的自弹性系数，其他元素为时段i和时段j之间的交叉弹性系数；一般可将各时段划分为峰、平、谷三类时段，则可根据i、j分别对应的时段类别，由峰、平、谷时段自弹性系数或者交叉弹性系数确定；综合式(3)和式(4)，可推导出考虑价格型需求响应后的t时刻的总负荷为：式(5)中PPDR(t)为t时刻基于价格型需求响应后的总负荷；为t时刻m类负荷的初始需求量；为t时段的饱和负荷和基本负荷；为i时刻用户m的电价变化量。其中，所述步骤S2中微电网源荷储协调优化调度模型如下所示：式中：T为日前优化调度周期；G、S、m分别为可控分布式电源、储能装置的数量及负荷的类型；FDG,k为可控分布式电源调度成本；FESS,i为蓄电池调度成本；为可中断负荷补偿成本；各调度成本的具体数学模型如下：(1)可控分布式电源调度成本式中：αk、βk、γk为可控分布式电源调度成本系数；PDG,k(t)为可控分布式电源有功出力；MDG,k为影响第k台DG的运行管理成本系数；hDG,k为第k台DG的单位容量安装成本；uDG,k为第k台DG的资本回收系数；为第k台DG的最大输出功率；TDG,k为第k台DG的年运行小时数；CDG,k为影响第k台DG的容量因素；(2)蓄电池储能的调度成本ESS在t时刻的荷电状态(StateofCharge,soc)与本时刻的充放电量和t-1时刻的soc值有关，其充放电过程可描述如下：式中：和分别是蓄电池充电和放电功率，ζc和1/ζd分别是储能充电和放电效率，CESS是储能容量；蓄电池在t时刻的调度成本为：式中：δESS为蓄电池的调度成本系数；PESS(t)为蓄电池在t时刻的充放电功率；模型约束条件包括：功率平衡约束、机组功率上下限约束、柴油发电机爬坡约束、蓄电池电量充放约束和削减负荷上下限约束。其中，所述步骤S3中并行双策略微分进化算法是利用多核计算机按核数将种群分为多个子种群并行进行优化，步骤如下所示：(1)将种群规模为p的种群按计算机核数均分为n个规模为q的子种群，并分配给每个计算单元lab寻优；(2)各lab计算子种群中个体的适应度值，并按适应度值进行排序；(3)将排序后的种群分割为优部群落Cg和劣部群落Cb，分别采用不同的变异策略进行微分进化操作更新优劣部落Cg和Cb；(4)合并优劣部落为C并求取新种群中的适应度值，迭代次数g＝g+1；若g＜gen，返回步骤(2)，若g＝gen，则停止循环并合并优化后的各子种群进行排序得到最优解。本专利技术的有益效果：本专利技术计及不同类型负荷响应弹性差异性和负荷变化量与电价改变量呈非线性关系，构建了新型的差异性需求响应机制，并在此基础上建立了以系统运行成本最低为目标的计及差异化需求响应的微网源荷储协调优化调度模型；本专利技术根据不同类型负荷响应弹性差异性，构造了新型计及分类负荷和用电时段差异的电量电价响应弹性系数矩阵，考虑到负荷变化量随电价的变化呈前期变化快后期趋于稳定的趋势，构建了负荷变化量与电价改变量呈指数关系的新型差异化需求响应机制；本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.计及差异化需求响应的微电网源荷储协调优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、建立基于差异化弹性系数矩阵和指数型价格需求响应模型的差异化需求响应机制；/nS2、构建计及差异化需求响应的微电网源荷储协调优化调度模型；/nS3、构建并行双策略微分进化算法对所述微电网源荷储协调优化调度模型进行高效求解。/n

【技术特征摘要】
1.计及差异化需求响应的微电网源荷储协调优化调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立基于差异化弹性系数矩阵和指数型价格需求响应模型的差异化需求响应机制；
S2、构建计及差异化需求响应的微电网源荷储协调优化调度模型；
S3、构建并行双策略微分进化算法对所述微电网源荷储协调优化调度模型进行高效求解。


2.根据权利要求1所述的计及差异化需求响应的微电网源荷储协调优化调度方法，其特征在于：根据负荷用电特性将负荷分为商业负荷、居民负荷和工业负荷，并根据不同类型负荷响应弹性差异性，构建计及分类负荷和用电时段差异的电量电价弹性系数矩阵，基于负荷变化量随电价的变化呈前期变化快后期趋于稳定的趋势，构建了负荷变化量与电价改变量呈指数关系的新型价格型需求响应机制；然后结合储能充放电模型，建立了以系统运行成本最低为目标的微电网源荷储协调优化调度模型；最后将双变异策略和多核并行运算结合到常规的微分进化算法中，提出并行双策略微分进化算法，实现对多维度、非线性、多约束的复杂微电网源荷储协调优化调度模型的高效求解。


3.根据权利要求1所述的计及差异化需求响应的微电网源荷储协调优化调度方法，其特征在于，所述步骤S1中差异化需求响应机制措施如下所示：
价格型需求响应主要通过制定分时电价引导用户用电时段的变化，优化调整用户的用电行为；分时电价的制定方法是在平均电价的基础上进行上下调整得到峰谷时刻的电价：



式中：m表示负荷类型，1、2、3分别表示商业负荷、工业负荷和居民负荷；分别表示m类负荷的峰时电价和谷时电价；Hm为m类负荷的平均电价；和分别为峰时电价上调系数和谷时电价下调系数；
负荷需求变化对电价变化的响应关系可用弹性系数表示，弹性系数τ表示负荷需求量变化率与电价变化率之比：



式(2)中P0和ΔP分别为初始负荷需求量及其变化量，H0和ΔH分别为初始电价及其变化量；
由(2)表达可认为负荷需求变化量与电价变化量之间呈线性关系，但实际上由于用户存在饱和用电量和基本用电量，当电价在一定的正常范围内变化对负荷需求调节的效果较为明显，而当电价改变量过大时，通过电价调节负荷的效果将越来越弱；为了真实反映这种情形，在此构造如下负荷需求对电价的指数关系弹性响应：



式(3)中λ为指数弹性系数；Pmax和Pmin分别为饱和负荷和基本负荷，其中饱和负荷是指用户的最大可能用电量，在实际应用中可取较长一段时期内的该类负荷历史数据的最大值；P+和P-分别为负荷变化上下限；
由于不同用户类型在不同时段用电量对电价的响应特征不同，故相应的弹性系数也不同，差异化弹性系数矩阵可表达为：



式(4)中m表示负荷类型，1、2、3分别表示商业负荷、工业负荷和居民负荷；矩阵中对角元素为各对应时段的自弹性系数，其他...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘本仁，张妍，彭春华，万勇，孙惠娟，
申请(专利权)人：国网江西省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36