基于一致性算法的工业园区分布式综合需求响应方法技术

本发明专利技术公开了一种基于一致性算法的工业园区分布式综合需求响应方法。首先根据工厂综合能源系统的供能架构给出用户的可调控资源和工业园区集中式IDR模型，然后设计了工业园区的分布式信息交互机制，进而提出一种在均衡状态下能使用户个体最优与园区整体最优的IDR方案相一致的工业园区IDR市场机制。最后，基于一致性算法建立了工业园区分布式IDR模型。算例分析结果表明所提分布式IDR方法可在减少用户对外提供信息的同时得到有效的IDR方案，并且用户可获得比各自独立参与IDR更高的收益。

【技术实现步骤摘要】
基于一致性算法的工业园区分布式综合需求响应方法
本专利技术涉及工业园区综合需求响应领域，尤其涉及一种基于一致性算法的工业园区分布式综合需求响应方法。
技术介绍
近年来，构建综合能源系统(integratedenergysystem，IES)，实现电、热、冷、气等各种能源的耦合互补已经成为能源领域发展的主要方向。在此背景下，传统的电力需求响应(demandresponse，DR)正逐步扩展为综合需求响应(integrateddemandresponse，IDR)。IDR可将需求侧的多种可调控资源进行整合，将用能种类转换与用能时间转移、负荷削减相结合，进一步挖掘需求侧的响应潜力。电网输送能力不断增加的同时，还要关注电力使用的安全情况,要想能够安全有效地运行就少不了对大用户业扩报装进行负荷预测,只有知道了当前电网所能承受的负荷电量,才能使之不超过这个限度而发生安全危险，同时也只有知道了用户需要的负荷电量，才能为配电网建设进行准确的规划，增加电网设备的利用率，节省经费。目前国内外学者对IDR的研究已经取得了一定成果。如中国电机工程学报报道了一种由电热水器组成的集群温控负荷模型，研究了其在频率响应下的调节策略。以及基于安全约束的价格型需求响应优化调度建模，针对具有确定价格弹性系数的价格型负荷，分析了价格型DR参与平衡风电功率波动的调度过程。外文文献中有报道利用家庭能量管理系统，对居民用户典型用电设备的需求响应特性进行分类，实现对实时电价的响应。但是现有报道中均只研究了具有特定响应特性及运行约束的需求侧可控资源参与DR的调控策略，而实际中考虑多能互补的IDR特性往往较为复杂，难以建立响应量与成本的显函数关系。现有研究中的IDR多为集中式的统一优化调度，上级EMS需要获取用户的设备参数、生产运行情况等可能涉及私密性的信息，降低了用户参与IDR的意愿。此外，现有技术中只考虑用户对分时电价的响应，关于用户参与调峰需求响应的削峰容量分配和补偿机制，目前尚未有充分的研究。
技术实现思路
针对现有技术问题中的集中式IDR信息安全性较低，且对用户参与调峰需求响应后的削峰容量分配和补偿机制研究不完善的问题，本专利技术提出了一种基于一致性算法的工业园区分布式综合需求响应方法，本专利技术以工业园区为研究对象，在工业用户响应分时电价的基础上，进一步考虑用户对上级电网调峰需求的响应。首先，根据工厂IES的供能架构，建立工业园区的集中式IDR模型，用以获取使园区整体运行成本最小的IDR方案。然后，结合现行市场机制设计了工业园区内部用户间的IDR市场机制，在该机制引导下用户个体最优与园区整体最优的IDR方案相一致，即各用户分布式的运行优化结果与采用集中式IDR模型得到的结果相同。最后，基于一致性算法和所设计的IDR市场机制，建立了工业园区的分布式IDR模型。在分布式迭代计算过程中，用户需要对外提供的信息仅为IDR边际成本迭代值，较好地保护了其信息私密性。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于一致性算法的工业园区分布式综合需求响应方法，包括如下步骤：步骤1：在工业园区内部建立以统一价格结算的园区IDR市场，工业用户对分时电价做出响应并上报用能计划，上级电网对工业园区总体用能情况进行安全性评估，若能通过安全校核，则工业用户按原计划用能，若不能通过安全校核，则上级电网向工业园区下发削峰需求指令和电网调峰服务价格；所述的削峰需求指令包括工业园区调峰需求容量以及各个工业用户的应削峰量；步骤2：各个工业用户根据邻近用户的IDR边际成本对自身的IDR边际成本进行更新，同时以最小化自身运行成本为目标更新IDR容量，并将更新后的IDR边际成本传递至邻近工业用户；其中初始IDR边际成本为电网调峰服务价格；步骤3：根据各个工业用户更新前与更新后的IDR边际成本及IDR容量，判断是否满足迭代计算的终止条件，若满足，则将各个工业用户最后更新的IDR边际成本中的最大值作为园区IDR市场的最终出清价格进行结算，同时各个工业用户最后更新的IDR容量为其削峰量；若不满足，则返回步骤2继续更新各个工业用户的IDR边际成本和IDR容量。与现有技术相比，本专利技术方法具有的有益效果是：1)与传统的集中式IDR相比，本专利技术采用了工业园区的分布式IDR模型，具体的，本专利技术结合现行市场机制设计了工业园区内部用户间的IDR市场机制，在该机制引导下用户个体最优与园区整体最优的IDR方案相一致，即各用户分布式的运行优化结果与采用集中式IDR模型得到的结果相同，在分布式迭代计算过程中，用户需要对外提供的信息较少，仅需要提供IDR边际成本迭代值，较好地保护了其信息私密性，使需求响应具备更强的实际可行性。2)借鉴并结合现行市场机制设计了工业用户参与调峰需求响应的削峰容量与收益分配机制，初始化时，各个工业用户将电网调峰服务价格作为自身的初始IDR边际成本，将自身的IDR边际成本传递至邻近工业用户，各个工业用户根据邻近用户的IDR边际成本更新自身的IDR边际成本，并提出了边际成本的更新公式：根据更新后的自身IDR边际成本值，以最小化自身运行成本为目标更新可提供的IDR容量，根据迭代计算的终止条件得到最终结果。在现行的市场机制下具备实施的可行性，并且在该机制下用户可获得比各自独立进行IDR更高的收益，提高了用户参与IDR的积极性。3)本专利技术的分布式IDR可使园区整体运行成本达到最小，并且在分布式IDR过程中用户能够以最小化自身成本为目标进行优化运行，可促进用户充分挖掘自身的IDR潜力。附图说明图1为分布式IDR的信息流示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明。与园区EMS进行集中式的优化管理不同，在分布式IDR机制中，工业用户以自身利益最大化为目标进行用能优化，用户之间通过多次消息传递最终对IDR方案达成共识。以包含5个用户的工业园区为例，用户之间的通信网络以及多方主体之间传递的信息如图1所示。其中：λi,k为第i个用户在第k次消息传递中发出的信息，本实施例中该消息为IDR边际成本。在园区中实施分布式IDR的具体消息传递流程为：首先，工业用户考虑生产过程的多能协同和热能梯级利用，对分时电价做出响应，进行用能优化，并向上级电网发送用能计划。然后，上级电网对电力系统总体用能情况进行安全性评估，若能通过安全校核，则用户按原计划用能，否则向园区下发调峰需求和电网调峰辅助服务价格。同时上级电网根据用户缴纳的基本电费，计算各用户的应削峰量并下发。最后，在设计的工业园区IDR市场机制下，基于一致性算法，用户之间通过多次相互传递IDR边际成本信息得到IDR方案。每次消息传递后，用户根据邻近用户的IDR边际成本更新自身的IDR边际成本值，并发送给邻近用户，并且以最小化自身运行成本为目标更新意愿提供的削峰容量，其中邻近用户是指存在通信信道相连的用户。最终各用户的IDR边际成本趋于一致，将其确定为IDR市场的出清价格，同时得到各用户的削峰量。园区内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于一致性算法的工业园区分布式综合需求响应方法，其特征在于包括如下步骤：/n步骤1：在工业园区内部建立以统一价格结算的园区IDR市场，工业用户对分时电价做出响应并上报用能计划，上级电网对工业园区总体用能情况进行安全性评估，若能通过安全校核，则工业用户按原计划用能，若不能通过安全校核，则上级电网向工业园区下发削峰需求指令和电网调峰服务价格；所述的削峰需求指令包括工业园区调峰需求容量以及各个工业用户的应削峰量；/n步骤2：各个工业用户根据邻近用户的IDR边际成本对自身的IDR边际成本进行更新，同时以最小化自身运行成本为目标更新IDR容量，并将更新后的IDR边际成本传递至邻近工业用户；其中初始IDR边际成本为电网调峰服务价格；/n步骤3：根据各个工业用户更新前与更新后的IDR边际成本及IDR容量，判断是否满足迭代计算的终止条件，若满足，则将各个工业用户最后更新的IDR边际成本中的最大值作为园区IDR市场的最终出清价格进行结算，同时各个工业用户最后更新的IDR容量为其削峰量；若不满足，则返回步骤2继续更新各个工业用户的IDR边际成本和IDR容量。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于一致性算法的工业园区分布式综合需求响应方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：在工业园区内部建立以统一价格结算的园区IDR市场，工业用户对分时电价做出响应并上报用能计划，上级电网对工业园区总体用能情况进行安全性评估，若能通过安全校核，则工业用户按原计划用能，若不能通过安全校核，则上级电网向工业园区下发削峰需求指令和电网调峰服务价格；所述的削峰需求指令包括工业园区调峰需求容量以及各个工业用户的应削峰量；
步骤2：各个工业用户根据邻近用户的IDR边际成本对自身的IDR边际成本进行更新，同时以最小化自身运行成本为目标更新IDR容量，并将更新后的IDR边际成本传递至邻近工业用户；其中初始IDR边际成本为电网调峰服务价格；
步骤3：根据各个工业用户更新前与更新后的IDR边际成本及IDR容量，判断是否满足迭代计算的终止条件，若满足，则将各个工业用户最后更新的IDR边际成本中的最大值作为园区IDR市场的最终出清价格进行结算，同时各个工业用户最后更新的IDR容量为其削峰量；若不满足，则返回步骤2继续更新各个工业用户的IDR边际成本和IDR容量。


2.如权利要求1所述的基于一致性算法的工业园区分布式综合需求响应方法，其特征在于，所述的步骤1中上级电网根据工业用户缴纳的基本电费对应的需量分配各个工业用户的应削峰量，首先计算各工业用户的可用容量基准值：



其中，t为一天内的时段编号，Pref,i,t为第i个工业用户在时段t的可用容量基准值，Po,i,t第i个用户在t时段的计划购电功率；Pd,t为上级电网在时段t的削峰需求总量，N为工业园区内的工业用户数量，Pb,i为第i个工业用户的需量；
根据各工业用户的可用容量基准值，计算各工业用户的应削峰量：
Pdref,i,t＝Po,i,t-Pref,i,t
其中，Pdref,i,t为第i个工业用户在时段t的应削峰量。


3.如权利要求1所述的基于一致性算法的工业园区分布式综合需求响应方法，其特征在于，所述的步骤2具体为：
步骤2.1：各个工业用户将电网调峰服务价格作为自身的初始IDR边际成本；
步骤2.2：各个工业用户将自身的IDR边际成本传递至邻近工业用户，各个工业用户根据邻近用户的IDR边际成本更新自身的IDR边际成本：



式中：λi,t,k为第k次消息传递后第i个用户更新的时段t的IDR边际成本值，初始IDR边际成本为电网调峰服务价格；βk-1和αk-1为单调递减的第k-1次消息传递的权重系数；Φi为通信网络中第i个用户的邻近用户集合；Γ为需调峰的时段集合；Pd,i,t,k-1为第k-1次迭代后第i个用户提供的IDR容量，其计算公式如下：
Pd,i,t,k-1＝Po,i,t-Pi,t,k-1,t∈Γ
式中：Pi,t,k-1为第k-1次迭代后第i个用户在t时段的购电功率，Po,i,t为第i个用户在t时段的初始计划购电功率；
步骤2.3：各个工业用户根据更新后的自身IDR边际成本值，以最小化自身运行成本为目标更新可提供的IDR容量，迭代优化的目标函数为：



式中：Ci为第i个用户根据自身IDR边际成本值预计的其参与IDR后的总成本，λi,t,k为第k次消息传递后第i个用户更新的时段t的IDR边际成本值，Ceqp,i为第i个工业用户的日用能成本，Pref,i,t为第i个工业用户在时段t的可用容量基准值，Pi,t为工业用户i在时段t的计划购电功率；
迭代优化的约束条件为：















式中：PAC,L,i,t、PDC,L,i,t、HL,i,t、QL,i,t和Ppv,i,t分别为第i个工业用户在t时段的交流负荷、直流负荷、热负荷、冷负荷和光伏出力；PAC,i,t和PDC,i,t分别为对应于第i个工业用户t...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩荣杰，陈思浩，范华，周军伟，邱海锋，寿挺，李建斌，朱铁铭，许金彤，王建飞，华赟，霍凯龙，陈军良，王嘉华，李东，朱渭杨，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司杭州供电公司，国网浙江杭州市萧山区供电有限公司，浙江中新电力工程建设有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33