阅读说明：本技术 基于典型负荷的微电网有序用电调度方法及装置 (Micro-grid ordered power utilization scheduling method and device based on typical load ) 是由 巨云涛 陈伟 曾丽婷 于 2018-08-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于典型负荷的微电网有序用电调度方法及装置,其中,方法包括：获取典型负荷的分类,并根据微电网的每个负荷的类型与当前电价建立数学模型,并获取优化目标函数和约束条件；根据博弈论观点通过求解最优调度模型,直至在最终结果收敛到Nash均衡时,获得每个个体单位时间的最优用电负荷值,以得到基于典型负荷的微电网有序用电调度模型；通过微电网有序用电调度模型使得微电网侧自动将高峰时段的用电负荷转移到低谷时段运行。该方法采用典型负荷分类技术,对微电网中的各大部分进行建模,以其不同的特点考虑其约束条件和现实生活中的运行状态,从而有效提高调度的适用性和实用性,能够实现削峰填谷、有序用电,简单易实现。(The invention discloses a micro-grid ordered power utilization scheduling method and device based on a typical load, wherein the method comprises the following steps: obtaining the classification of typical loads, establishing a mathematical model according to the type of each load of the microgrid and the current electricity price, and obtaining an optimization objective function and constraint conditions; according to the game theory viewpoint, the optimal scheduling model is solved until the final result converges to Nash balance, and the optimal power load value of each individual unit time is obtained, so that the ordered power utilization scheduling model of the micro-grid based on the typical load is obtained; the micro-grid side automatically transfers the power load in the peak period to the off-peak period for operation through the micro-grid ordered power utilization scheduling model. The method adopts a typical load classification technology to model most of the micro-grid, and considers the constraint conditions and the running state in real life according to different characteristics, thereby effectively improving the applicability and the practicability of dispatching, realizing peak clipping, valley filling and orderly power utilization, and being simple and easy to realize.)

基于典型负荷的微电网有序用电调度方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，特别涉及一种基于典型负荷的微电网有序用电调度方法及装置。

背景技术

在过去的几十年里，电力系统已经发展为集中发电，远距离输电的大型互联网络系统。但是随着电网规模的不断增大，电力系统出现了很多弊端：成本高、运行难度大，以火电为主的能源结构给环保带来了巨大的压力。随着用电负荷的不断增加，受端电网对外来电力的依赖程度不断提高，电力系统渐渐难以适应用户的可靠性要求及供电需求。针对这一系列问题，微电网的概念在本世纪初被提出。我国对微电网的定义为：微电网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。既可以与配电网运行(并网运行)，也可以与配电网断开独立运行(孤岛运行)。

近年来，随着我国经济持续发展，用电量日益增长，而电力供应相对滞后，电力短缺情况经常发生。当下电力市场的有序用电的管理模式主要是需求侧管理。但需求侧管理策略基本是采取限电拉闸等一系列的行政手段，不仅效率低下，而且用户参与度不高，容易在用电高峰阶段引起用户强烈的不满，这种管理模式还存在许多不足之处，所以需从需求侧管理升级为需求响应。而所有类型需求响应机制中，实时电价更新周期较短，可以每时每刻持续波动，因此实时电价能够很好地反映电力供需关系，是电力市场中最理想的电价机制之一，它能够实现用户侧与供应侧之间的实时互动交流，自动响应供应侧的负荷与价格变化。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于典型负荷的微电网有序用电调度方法，该方法有效提高了调度的适用性和实用性，能够实现削峰填谷、有序用电，简单易实现。

本发明的另一个目的在于提出一种基于典型负荷的微电网有序用电调度装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于典型负荷的微电网有序用电调度方法，包括以下步骤：获取典型负荷的分类，并根据微电网的每个负荷的类型与当前电价建立数学模型，并获取优化目标函数和约束条件；根据博弈论观点通过求解最优调度模型，直至在最终结果收敛到Nash均衡时，获得每个个体单位时间的最优用电负荷值，以得到基于典型负荷的微电网有序用电调度模型；通过所述微电网有序用电调度模型使得微电网侧自动将高峰时段的用电负荷转移到低谷时段运行。

本发明实施例的基于典型负荷的微电网有序用电调度方法，考虑了在用户侧添加分布式电源及储能装置形成微电网，并采用典型负荷分类技术，对微电网中的各大部分进行建模，以其不同的特点考虑其约束条件和现实生活中的运行状态，解决区域内含有分布式电源、储能装置、能量变换装置及典型负荷的微电网与主电网的之间的负荷调度策略的问题，从而有效提高了调度的适用性和实用性，能够实现削峰填谷、有序用电，简单易实现。

另外，根据本发明上述实施例的基于典型负荷的微电网有序用电调度方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据微电网的每个负荷的类型与当前电价建立数学模型，并获取优化目标函数和约束条件，进一步包括：初始化供需比和实时电价；通过所述微电网根据当前实时电价通过求解最优策略与最优负荷调度得到更新后的电力需求，并发布给主电网侧；通过所述主电网侧根据所述微电网侧的最新单位负荷需求计算出新的供需比，并根据所述新的供需比的所处档位更新并发布实时电价。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据博弈论观点通过求解最优调度模型，直至在最终结果收敛到Nash均衡时，进一步包括：在所述主电网侧的实时电价和所述微电网侧的用电需求均不改变时，达到所述Nash均衡，并得到所述最优有序用电调度模型。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述典型负荷的分类包括储能型负荷、可调型负荷、可控型负荷与基本负荷。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述微电网包括家庭用电、工业用电、商业用电与光伏和风力发电的总负荷。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种基于典型负荷的微电网有序用电调度装置，包括：获取模块，用于获取典型负荷的分类，并根据微电网的每个负荷的类型与当前电价建立数学模型，并获取优化目标函数和约束条件；求解模块，用于根据博弈论观点通过求解最优调度模型，直至在最终结果收敛到Nash均衡时，获得每个个体单位时间的最优用电负荷值，以得到基于典型负荷的微电网有序用电调度模型；转移模块，用于通过所述微电网有序用电调度模型使得微电网侧自动将高峰时段的用电负荷转移到低谷时段运行。

本发明实施例的基于典型负荷的微电网有序用电调度装置，考虑了在用户侧添加分布式电源及储能装置形成微电网，并采用典型负荷分类技术，对微电网中的各大部分进行建模，以其不同的特点考虑其约束条件和现实生活中的运行状态，解决区域内含有分布式电源、储能装置、能量变换装置及典型负荷的微电网与主电网的之间的负荷调度策略的问题，从而有效提高了调度的适用性和实用性，能够实现削峰填谷、有序用电，简单易实现。

另外，根据本发明上述实施例的基于典型负荷的微电网有序用电调度装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述获取模块进一步用于初始化供需比和实时电价，并通过所述微电网根据当前实时电价通过求解最优策略与最优负荷调度得到更新后的电力需求，并发布给主电网侧，且通过所述主电网侧根据所述微电网侧的最新单位负荷需求计算出新的供需比，并根据所述新的供需比的所处档位更新并发布实时电价。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述求解模块进一步用于在所述主电网侧的实时电价和所述微电网侧的用电需求均不改变时，达到所述Nash均衡，并得到所述最优有序用电调度模型。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述典型负荷的分类包括储能型负荷、可调型负荷、可控型负荷与基本负荷。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述微电网包括家庭用电、工业用电、商业用电与光伏和风力发电的总负荷。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的基于典型负荷的微电网有序用电调度方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的有序用电调度模型的操作流程图；

图3为根据本发明一个实施例的有序用电调度模型的系统示意图；

图4为根据本发明一个实施例的有序用电算法流程图；

图5为根据本发明一个实施例的基于典型负荷的微电网有序用电调度装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于典型负荷的微电网有序用电调度方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于典型负荷的微电网有序用电调度方法。

图1是本发明一个实施例的基于典型负荷的微电网有序用电调度方法的流程图。

如图1所示，该基于典型负荷的微电网有序用电调度方法包括以下步骤：

在步骤S101中，获取典型负荷的分类，并根据微电网的每个负荷的类型与当前电价建立数学模型，并获取优化目标函数和约束条件。

在本发明的一个实施例中，典型负荷的分类包括储能型负荷、可调型负荷、可控型负荷与基本负荷。

可以理解的是，如图2所示，本发明实施例基于典型负荷的分类如储能型、可控型、可调型与基本负荷，根据微电网各部分的负荷类型与主电网侧所发布的实时电价，建立数学模型，并写出优化目标函数和约束条件。

具体而言，首先将负荷分为四类：储能型负荷、可调型负荷、可控型负荷与基本负荷。如图3所示，对微电网中的四大部分即家庭用电、工业用电、商业用电与光伏和风力发电的总负荷进行建模，与主电网所公布的实时电价相结合，建立最优目标函数。如图4所示，具体包括：

(1)储能型负荷用α表示，在调度时间内可以完全调度的负载，具有反送电功能，如储能电池，它既可以使用负荷，也可以将负荷提供给他人使用；

(2)可调型负荷用β表示，在调度时间内可以完全调度的负载，但不具有反送电功能，如工业负荷的大小可以改变，并且在需要调度的时间内可停可运；

(3)可控型负荷用γ表示，只能部分调度，即可以改变负载运行的时间，但是无法改变负荷大小，也不具有反送电功能，如洗衣机可以随时使用，但是它的工作功率是恒定的，其负荷大小无法调度；

(4)基本负荷用δ表示，固定的负载，用户每天在某个时间内必须要用的负荷，不可调度，如夜晚必须使用的台灯和24小时需使用的电冰箱。

进一步地，在本发明的一个实施例中，微电网包括家庭用电、工业用电、商业用电与光伏和风力发电的总负荷。

可以理解的是，微电网系统包括四大部分即家庭用电、工业用电、商业用电与光伏和风力发电：家庭用电主要包括可调型、可控型的动态负荷和基本负荷；工业用电主要包括基本负荷与动态负荷；商业用电主要是基本负荷，由于它的动态负荷一般来说非常小，所以不予考虑；对于光伏和火力发电负荷，主要包括基本负荷与储能型负荷。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据微电网的每个负荷的类型与当前电价建立数学模型，并获取优化目标函数和约束条件，进一步包括：初始化供需比和实时电价；通过微电网根据当前实时电价通过求解最优策略与最优负荷调度得到更新后的电力需求，并发布给主电网侧；通过主电网侧根据微电网侧的最新单位负荷需求计算出新的供需比，并根据新的供需比的所处档位更新并发布实时电价。

具体而言，(1)初始化供需比。将主电网与微电网之间的供需比r^τ从最小值r_min到最大值r_max分成N份，并按从大到小排序。

(2)初始化实时电价。根据供需比r^τ，将实时电价分为N档，单位为元/kWh。设最低电价为g⁰，最高电价为g^N-1，实时电价g^τ∈[g⁰,g¹,g²,…g^n-1,…g^N-1]，根据供需比的所处档位，设置实时电价的初始值。

(3)微电网根据当前实时电价，根据求解最优策略与最优负荷调度，得出更新后的电力需求并发布给主电网侧。

(4)主电网侧根据微电网侧的最新单位负荷需求，计算出新的供需比r^τ，根据供需比的所处档位，更新实时电价g^τ并发布。

在步骤S102中，根据博弈论观点通过求解最优调度模型，直至在最终结果收敛到Nash均衡时，获得每个个体单位时间的最优用电负荷值，以得到基于典型负荷的微电网有序用电调度模型。

可以理解的是，如图2所示，根据博弈论观点，通过求解最优调度模型，当最终结果收敛到Nash均衡时，可获得每个个体单位时间的最优用电负荷值，得到基于典型负荷的微电网有序用电调度模型。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据博弈论观点通过求解最优调度模型，直至在最终结果收敛到Nash均衡时，进一步包括：在主电网侧的实时电价和微电网侧的用电需求均不改变时，达到Nash均衡，并得到最优有序用电调度模型。

可以理解的是，如图4所示，直到主电网侧的实时电价和微电网侧的用电需求都不再改变，此时达到Nash均衡，即得到了最优有序用电调度模型。

在步骤S103中，通过微电网有序用电调度模型使得微电网侧自动将高峰时段的用电负荷转移到低谷时段运行。

可以理解的是，在得到有序用电调度模型之后，此时微电网侧自动将高峰时段的用电负荷转移到低谷时段运行，可减少电费，所以本发明在得到对于两方都有利的情况下，还能削峰填谷，降低峰谷差。

下面通过具体实施例的方式对基于典型负荷的微电网有序用电调度方法进行进一步阐述。

本发明实施例了便于建模，做了如下假设：

1)，在电价的最小调度时间内(本发明实施例设置为1小时)，所有负载的负荷大小不变，将整个调度时间区域记做集合H＝{1,2,…τ,…M}；

2)，对于基本负荷，电价始终保持不变，基本负载电价用R来表示；

3)，对于其余三种负荷的购电电价为同一电价，用g^τ表示，其中τ表示当前时间；

4)，光伏与风力发电的补贴电价始终不变，用G表示。微电网各部分数量集合用I＝{1，2，...i,...N}表示，各部分各个个体之间彼此独立、互不影响、并且可能拥有一种或多种负载类型。

首先，本发明实施例对负荷进行分类，将负荷分成4类并建模：

①储能型负荷α：在调度时间内可以完全调度的负载，具有反送电功能。

设第i个个体的储能型负载在单位时间内用电负荷表示为

单位为kWh。由于储能型负荷仅在光伏与风力发电部分存在，且与机组发电量有关，即单位时间内的用电负荷为机组的发电功率

(假设本发明内的用电量大于发电量)，即

可调型负荷变量固定。

②可调型负荷β：在调度时间内可以完全调度的负载，但不具有反送电功能。

设第i个个体的可调型负载在单位时间内用电负荷表示为

单位为kWh。调度范围为

其中

为额定负荷的大小，单位为kWh。其调度时间内的用电总负荷为

单位为kWh，即可调型负荷变量约束条件的建模为：

③可控型负荷γ：只能部分调度，即可以改变负载运行的时间，但是无法改变负荷大小，也不具有反送电功能。

设第i个个体的可控型负载在单位时间内用电负荷表示为

单位为kWh。调度范围为

且负载只能分为运行状态与不运行状态，即

的取值只能为0或其中

为额定负荷的大小，单位为kWh。其调度时间内的用电总负荷为

单位为kWh，即可调型负荷变量约束条件的建模为：

或

④基本负荷δ：固定的负载，用户每天在某个时间内必须要用的负荷，不可调度。

设第i个个体的可控型负载在单位时间内用电负荷表示为

单位为kWh。

其次是对微电网内总电费最低为目标，对区域内四种用户的电费进行建模。本发明实施例所考虑的微电网负荷由四部分组成：家庭用电、工业用电、商业用电与光伏和风力发电负荷。

①家庭用电电费：

家庭用电主要包括可调型、可控型的动态负荷和基本负荷。

其中基本负荷电费，用y_u,1表示，则：

式中u表示家庭中第u个用户，与i意义相同。

动态负荷电费用，用y_u,2表示，则：

其中p^τ为当前时间τ的实时电价。

所以对于家庭用户u来说，总的电费函数为：

但是由于夜间家庭状态一般为休息状态，由于本发明不考虑有序用电的相关设备在用户中的投入运行，所以实际上除基本负荷之外的其他两种动态电荷一般只能在日间12个小时内调度。

②工业用电电费：

工业用电主要包括基本负荷与动态负荷。对于工业用户f来说，总的电费函数为：

式中f表示工业中第f个用户，与i意义相同。

对于工业用户来说，其内应有专业职员对负荷设备的运行与暂停进行24小时的管理，所以对于实际情况，工业用电为了削峰填谷来说，其中一大部分负荷应主要在夜间运行。

③商业用电电费：

商业用电主要是基本负荷，由于它的动态负荷一般来说非常小，所以不予考虑。对于商业用户b来说，总的电费函数为：

式中b表示工业中第b个用户，与i意义相同。

即商业用电在整个微电网内，所有考虑的负荷均属于不可调度部分。

④光伏及火力发电电费：

这部分负荷主要包括基本负荷与储能型负荷。基本负荷为不发电时支持机组运行的额定负荷，储能型负荷则为发电时的总发电部分。总电费分为两个部分：

一是机组发电不足够供机组运行使用，此时对外呈现消耗状态，此时

无反送电部分，电价为：

式中s表示工业中第s个用户，与i意义相同。

二是机组发电可供机组运行使用，并且多余的电荷可供微电网其余部分使用，此时需考虑反送电电价部分，电价为：

所以对于发电类用户s来说，总的电费函数为：

由于基本负载用电量与基本负载电价R不变，所以这部分电费固定，即商业用电电费保持不变；关于储能型负荷，由机组的发电量决定，在本发明中完全利用，由外界因素如光照、风力决定，所以在本发明中关于储能型负载电量与电价G不变，所以这部分电价固定，即光伏与风力发电电费保持不变。电费函数y只与可调型、可控型这两种动态负荷的电费有关，可得优化目标函数为：

s.t.

或

或

主电网可以根据当前供需比来决定电网电价，通过实时电价来调整负荷，最终调整用户负荷的调度达到最优。将主电网与微电网之间的供需比r^τ从最小值r_min到最大值r_max分成N份，并按从大到小排序。根据当时的供需比r^τ处在哪个分段，从而决定对应的实时电价。

微电网侧总体电力需求D^τ为：

则电力资源的供需比r^τ为：

式中l^τ为主电网在τ时候的可供电量。

当主电网侧的实时电价与微电网侧每个个体的单位负荷不再更改，此时表明已经达到Nash均衡，最优有序用电调度模型已经确定。

综上，本发明实施例针对一定区域内有光伏和风力发电的“微-主电网”模型，考虑在一定情况下，风力与光伏可发电供微电网本身负荷消耗的可能性；并与实际情况相结合，通过分辨家庭、商业、工业负荷特性，在典型负荷的建模基础上，建立整个微电网的用电需求模型，以实时电价为可变量，使主电网侧与微电网侧达到一个Nash均衡，在使两方利益最大化的同时，能够实现削峰填谷、有序用电。

根据本发明实施例提出的基于典型负荷的微电网有序用电调度方法，考虑了在用户侧添加分布式电源及储能装置形成微电网，并采用典型负荷分类技术，对微电网中的各大部分进行建模，以其不同的特点考虑其约束条件和现实生活中的运行状态，解决区域内含有分布式电源、储能装置、能量变换装置及典型负荷的微电网与主电网的之间的负荷调度策略的问题，从而有效提高了调度的适用性和实用性，能够实现削峰填谷、有序用电，简单易实现。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于典型负荷的微电网有序用电调度装置。

图5是本发明一个实施例的基于典型负荷的微电网有序用电调度装置的结构示意图。

如图5所示，该基于典型负荷的微电网有序用电调度装置10包括：获取模块100、求解模块200和转移模块300。

其中，获取模块100用于获取典型负荷的分类，并根据微电网的每个负荷的类型与当前电价建立数学模型，并获取优化目标函数和约束条件。求解模块200用于根据博弈论观点通过求解最优调度模型，直至在最终结果收敛到Nash均衡时，获得每个个体单位时间的最优用电负荷值，以得到基于典型负荷的微电网有序用电调度模型。转移模块300用于通过微电网有序用电调度模型使得微电网侧自动将高峰时段的用电负荷转移到低谷时段运行。本发明实施例的装置10解决区域内含有分布式电源、储能装置、能量变换装置及典型负荷的微电网与主电网的之间的负荷调度策略的问题，从而有效提高了调度的适用性和实用性，能够实现削峰填谷、有序用电，简单易实现。

进一步地，在本发明的一个实施例中，获取模块100进一步用于初始化供需比和实时电价，并通过微电网根据当前实时电价通过求解最优策略与最优负荷调度得到更新后的电力需求，并发布给主电网侧，且通过主电网侧根据微电网侧的最新单位负荷需求计算出新的供需比，并根据新的供需比的所处档位更新并发布实时电价。

进一步地，在本发明的一个实施例中，求解模块200进一步用于在主电网侧的实时电价和微电网侧的用电需求均不改变时，达到Nash均衡，并得到最优有序用电调度模型。

进一步地，在本发明的一个实施例中，典型负荷的分类包括储能型负荷、可调型负荷、可控型负荷与基本负荷。

进一步地，在本发明的一个实施例中，微电网包括家庭用电、工业用电、商业用电与光伏和风力发电的总负荷。

需要说明的是，前述对基于典型负荷的微电网有序用电调度方法实施例的解释说明也适用于该实施例的基于典型负荷的微电网有序用电调度装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的基于典型负荷的微电网有序用电调度装置，考虑了在用户侧添加分布式电源及储能装置形成微电网，并采用典型负荷分类技术，对微电网中的各大部分进行建模，以其不同的特点考虑其约束条件和现实生活中的运行状态，解决区域内含有分布式电源、储能装置、能量变换装置及典型负荷的微电网与主电网的之间的负荷调度策略的问题，从而有效提高了调度的适用性和实用性，能够实现削峰填谷、有序用电，简单易实现。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。