考虑多类型负荷需求响应的电力系统精细化运行模拟方法

摘要

本发明提出一种考虑多类型负荷需求响应的电力系统精细化运行模拟方法，属于需求响应领域及电力系统运行分析领域。该方法首先获取电力系统运行模拟时间范围内基于激励的需求响应信息、基于价格的需求响应信息以及可参与电力系统需求响应要素的信息；然后构建可中断负荷参与多类需求响应模型和可转移负荷参与多类需求响应模型；将两模型分别等效化处理，并嵌入到电力系统优化运行模型当中求解，得到电力系统多类型需求响应参与下的实际负荷需求。本发明有助于分析不同类型负荷的需求响应对电力系统运行的影响，提高未来大规模电力系统运行模拟的精细化程度，并可为多类型负荷需求响应参与下的电力系统优化调度问题提供技术支撑。

说明书

技术领域

本发明属于需求响应领域及电力系统运行分析领域，特别涉及一种考虑多类型负荷需求响应的电力系统精细化运行模拟方法。

背景技术

随着电力改革的不断深入以及电力市场的快速发展，需求响应技术逐渐成为电力系统重要影响因素。作为需求侧管理的重要技术手段之一，需求响应主要可以分为基于激励的和基于价格的需求响应两类。为了充分发挥多类型需求响应的各自特点，挖掘需求响应技术为电力系统稳定运行的潜在能力以及量化评估需求响应技术在未来电力系统运行过程中所能带来的优势，需要提供一种更加有效的方法来反映需求响应参与电力系统运行的特征。

电力系统的运行模拟作为未来电力系统运行状态优化分析的重要手段，已用于多种未来电力系统运行场景中，包括新能源随机出力、分布式能源等，对系统的运行稳定性、经济性以及环保性等多方面进行评估。但是，现有电力系统的运行模拟技术并未考虑未来电力市场参与下的需求响应技术对电力系统运行的影响。考虑到电力市场的逐步完善，未考虑需求响应下的电力系统运行模拟难以反映未来电力系统运行的真实情况。因此，需要提供一种有效的考虑多类型需求响应的电力系统精细化运行模拟方法，提升电力系统运行模拟技术的精细化程度，进而保证电力系统分析技术的合理性与可靠性。

发明内容

本发明的目的是弥补现有电力系统运行模拟技术中的不足之处，考虑多类型需求响应在未来电力系统中的多重作用，提出一种考虑多类型负荷需求响应的电力系统精细化运行模拟方法。本发明有助于分析不同类型负荷的需求响应对电力系统运行的影响，有助于提高未来大规模电力系统运行模拟的精细化程度，并可为多类型负荷需求响应参与下的电力系统优化调度问题提供技术支撑。

本发明提出一种考虑多类型负荷需求响应的电力系统精细化运行模拟方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)获取电力系统运行模拟时间范围内基于激励的需求响应信息、基于价格的需求响应信息以及可参与电力系统需求响应要素的信息；具体步骤如下：

1-1)获取电力系统中基于激励的需求响应信息；

其中，电力系统中基于激励的需求响应共M类；所述电力系统中基于激励的需求响应信息包括：每类基于激励的需求响应的奖励价格

1-2)获取电力系统中基于价格的需求响应信息；

其中，电力系统中基于价格的需求响应共N类；所述电力系统中基于价格的需求响应信息包括：t时刻电力系统电价信号p

1-3)读取电力系统中所有可参与需求响应的要素i，共I个；将所有要素分为可中断负荷IL及可转移负荷TL两类；读取每个要素i在运行模拟时间范围内分别作为可中断负荷和可转移负荷的运行时段，分别表示为

1-4)读取电力系统在运行模拟时间范围内各时刻负荷信息表示为D

2)构建不同种类负荷参与多类需求响应的模型，包括：可中断负荷参与多类需求响应模型和可转移负荷参与多类需求响应模型；具体步骤如下：

2-1)构建可中断负荷参与多类需求响应模型，该模型由目标函数和约束条件构成；具体步骤如下：

2-1-1)构建可中断负荷参与多类需求响应模型的目标函数，表达式如下：

其中，

2-1-2)确定可中断负荷参与多类需求响应模型的约束条件，具体如下：

2-2)构建可转移负荷参与多类需求响应模型，该模型由目标函数和约束条件构成；具体步骤如下：

2-2-1)构建可转移负荷参与多类需求响应模型的目标函数，表达式如下：

2-2-2)确定可转移负荷参与多类需求响应模型的约束条件，具体如下：

3)将步骤2)建立的不同种类负荷参与多类需求响应的模型进行等效化处理，并嵌入到电力系统优化运行模型当中求解，得到电力系统中多类型需求响应参与下的实际负荷需求；具体步骤如下：

3-1)将可中断负荷参与需求响应模型等效为具有不同运行周期、仅具有最大出力约束的常规火电发电机组优化模型，表达式如下：

其中，

3-2)将可转移负荷参与需求响应的模型等效为具有不同运行周期储能优化模型，表达式如下：

其中，

3-3)将式(15)和(16)的优化模型嵌入到选定的电力系统优化模型当中，对该电力系统优化模型求解，得到

本发明的特点及有益效果在于：

1)本发明通过分析多类型负荷在不同需求响应种类下的特征，建立技术经济等效化模型，可以将多类型负荷的需求响应作用嵌入到电力系统运行模拟模型中进行考虑，有助于分析不同类型负荷的需求响应对电力系统运行的影响，有助于提高未来大规模电力系统运行模拟的精细化程度，并可为多类型负荷需求响应参与下的电力系统优化调度问题提供技术支撑。

2)本发明建立的需求响应模型是线性规划模型，可以很好地融入电力系统模型中。同时该模型可以利用现有的商业优化软件进行快速求解，计算复杂度低，有效节省了计算资源。

具体实施方式

本发明提出一种考虑多类型负荷需求响应的电力系统精细化运行模拟方法，该方法包括以下步骤：

1)获取电力系统运行模拟时间范围内基于激励的需求响应信息、基于价格的需求响应信息以及可参与电力系统需求响应要素的信息；具体步骤如下：

1-1)获取电力系统中基于激励的需求响应信息；

其中，电力系统中基于激励的需求响应共M类；所述电力系统中基于激励的需求响应信息包括：每类基于激励的需求响应的奖励价格、每类基于激励的需求响应的运行时间段以及t时刻可参与基于激励的需求响应的电量最大值，分别表示为

1-2)获取电力系统中基于价格的需求响应信息；

其中，电力系统中基于价格的需求响应共N类；所述电力系统中基于价格的需求响应信息包括：t时刻电力系统电价信号、每类基于价格的需求响应的运行时间段以及t时刻可参与基于价格的需求响应电量最大值，分别表示为p

1-3)读取电力系统中所有可参与需求响应的要素i,共I个；根据该要素参与需求响应形式将其分为可中断负荷及可转移负荷两类，并分别用IL和TL来表示；读取每个要素i在运行模拟时间范围内分别作为可中断负荷和可转移负荷的运行时段，分别表示为

1-4)读取电力系统在运行模拟时间范围内各时刻负荷信息，表示为D

2)定义t时刻参与基于激励的需求响应变量和参与基于价格的需求响应变量分别为

2-1)构建可中断负荷参与多类需求响应模型，该模型由目标函数和约束条件构成；具体步骤如下：

2-1-1)构建可中断负荷参与多类需求响应模型的目标函数，可以表示为：

其中，集合

2-1-2)确定可中断负荷参与多类需求响应模型的约束条件，具体如下：

其中，式(2)和(3)分别代表可中断负荷参与基于激励的需求响应和基于价格的需求响应的响应量限制约束；式(4)代表在同一时刻可中断负荷不可以同时参与两种类型的需求响应；式(5)和(6)分别代表在同一时刻可中断负荷不可以同时参与不同种类的基于激励的需求响应和基于价格的需求响应。

2-2)构建可转移负荷参与多类需求响应模型，该模型由目标函数和约束条件构成；具体步骤如下：

2-2-1)构建可转移负荷参与多类需求响应模型的目标函数，可以表示为：

该目标函数代表成本最小化，其中，式(7)中第一项代表参与基于激励的需求响应所产生的成本，第二项代表参与基于价格的需求响应效益所产生的成本。

2-2-2)确定可转移负荷参与多类需求响应模型的约束条件，具体如下：

其中，式(8)和(9)分别代表基于激励和基于价格的需求响应的响应量约束；式(10)和(11)分别代表可转移负荷在不同需求响应类型下，在可响应时段内的能量平衡约束；式(12)代表在同一时刻可转移负荷不可以同时参与两种类型的需求响应；式(13)和(14)分别代表在同一时刻可转移负荷不可以同时参与不同种类的基于激励的需求响应和基于价格的需求响应。

3)将步骤2)建立的不同种类负荷参与多类需求响应的模型的进行等效化处理，并嵌入到电力系统优化运行模型当中求解，得到电力系统中多类型需求响应参与下的实际负荷需求；具体步骤如下：

3-1)可中断负荷参与需求响应模型可以在数学上等效为具有不同运行周期、仅具有最大出力约束的常规火电发电机组优化模型，表达式如下：

其中，

3-2)可转移负荷参与需求响应的模型可以在数学上等效为具有不同运行周期储能优化模型，表达式如下：

其中，

3-3)式(15)和(16)建立的优化模型均为线性优化问题，可以嵌入到任意现有电力系统优化模型当中，同时不改变原优化模型类型。调用商用软件包Cplex等进行求解电力系统优化模型，得到各个时刻可中断负荷参与需求响应的等效变量最优解