[发明专利]一种基于预测的低碳调度方法

权利要求书

1.一种基于预测的低碳调度方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：变分模态分解(VMD)

变分模态分解是在EMD的基础上提出的一种新型复杂信号分解方法，首先通过拉格朗日乘子和惩罚项在确定参数过程中实现去噪，然后将输入信号分解为k个不同频率的有限带宽，将其称为模态u_k，使每个子分量的带宽估计之和最小，带约束的变分问题模型见式(1)：

式中：K为需要分解的模态个数；{u_k}＝{u₁,…,u_k}为各模态分量；{ω_k}＝{ω₁,ω₂,…,ω_k}为各模态分量中心频率；δ(t)为冲激函数；为对t求偏导数；f为原信号；

为了求出该约束变分问题的最优解，引入拉格朗日算子λ(t)，将约束性变分问题转化为非约束性变分问题，如下：

式中α为二次惩罚因子，作用是降低高斯噪声的干扰，利用交替方向乘子算法，优化得到各模态分量和中心频率，并求取上述拉格朗日函数的鞍点，交替寻优迭代后的u_k，ω_k和λ的表达式如下：

式中，λ为噪声容忍度，满足信号分解的保真要求；和分别对应u_i(t)，f(t)，λ(t)的傅里叶变换；

步骤2：门控循环神经网络预测模型

循环神经网络(RNN)主要用于处理历史时间序列，但是RNN容易出现梯度消失和梯度爆炸现象，因此在RNN基础上提出了长短期记忆网络(long short-term memory，LSTM)，LSTM在RNN的基础上增加了3个门的逻辑控制单元：输入门、遗忘门和输出门，使得LSTM可以选择性地记忆新信息或者删除旧信息；有效解决了RNN处理过长时间序列时的梯度消失和梯度爆炸等问题；

LSTM因良好的记忆长期依赖性，被广泛用于预测时间序列数据，由于其内部结构较为复杂，LSTM网络的训练通常需要很长时间，于是又在LSTM网络模型的基础上提出了一种门控循环单元(GRU)网络模型，GRU网络作为LSTM网络的一种变体，具有与LSTM相似的单元结构；

RNN模块仅包含1个tanh函数，LSTM模块包含1个tanh函数和3个sigmoid函数，并引入门限结构，GRU在LSTM的基础上，将遗忘门和输入门合成了一个单一的更新门(z)，重置门(r)则主要决定了到底有多少过去的信息需要遗忘，由于只使用了同一个门控z就同时可以进行遗忘和选择记忆，与LSTM相比，GRU内部少了一个“门控”，参数比LSTM少，但是却也能够达到与LSTM相当的功能，在训练数据时更加高效；

GRU网络的神经元由以下公式计算得出：

z_t＝σ(W_z·[h_t-1,x_t]) (7)

r_t＝σ(W_r·[h_t-1,x_t]) (8)

式中，tanh为tanh激活函数；σ为sigmoid激活函数；z_t为更新门；r_t为重置门；W_z与W_r分别表示更新门与重置门的递归权重；为当前记忆内容，是对新的输入X_t和上一时刻的h_t-1的总结；h_t为当前时刻的最终记忆内容，由h_t-1和相加得到，两者的权重由更新门z_t控制。

步骤3：综合需求响应调度模型

负荷侧响应主要包括电负荷响应与热负荷响应；其中电负荷响应主要分为可中断负荷与可转移负荷；热负荷以温度作为调节约束，在可允许的范围内进行调整，称为可调节热负荷；

考虑到需求响应会对用户造成一定的影响，热电响应水平不可能同时达到最高，因此需要平衡热电响应水平，以达到风电消纳水平与经济性综合指标达到最优，为此，引入权重系数的概念，使用不同的权重因子来表示电响应与热响应所占的比重，α表示电响应所占的比重，β表示热响应所占的比重，其中

为了对比不同调度场景下的弃风与碳排情况，引入弃风率与发电机组的碳排量计算公式；

弃风率计算公式如下

式中，P_WTj(t)为t时段第j个风电机组实际上网功率，P_AWTj(t)为t时段第j个风电机组弃风功率；

火电机组与CHP机组的碳排放量计算公式如下；

式中，E_pMT为火电机组的实际碳排放量，E_pCHP为CHP机组的实际碳排放量，η_e为发电机组碳排系数，η_c为CHP组碳排系数，其中CHP机组按照发电量计算；

应用储能补偿预测误差可使预测风电出力更接近于实际出力，因此建立预测误差补偿策略；

补偿策略主要从误差整体考虑，利用电池储能将误差补偿至一定范围内，如式(15)所示：

α≤P_f-P_fact+P_comp≤β (15)

式中：P_f为风电出力预测值，P_fact为风电出力实际值，P_comp为储能设备补偿误差值，α为补偿后误差允许下限，β为补偿之后误差允许上限；

以系统总调度成本最小为目标，综合考虑了各机组运行成本，预测误差补偿成本，以及需求侧补偿成本，其表达式如下：

minC＝C_DG+C_COMP+C_DR (16)

其中，C_DG为分布式电源运行成本，C_COMP为预测误差补偿成本，C_DR为需求侧补偿成本：

式中，c_comp为储能装置运行费用，c_pdr为电负荷转移补偿费用，c_qdr为热负荷削减补偿费用，△L_DR(t)为t时段电负荷转移量，△Q_H(t)为t时段热负荷削减量。