[发明专利]一种基于用户互动能力的公平有序用电方法

摘要

本发明公开了一种基于用户互动能力的公平有序用电方法，包括以下步骤：A：根据用户参与有序用电的次数，确定各个用户是否参与有序用电；B：对参与有序用电的用户进行精细化分类并添加约束条件；C：以用户侧总成本最小化为目标，将用电曲线模型和约束条件加入有序用电模型中，进行有序用电规划计算；D：分析有序用电规划结果，判断是否得到可行解，如果得到可行解，则进入步骤E；如果无法得出可行解，则进入步骤F；E：退出该日有序用电规划，并进入次日的有序用电规划；F：根据用户参与有序用电次数，在规划模型中添加更多用户约束，返回步骤B。本发明能够提高电能利用率，优化资源配置，提高电网运行的安全性。

主权项

一种基于用户互动能力的公平有序用电方法，其特征在于，包括以下步骤：A：根据用户参与有序用电的次数，分别确定各个用户是否参与有序用电；B：对参与有序用电的用户，根据此用户申报的负荷需求进行精细化分类，将此用户划分为刚性用户、平移型用户、多模式型用户或灵活调节型用户，并根据用户类型分别添加约束条件；刚性用户，是指该用户的负荷需求是刚性的，能够用一条固定的曲线描述此用户全天的用电行为；在用电曲线模型中，刚性用户的负荷被认为是已知常量；平移型用户，是指该用户具有相对固定的生产流程，具有固定形状的用电曲线，但对开始用电时段的选择是灵活的；在生产过程中，平移型用户如果已经启动，则需要按照其固定的用电曲线投入工作，因此可以选择合适的用电起始时段、平移该类用户的负荷曲线，在保障用户全天用电量不变的前提下实现错峰的功能，达到平滑系统负荷曲线、减少变电站缺电量的目的，平移型用户的用电曲线模型为：$D_{k,t}=\underset{\mathrm{\τ}=1}{\overset{W_k}{\mathrm{\Σ}}}{D}_k\left(\mathrm{\τ}\right){\mathrm{\α}}_{k,t-\mathrm{\τ}+1},k=\mathrm{1,2}...N_S,t=\mathrm{1,2},...T---\left(1\right)$其中，D_k,t为第k位平移型用户t时刻的用电水平；W_k为第k位平移型用户的用电曲线持续时间；α_k,t‑τ+1为0‑1决策变量，表示第k位平移型用户是否选择t时刻作为起始用电时刻，1表示选择，0表示不选择；N_S为平移型用户的数目；T为时段数目；多模式型用户，是指该用户在实际电网中具有多种用电模式，且在日前计划中可以根据实际需求在不同模式之间灵活切换；对于多模式型用户，由于用电习惯在无约束条件下会倾向于选择某种用电模式，但如果可以弥补多模式型用户的模式调整成本，即可使该类用户克服用电习惯、改变用电曲线，从而减少用电高峰时期的用电需求，使电网更加安全经济的运行；多模式型用户的用电曲线模型为：$D_{k,t}=\underset{m=1}{\overset{M_k}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{k,m,t}{\mathrm{\α}}_{k,m},k=\mathrm{1,2}...N_M,t=\mathrm{1,2},...T---\left(2\right)$其中，D_k,t为第k位多模式型用户t时刻的用电水平；D_k,m,t为第k位多模式型用户的第m种用电模式在时刻t的用电需求；M_k为第k位多模式型用户的用电模式数目；α_k,m为0‑1决策变量，表示第k位多模式型用户是否选择用电模式m，1表示选择，0表示不选择；N_M为多模式型用户的数目；T为时段数目；灵活调节型用户，是指用电曲线可以灵活调节的用户；对于灵活调节型用户，由于各个时段用电需求调节较为灵活，按照以下五方面进行用电约束：1)用户最小连续用电时间约束由于部分用户一旦开始用电，就必须满足最小连续用电时间的约束条件，用户最小连续用电时间约束为：$\underset{\mathrm{\τ}=t-{T_k}^u}{\overset{t-1}{\mathrm{\Σ}}}{v}_{k,\mathrm{\τ}}-(v_{k,t-1}-v_{k,t}){T_k}^u\≥0,k=\mathrm{1,2},...N_F,t=\mathrm{1,2},...T---\left(3\right)$其中，T_k^u为第k位灵活调节型用户的最小连续用电时间；N_F为灵活调节型用户数目；v_k,t为0‑1决策变量，表示第k位灵活调节型用户在t时段是否处于用电状态，1表示用电状态，0表示停电状态；T为时段数目；2)用户最大连续停电时间约束用户的生产设备通常需要冷却，其冷却辅助设备最多只能连续断电一段时间，如果断电时间超过这一限制，则可能导致主机设备磨损增加甚至毁坏生产设备。因此，用户最大连续停电时间约束为：$\underset{\mathrm{\τ}=t-{T_k}^d-1}{\overset{t-1}{\mathrm{\Σ}}}\left({1-v}_{k,\mathrm{\τ}}\right){\≤T_k}^d,k=\mathrm{1,2}...N_F,t=\mathrm{1,2}...T---\left(4\right)$其中，T_k^d为第k位灵活调节型用户的最大连续停电时间；N_F为灵活调节型用户数目；v_k,t为0‑1决策变量，表示第k位灵活调节型用户在t时段是否处于用电状态，1表示用电状态，0表示停电状态；T为时段数目；3)用户全天用电量约束由于部分用户对日用电量有明确的要求，每日必须获得规定数值或者更多的电量才能完成产品生产要求，为此，用户全天用电量的约束为：$\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{k,t}\≥E_k,k=\mathrm{1,2}...N_F---\left(5\right)$其中：D_k,t为第k位灵活调节型用户t时刻的用电水平；E_k为第k位灵活调节型用户全天最小用电量；N_F为灵活调节型用户数目；T为时段数目；4)用户用电功率改变速率约束由于部分用户对用电功率改变速率具有一定的要求，因此需要保证用电功率改变速率保持在一定范围内。类似于发电机爬坡约束，部分用户对用电功率改变速率有一定的要求，需要保证用电功率改变速率保持在一定范围内。例如，智能楼宇中的空调系统，在室温保持一定舒适度范围内时，温控系统可以令空调系统的用电功率发生变化，但不能使空调系统过快地改变功率，否则室温无法保持相对恒定。因此，针对这部分的用户，其用电功率改变速率的约束为：D_k,t‑D_k,t‑1≤R_k^u,k＝1,2...N_F,t＝1,2...T  (6)D_k,t‑1‑D_k,t≤R_k^d,k＝1,2...N_F,t＝1,2...T   (7)式中：D_k,t为第k位灵活调节型用户t时刻的用电水平；R_k^u为第k位灵活调节型用户的增加用电功率速率限制，R_k^d为第k位灵活调节型用户的减少用电功率速率限制；N_F为灵活调节型用户数目；T为时段数目；5)用户最大最小用电功率约束由于用户都具有最大最小用电功率的限制，只要用户开启用电模式，就必须满足最大最小用电功率的限制，为此，用户最大最小用电功率约束为：$v_{k,t}{D}_{k,t}^{\min }\≤D_{k,t}\≤v_{k,t}{D}_{k,t}^{\max },k=\mathrm{1,2}...N_F,t=\mathrm{1,2}...T---\left(8\right)$式中：和分别是第k位灵活调节型用户在时段t最小、最大的用电功率；N_F为灵活调节型用户数目；T为时段数目；v_k,t为0‑1决策变量，表示第k位灵活调节型用户在t时段是否处于用电状态，1表示用电状态，0表示停电状态；C：以用户侧总成本最小化为目标，将平移型用户的用电曲线模型、多模式型用户的用电曲线模型和灵活调节型用户的约束条件加入有序用电模型中，进行有序用电规划计算；其中，有序用电模型的目标函数为$\min \underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_t{D}_{k,t}+\underset{k=1}{\overset{N_S}{\mathrm{\Σ}}}\underset{t=t_k^{\min }}{\overset{t_k^{\max }}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{CS}}_{k,t}{\mathrm{\α}}_{k,t}+\underset{k=1}{\overset{N_M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{M_k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{CM}}_{k,m}{\mathrm{\α}}_{k,m};$式中：T为时段数；N为全部用户个数；N_S为平移型用户数目；N_M为多模式型用户数目；和分别为第k位平移型用户开始用电的最早时刻和最晚时刻；M_k为第k为多模式型用户的用电模式数目；λ_t为t时刻的分时电价；D_k,t为连续变量，表示第k位用户在t时刻的用电需求；CS_k,t为第k位平移型用户选择在t时刻开始用电的平移成本；CM_k,m为第k位多m模式型用户选择用电模式m的调整成本；α_k,t和α_k,m分别为第k位平移型用户选择起始时刻的决策变量和第k位多模式型用户选择用电模式的决策变量。D：分析有序用电规划结果，判断是否得到可行解，可行解是指用户负荷水平不超过变电站容量的解；如果得到可行解，则进入步骤E；如果无法得出可行解，则进入步骤F；E：退出该日有序用电规划，并进入次日的有序用电规划；次日的有序用电规划的过程为，选择该日未参加有序用电规划的客户，然后返回步骤B；F：根据用户参与有序用电次数，在规划模型中添加更多用户约束，返回步骤B。