本發(fā)明涉及配電網(wǎng)規(guī)劃領(lǐng)域，尤其涉及一種計(jì)及需求側(cè)響應(yīng)不確定性的主動(dòng)配電網(wǎng)雙層規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著分布式發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)、可控負(fù)荷等分布式能源(distributedenergyresource,der)的滲透率日益提高，傳統(tǒng)配電網(wǎng)在運(yùn)行靈活性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面面臨較大挑戰(zhàn)，因此主動(dòng)配電網(wǎng)(activedistributionnetworks,adn)應(yīng)運(yùn)而生。而主動(dòng)配電網(wǎng)作為一個(gè)更加靈活的網(wǎng)絡(luò)，更加強(qiáng)調(diào)主動(dòng)規(guī)劃。在規(guī)劃階段，要考慮規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行的完整性，力求將分布式電源的“垃圾電”進(jìn)行最大程度的消納，從而實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)電。因此，發(fā)展適應(yīng)于主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃的關(guān)鍵技術(shù)，具有重要的理論意義和實(shí)際意義。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要從以下三方面對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行研究。第一方面，僅對(duì)分布式電源(distributedgeneration，dg)進(jìn)行規(guī)劃；第二方面，對(duì)分布式和儲(chǔ)能聯(lián)合規(guī)劃；第三方面，對(duì)分布式電源和需求側(cè)響應(yīng)聯(lián)合規(guī)劃。

需求側(cè)響應(yīng)措施，作為一種有效的促進(jìn)可再生能源滲透率的措施，在主動(dòng)配電網(wǎng)中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。而以上提到的規(guī)劃需求側(cè)響應(yīng)的文章中，并沒(méi)有計(jì)及需求側(cè)響應(yīng)的不確定性，而在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)施需求側(cè)響應(yīng)措施會(huì)使得用戶(hù)負(fù)荷與系統(tǒng)預(yù)測(cè)負(fù)荷相比發(fā)生變化。由于電價(jià)變化而引發(fā)的用戶(hù)負(fù)荷變動(dòng)是難以直接量測(cè)和估計(jì)的，其變動(dòng)值與需求側(cè)彈性(隨單位電價(jià)變動(dòng)而產(chǎn)生的用戶(hù)負(fù)荷變化)取值范圍密切相關(guān)。因此，有必要運(yùn)用需求側(cè)的彈性取值表示負(fù)荷的不確定性。

綜上所述，有必要發(fā)明一種計(jì)及需求側(cè)不確定性的主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃方法，以解決配電網(wǎng)規(guī)劃中存在的諸多問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種精確性高、考慮因素全面、實(shí)用性高的計(jì)及需求側(cè)響應(yīng)不確定性的主動(dòng)配電網(wǎng)雙層規(guī)劃方法。

為了解決上述存在的技術(shù)問(wèn)題實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種計(jì)及需求側(cè)響應(yīng)不確定性的主動(dòng)配電網(wǎng)雙層規(guī)劃方法，該方法內(nèi)容包括如下步驟：

(1)計(jì)及風(fēng)力發(fā)電及光伏發(fā)電的不確定性，建立風(fēng)電機(jī)組和光伏電池的時(shí)序模型；

(2)計(jì)及負(fù)荷用電的隨機(jī)性，建立負(fù)荷的時(shí)序模型；

(3)對(duì)直接負(fù)荷控制類(lèi)型的需求側(cè)響應(yīng)不確定性進(jìn)行分析，構(gòu)建其成本函數(shù)；

(4)構(gòu)建計(jì)及需求側(cè)響應(yīng)不確定性的主動(dòng)配電網(wǎng)雙層規(guī)劃的上層規(guī)劃模型，并采用差分進(jìn)化算法對(duì)上層規(guī)劃模型進(jìn)行求解；

(5)構(gòu)建計(jì)及需求側(cè)響應(yīng)不確定性的主動(dòng)配電網(wǎng)雙層規(guī)劃的下層規(guī)劃模型并采用非支配排序遺傳算法對(duì)下層規(guī)劃模型進(jìn)行求解。

由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種計(jì)及需求側(cè)響應(yīng)不確定性的主動(dòng)配電網(wǎng)雙層規(guī)劃方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有這樣的有益效果：

主動(dòng)配電網(wǎng)具有控制分布式發(fā)電、儲(chǔ)能和需求響應(yīng)資源的系統(tǒng)，電網(wǎng)能夠使用靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)管理潮流。在主動(dòng)配電網(wǎng)中，負(fù)荷不再是不可調(diào)控的“剛性資源”，而可以通過(guò)需求側(cè)管理措施主動(dòng)參與到配電網(wǎng)運(yùn)行中。近年來(lái)隨著需求側(cè)管理工作的不斷深入開(kāi)展，用戶(hù)的需求側(cè)響應(yīng)行為已經(jīng)成為平抑負(fù)荷隨機(jī)性對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)不利影響的重要手段。在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，實(shí)施需求側(cè)響應(yīng)措施會(huì)使得用戶(hù)負(fù)荷與系統(tǒng)預(yù)測(cè)負(fù)荷相比發(fā)生變化，而這個(gè)變化是不確定的，與用戶(hù)負(fù)荷需求彈性的取值區(qū)間直接相關(guān)。因此，在主動(dòng)配電網(wǎng)規(guī)劃階段，考慮需求側(cè)響應(yīng)的不確定性具有現(xiàn)實(shí)意義，實(shí)用性與創(chuàng)新性并存。

分布式電源和需求側(cè)響應(yīng)作為源和荷是主動(dòng)配電網(wǎng)的重要組成部分。在配電網(wǎng)規(guī)劃階段，分布式電源與需求側(cè)響應(yīng)同時(shí)優(yōu)化，不僅能減小分布式電源大量并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊，實(shí)現(xiàn)可再生能源的充分利用和碳排放的最小化，還能提高配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性。

同時(shí)，日益凸顯的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題及我國(guó)節(jié)能減排的宏觀戰(zhàn)略目標(biāo)亟需電力能源工業(yè)加速推進(jìn)低碳化轉(zhuǎn)型。本發(fā)明以提高分布式電源滲透率為規(guī)劃目標(biāo)，能夠極大提升配電系統(tǒng)對(duì)可再生能源消納，減緩配電網(wǎng)重建速度，對(duì)于支撐我國(guó)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。而且，本發(fā)明運(yùn)用雙層規(guī)劃方法進(jìn)行建模，對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃，能有效降低配電網(wǎng)的綜合費(fèi)用，更加符合主動(dòng)配電網(wǎng)的運(yùn)行特性，實(shí)用性強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

圖1是風(fēng)電時(shí)序出力特性曲線示意圖；

圖2是光伏發(fā)電時(shí)序出力特性曲線示意圖；

圖3是負(fù)荷時(shí)序模型圖：

(a)居民負(fù)荷時(shí)序模型圖；

(b)商業(yè)負(fù)荷時(shí)序模型圖；

(c)工業(yè)負(fù)荷時(shí)序模型圖；

圖4是用戶(hù)削荷與補(bǔ)償之間的關(guān)系示意圖；

圖5是本發(fā)明方法的總體流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明：

本發(fā)明方法是在需求側(cè)響應(yīng)參與主動(dòng)配電網(wǎng)的削峰填谷，而且在此過(guò)程中，需求側(cè)響應(yīng)的削減量隨補(bǔ)償值的變化而變化的背景下提出的。

本發(fā)明的一種計(jì)及需求側(cè)響應(yīng)不確定性的主動(dòng)配電網(wǎng)雙層規(guī)劃方法，其總體流程圖如圖5所示，該方法內(nèi)容包括如下步驟：

(1)計(jì)及風(fēng)力發(fā)電及光伏發(fā)電的不確定性，建立風(fēng)電機(jī)組和光伏電池的時(shí)序模型；

在步驟(1)中，所述建立風(fēng)電機(jī)組和光伏電池的時(shí)序模型，其具體過(guò)程如下：

風(fēng)力發(fā)電主要受風(fēng)速的影響，光伏發(fā)電主要受光照強(qiáng)度的影響，而風(fēng)速和光照強(qiáng)度均具有隨機(jī)性，受季節(jié)影響較大。因此，本步驟中，分別在春、夏、秋、冬四個(gè)不同季節(jié)選取四個(gè)典型日，然后根據(jù)氣象部門(mén)資料，搜集整理得出不同季節(jié)的風(fēng)力發(fā)電時(shí)序特性曲線和光伏發(fā)電時(shí)序特性曲線，如圖1和圖2所示；最后分別根據(jù)時(shí)序特性曲線建立時(shí)序模型。

(2)計(jì)及負(fù)荷用電的隨機(jī)性，建立負(fù)荷的時(shí)序模型；

在步驟(2)中，所述建立負(fù)荷的時(shí)序模型的具體過(guò)程如下：

由于不同類(lèi)型負(fù)荷具有不同特性，所以其用電時(shí)序性差異較大。而且，各個(gè)類(lèi)型負(fù)荷在不同季節(jié)的用電量也有較大差異。例如：居民負(fù)荷在夏季的用電量均高于其他季節(jié)；而商業(yè)負(fù)荷由于商業(yè)活動(dòng)較穩(wěn)定，其四季用電量差異不大；工業(yè)負(fù)荷雖然存在季節(jié)差異，各季節(jié)間卻具有相同的規(guī)律。因此，本發(fā)明將負(fù)荷分為居民負(fù)荷、商業(yè)負(fù)荷和工業(yè)負(fù)荷三類(lèi)，并考慮每種負(fù)荷的時(shí)序特性，參照繪制電力曲線的方法，繪制出負(fù)荷時(shí)序模型，如圖3所示，(a)是居民負(fù)荷時(shí)序模型圖；(b)是商業(yè)負(fù)荷時(shí)序模型圖；(c)是工業(yè)負(fù)荷時(shí)序模型圖。

(3)對(duì)直接負(fù)荷控制類(lèi)型的需求側(cè)響應(yīng)不確定性進(jìn)行分析，構(gòu)建其成本函數(shù)；

在步驟(3)中，所述直接負(fù)荷控制類(lèi)型的需求側(cè)響應(yīng)是指一種負(fù)荷整形的需求側(cè)響應(yīng)措施，由電力公司在峰荷時(shí)段利用監(jiān)控信號(hào)切斷受控負(fù)荷與系統(tǒng)的聯(lián)系，從而降低峰荷，提高負(fù)荷率，并盡可能降低對(duì)電力公司和用戶(hù)的影響。其用戶(hù)削減量與用戶(hù)削減支付額的關(guān)系如附圖4所示。需求側(cè)響應(yīng)措施有多種，本發(fā)明涉及其中較為普遍的一種，即在一定負(fù)荷削減量時(shí)，電力公司的支付額為一定值，超過(guò)某一削減額后，隨著用戶(hù)的削減額增加，電力公司需要支付的費(fèi)用增大。

根據(jù)用戶(hù)削減額與補(bǔ)償之間的關(guān)系，可得需求側(cè)響應(yīng)成本為：

式中，qjxmin為用戶(hù)最小削減量，cini,j為qjxmin的對(duì)應(yīng)支付額，ξi為直線斜率，σjx為是否啟用該負(fù)荷削減量的變量。

(4)構(gòu)建計(jì)及需求側(cè)響應(yīng)不確定性的主動(dòng)配電網(wǎng)雙層規(guī)劃的上層規(guī)劃模型，并采用差分進(jìn)化算法對(duì)上層規(guī)劃模型進(jìn)行求解；

在步驟(4)中，所述上層規(guī)劃模型包括上層目標(biāo)函數(shù)和上層約束條件，具體的建模過(guò)程如下：

上層目標(biāo)函數(shù)為：

系統(tǒng)投資運(yùn)行綜合費(fèi)用最?。骄€路投資成本+dg投資費(fèi)用+dg運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用+and向上級(jí)電網(wǎng)購(gòu)電費(fèi)用+需求側(cè)管理費(fèi)用

minf1＝cl+ci+com+cp+cdsm(2)

式中各項(xiàng)分別闡述如下：

1、線路投資成本cl：

式中，k為饋線類(lèi)型標(biāo)識(shí)；為饋線的投資決策變量；為候選集合；為投資成本系數(shù)；lt,ij為在第t年候選饋線ij長(zhǎng)度。

2、折算到每年的dg固定投資費(fèi)ci：

式中，分別表示風(fēng)力發(fā)電機(jī)(windturbinegenerator，wtg)、光電發(fā)電機(jī)(photovoltaicgenerator，pvg)的現(xiàn)值轉(zhuǎn)等年值系數(shù)，其中，d為貼現(xiàn)率，ywtg和ypvg分別為wtg和pvg的經(jīng)濟(jì)使用年限；nbus表示配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)；和分別表示安裝在節(jié)點(diǎn)i的wtg和pvg的單位容量固定投資成本；和分別表示安裝在節(jié)點(diǎn)i處wtg和pvg的額定容量。

3、dg年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)com：

式中，ns表示adn的運(yùn)行場(chǎng)景數(shù)；ts＝8760ps表示一年中第s個(gè)場(chǎng)景的持續(xù)時(shí)間，其中，ps表示第s個(gè)場(chǎng)景發(fā)生的概率；和分別表示安裝在節(jié)點(diǎn)i的wtg和pvg發(fā)出單位電量的運(yùn)行維護(hù)成本；pwtg,i,s和pwtg,i,s分別表示安裝在節(jié)點(diǎn)i的wtg和pvg在場(chǎng)景s的有功出力。

4、向上級(jí)電網(wǎng)購(gòu)電費(fèi)cp。

式中，psub,s表示變電站在第s個(gè)場(chǎng)景的有功功率；ρs表示adn在第s個(gè)場(chǎng)景向上級(jí)電網(wǎng)購(gòu)電的單位購(gòu)電成本。

5、需求側(cè)管理費(fèi)用cdsm：

上層約束條件為：

1、待選節(jié)點(diǎn)撞擊容量約束；

2、節(jié)點(diǎn)電壓約束；

3、饋線容量約束；

4、線路選型約束；

5、輻射狀約束；

6、需求側(cè)彈性約束；

由于前五項(xiàng)均為常規(guī)約束，在此不作贅述。僅對(duì)第六項(xiàng)進(jìn)行介紹。

需求側(cè)彈性約束為：

ez＝0.5(en+em)(9)

ea＝0.5(em-en)(10)

θ0+θ'jx≥δξjajx(14)

θ′jx≥0(15)

θ0≥0(16)

ajx≥0(17)

式中：ajx為拉格朗日系數(shù)。其他各項(xiàng)含義以上皆有涉及，在此不作贅述。

所述采用差分進(jìn)化算法對(duì)上層規(guī)劃模型進(jìn)行求解，其內(nèi)容包括如下步驟：：

步驟1：輸入adn的線路參數(shù)、節(jié)點(diǎn)參數(shù)、dg參數(shù)、規(guī)劃參數(shù)等，初始化各算法的參數(shù)；

步驟2：按照步驟(1)和(2)所構(gòu)建的dg時(shí)序模型和負(fù)荷時(shí)序模型，進(jìn)行多場(chǎng)景構(gòu)建；

步驟3：置dea迭代次數(shù)，g＝0；

步驟4：初始化dea的種群，采用整數(shù)編碼方式對(duì)dea進(jìn)行編碼,利用隨機(jī)數(shù)隨機(jī)產(chǎn)生初始種群，種群中的每個(gè)個(gè)體代表一種規(guī)劃方案；

步驟5：dea的個(gè)體適應(yīng)度值計(jì)算。

(5)構(gòu)建計(jì)及需求側(cè)響應(yīng)不確定性的主動(dòng)配電網(wǎng)雙層規(guī)劃的下層規(guī)劃模型，并采用非支配排序遺傳算法對(duì)下層規(guī)劃模型進(jìn)行求解；

所述下層規(guī)劃模型包括下層目標(biāo)函數(shù)和下層約束條件，具體的建模過(guò)程如下：

下層目標(biāo)函數(shù)為：

棄風(fēng)棄光成本最?。綏夛L(fēng)成本+棄光成本

1、棄風(fēng)成本

2、棄光成本

式中，分別為wtg棄電量、pvg棄電量；分別為wtg棄風(fēng)懲罰價(jià)格、pvg棄電懲罰價(jià)格。

下層約束條件為：

1、風(fēng)電即光伏棄風(fēng)棄電約束；

2、功率平衡約束；

3、風(fēng)機(jī)的運(yùn)行約束；

4、光伏的運(yùn)行約束。

所述采用非支配排序遺傳算法對(duì)下層規(guī)劃模型進(jìn)行求解，其內(nèi)容包括如下步驟：

步驟1：種群初始化。首先對(duì)用戶(hù)最大負(fù)荷、分時(shí)電價(jià)設(shè)置、各類(lèi)電源的發(fā)電出力等優(yōu)化變量采用實(shí)數(shù)編碼；

步驟2：選擇、變異和交叉操作。通過(guò)擁擠距離計(jì)算得到每個(gè)個(gè)體的擁擠距離并進(jìn)行排序，選擇較為不擁擠的個(gè)體為精英群體e0；采用正態(tài)分布交叉(ndx)算子進(jìn)行正態(tài)分布的變異操作，生成父代種群gt和子代種群bt；

步驟3：精英策略。將父代種群gt和由父代種群交叉變異所得子代種群bt進(jìn)行種群合并gt∪bt，這樣做的目的是保留父代種群中的優(yōu)秀個(gè)體；

設(shè)父代和子代種群數(shù)量為m，則此時(shí)種群數(shù)量為2m，將合集保存為gb，進(jìn)行非支配和擁擠距離計(jì)算，去除重復(fù)個(gè)體，則可能出現(xiàn)三種情況：①若gb數(shù)量上超過(guò)m，則測(cè)算擁擠距離并選取較大者進(jìn)入gt+1，直到數(shù)量等于m；②若gb數(shù)量上小于m，則先將gb全部轉(zhuǎn)入gt+1，在下一非支配集中選取擁擠距離較大者遞補(bǔ)進(jìn)入t+1，直到數(shù)量等于m；③gb數(shù)量等于m，直接將gb轉(zhuǎn)入gt+1；

步驟4：循環(huán)，生成新的種群，進(jìn)化計(jì)算至t代，輸出gt+1。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。