本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)運行、控制與調(diào)度領(lǐng)域，特別是基于需求響應(yīng)技術(shù)的智能負(fù)荷的聚合等效和控制方法。

背景技術(shù)：

隨著煤炭、石油等不可再生資源的日益枯竭以及能源困局的日益嚴(yán)峻，風(fēng)能、太陽能、潮汐能及生物質(zhì)能等可再生能源代替不可再生能源是目前應(yīng)對資源和環(huán)境問題的有效途徑，智能用電對促進(jìn)電力系統(tǒng)消納可再生能源具有重要意義。

智能用電是智能電網(wǎng)的重要組成部分，是連接供電部門與用戶的樞紐，也是體現(xiàn)智能電網(wǎng)友好互動的核心。智能用電建設(shè)的效果將直接影響電網(wǎng)能源使用效率和經(jīng)濟運行，對電網(wǎng)建設(shè)、節(jié)能環(huán)保、電能質(zhì)量管理產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。智能用電可以通過促進(jìn)智能電網(wǎng)信息流和能量流的互動，引導(dǎo)用戶側(cè)優(yōu)化用電方式，實現(xiàn)柔性用電，提供用能管理等方法協(xié)調(diào)可再生能源和需求響應(yīng)資源，實現(xiàn)清潔能源的多元化發(fā)展。

各網(wǎng)省電力公司在智能用電領(lǐng)域先后開展了供需互動化系統(tǒng)建設(shè)，以構(gòu)建電網(wǎng)與客戶之間高效、互動的新型供用電關(guān)系，為電力客戶提供多元化互動服務(wù)。隨著電器設(shè)備的智能化以及通信技術(shù)的發(fā)展，家庭、辦公等用電設(shè)備的可控性和智能化大大增加，合理協(xié)調(diào)智能家電和電動汽車的用電，可在電網(wǎng)中更好地平衡用電供給和需求。然而，這些負(fù)荷大小不一，種類繁多，分散性強。如何將這些負(fù)荷參與到電網(wǎng)調(diào)度和優(yōu)化運行，是目前亟待解決的問題之一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于智能負(fù)荷的虛擬電池模型的實時控制方法。對一個供電區(qū)域的智能負(fù)荷按地區(qū)或街道進(jìn)行分群，每個智能負(fù)荷群等效為一個虛擬子電池模型。將整個供電區(qū)域內(nèi)的若干個智能負(fù)荷群等效為一個虛擬電池，所有虛擬子電池的出力和等價為虛擬電池的總出力。考慮電網(wǎng)的出力情況，滾動優(yōu)化虛擬子電池出力，通過通信技術(shù)、接口單元和協(xié)調(diào)控制器等，實現(xiàn)智能負(fù)荷與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化運行。本發(fā)明能夠充分挖掘智能負(fù)荷參與需求響應(yīng)的潛力。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

基于智能負(fù)荷的虛擬電池模型的實時控制方法，包括以下步驟：

a.實時采集智能負(fù)荷的開關(guān)狀態(tài)及額定功率，建立智能負(fù)荷可調(diào)功率、智能負(fù)荷可控變量及智能負(fù)荷狀態(tài)之間的對應(yīng)關(guān)系；

b.將同一個供電區(qū)域的智能負(fù)荷按地區(qū)或街道進(jìn)行分群，每個智能負(fù)荷群等效為一個虛擬子電池模型，同一供電區(qū)域內(nèi)的所有虛擬子電池模型構(gòu)成一個虛擬電池模型；基于步驟a中的對應(yīng)關(guān)系，計算虛擬子電池模型的可控區(qū)域內(nèi)智能負(fù)荷功率可調(diào)節(jié)的范圍，即虛擬子電池模型的出力上邊界和下邊界；

c.根據(jù)虛擬子電池模型的出力上邊界和下邊界，計算虛擬子電池模型的出力調(diào)節(jié)范圍，以及虛擬電池模型的出力調(diào)節(jié)范圍；

d.根據(jù)虛擬子電池模型的出力上邊界和下邊界，計算虛擬電池模型總出力的上邊界和下邊界；

e.根據(jù)電網(wǎng)的出力情況和虛擬電池模型的出力調(diào)節(jié)范圍，以虛擬電池模型的輸出功率最大為目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，對虛擬子電池模型的出力進(jìn)行滾動優(yōu)化，實現(xiàn)虛擬電池模型輸出功率最大化；

f.虛擬電池模型收到充放電的指令后，根據(jù)步驟e得到的虛擬電池模型的最大輸出功率，兼顧用戶公平性、合理性，優(yōu)化負(fù)荷調(diào)整量在負(fù)荷中的分配。

在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟a中，所述可控變量包括智能負(fù)荷的可調(diào)節(jié)溫度和充電速率等；所述智能負(fù)荷可調(diào)功率、智能負(fù)荷可控變量及智能負(fù)荷狀態(tài)之間的對應(yīng)關(guān)系為：對于智能負(fù)荷，設(shè)開關(guān)狀態(tài)為si，智能負(fù)荷關(guān)閉時si＝0，智能負(fù)荷為不可控狀態(tài)；智能負(fù)荷開啟時si＝1，智能負(fù)荷處于可控狀態(tài)，其可控變量調(diào)節(jié)范圍為[xmin,xmax]，則該智能負(fù)荷對應(yīng)的功率可調(diào)下邊界為△pmin，功率可調(diào)上邊界為△pmax。

在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟b中，所述虛擬子電池模型的出力上邊界和下邊界為：

其中，psvbmin(t)表示t時刻虛擬子電池模型的出力下邊界，psvbmax(t)表示t時刻虛擬子電池模型的出力上邊界，psvb(t)表示t時刻虛擬子電池模型的實際的出力值，△pmax表示智能負(fù)荷的功率可調(diào)上邊界，△pmin表示智能負(fù)荷的功率可調(diào)下邊界。

在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟c中，所述虛擬子電池模型的出力調(diào)節(jié)范圍具體為：

其中，△psvb(t)表示t時刻虛擬子電池模型的調(diào)節(jié)量，表示t時刻虛擬子電池模型的響應(yīng)目標(biāo)值，表示t時刻虛擬子電池模型的預(yù)測出力值，代表t時刻虛擬子電池模型的出力上調(diào)范圍，代表t時刻虛擬子電池模型的出力下調(diào)范圍；

所述虛擬電池模型的出力調(diào)節(jié)范圍為：

其中，為第t時段虛擬電池模型的出力上調(diào)范圍，為第t時段虛擬電池模型的出力下調(diào)范圍。

在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟d中，根據(jù)虛擬子電池模型的出力上邊界和下邊界，計算虛擬電池模型總出力的上邊界和下邊界為：

其中，k表示虛擬子電池模型的個數(shù)，pvbmin(t)表示t時刻虛擬電池模型的出力下邊界，pvbmax(t)表示t時刻虛擬電池模型的出力上邊界，pvb(t)表示t時刻虛擬電池模型的實際的出力值，psvbk(t)表示t時刻虛擬子電池模型k的實際的出力值，psvbkmin(t)表示t時刻虛擬子電池模型k的出力下邊界，psvbkmax(t)表示t時刻虛擬子電池模型k的出力上邊界。

在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟e中，以虛擬電池模型的輸出功率最大所建立的目標(biāo)函數(shù)為：

其中，△psvb(t)≤△psvbkmax(t)，k表示虛擬子電池模型的個數(shù)，△psvbkmax(t)為t時刻虛擬子電池模型k的最大可調(diào)節(jié)功率；

約束條件為：

其中，為第t時段虛擬電池模型的出力下調(diào)范圍，為第t時段虛擬電池模型的出力上調(diào)范圍。

在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟f中，虛擬電池模型收到充放電的指令后，按式(7)-(8)優(yōu)化負(fù)荷調(diào)整量在負(fù)荷中的分配：

其中，k為虛擬子電池模型的個數(shù)，n為虛擬子電池內(nèi)智能負(fù)荷數(shù)，p^k為第k個虛擬子電池模型內(nèi)所有智能負(fù)荷的總調(diào)度功率，p^ki為第k個虛擬子電池模型內(nèi)第i個智能負(fù)荷的調(diào)度功率，pkimax為第k個虛擬子電池模型內(nèi)第i個智能負(fù)荷的最大調(diào)度功率，p為虛擬電池總調(diào)度功率。

本發(fā)明所述的基于智能負(fù)荷的虛擬電池模型及實時控制方法，具有以下有益效果：本發(fā)明所述控制方法增大或減小這些智能負(fù)荷的電力消耗以控制虛擬電池的充放電，以參與電力市場和電網(wǎng)運行的協(xié)調(diào)管理，可實現(xiàn)負(fù)荷與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化運行，有利于資源的合理優(yōu)化配置及利用。

附圖說明

本發(fā)明有如下附圖：

圖1基于虛擬電池的電力系統(tǒng)優(yōu)化模型。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明所述的基于智能負(fù)荷的虛擬電池模型及實時控制方法，包括如下步驟：

本發(fā)明基于電力系統(tǒng)優(yōu)化運行方式，吸納了傳統(tǒng)電廠、可再生能源以及需求側(cè)形成的虛擬電池等多種資源形式，通過綜合常規(guī)機組的運行約束、用戶舒適性約束、負(fù)荷合理性約束等進(jìn)行資源的優(yōu)化分配，以達(dá)到系統(tǒng)優(yōu)化運行的目標(biāo)。在需求側(cè)，針對分散在不同區(qū)域中的參與激勵響應(yīng)的負(fù)荷，采集其狀態(tài)信息和電力系統(tǒng)優(yōu)化分配的子目標(biāo)。將這些負(fù)荷聚合等效為虛擬電池，通過通信技術(shù)、接口單元和協(xié)調(diào)控制器等增大或減小這些負(fù)荷的電力消耗以控制虛擬電池的充放電，參與電力市場和電網(wǎng)運行的協(xié)調(diào)管理，實現(xiàn)負(fù)荷與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化運行，更有利于資源的合理優(yōu)化配置及利用。

具體實施步驟為：

步驟a.實時采集智能負(fù)荷的開關(guān)狀態(tài)及額定功率，建立智能負(fù)荷可調(diào)功率、智能負(fù)荷可控變量及智能負(fù)荷狀態(tài)之間的對應(yīng)關(guān)系；

通過通信技術(shù)，采集各智能負(fù)荷的開關(guān)狀態(tài)和功率情況。其中，可控變量指的是例如智能負(fù)荷的可調(diào)節(jié)溫度、電動汽車等儲能設(shè)備的充電速率等；所述智能負(fù)荷可調(diào)功率、負(fù)荷變量及智能負(fù)荷狀態(tài)之間的對應(yīng)關(guān)系為：對于智能負(fù)荷，設(shè)開關(guān)狀態(tài)為si，智能負(fù)荷關(guān)閉時si＝0，智能負(fù)荷為不可控狀態(tài)；智能負(fù)荷開啟時si＝1，智能負(fù)荷處于可控狀態(tài)，智能負(fù)荷可控變量調(diào)節(jié)范圍為[xmin,xmax]，則該智能負(fù)荷對應(yīng)的功率可調(diào)下邊界為△pmin，功率可調(diào)上邊界為△pmax。

b.定義智能負(fù)荷虛擬電池模型，將同一個供電區(qū)域的智能負(fù)荷按地區(qū)或街道進(jìn)行分群，每個智能負(fù)荷群等效為一個虛擬子電池模型，同一供電區(qū)域內(nèi)的所有虛擬子電池模型構(gòu)成一個虛擬電池模型；基于步驟a中的函數(shù)關(guān)系，計算虛擬子電池模型的可控區(qū)域內(nèi)智能負(fù)荷功率可調(diào)節(jié)的范圍，即虛擬子電池出力上邊界和下邊界；

本發(fā)明將智能負(fù)荷虛擬電池模型定義為：將某一供電區(qū)域的智能電器、電動汽車等可控智能負(fù)荷進(jìn)行聚合，等效為一個單一的電池，該電池的充電或放電過程通過控制算法，增大或減小這些負(fù)荷的電力消耗來實現(xiàn)，該電池的出力范圍由各負(fù)荷群的調(diào)節(jié)能力來決定。

某一可控區(qū)域的所有智能負(fù)荷可調(diào)節(jié)的功率即為其等效的虛擬子電池模型的出力上邊界和下邊界：

其中，psvbmin(t)表示t時刻虛擬子電池模型的出力下邊界，psvbmax(t)表示t時刻虛擬子電池模型的出力上邊界，psvb(t)表示t時刻虛擬子電池模型的實際的出力值，△pmax表示智能負(fù)荷的功率可調(diào)上邊界，△pmin表示智能負(fù)荷的功率可調(diào)下邊界。

步驟c.根據(jù)虛擬子電池模型的出力上邊界和下邊界，計算虛擬子電池模型的出力調(diào)節(jié)范圍；虛擬子電池模型的出力調(diào)節(jié)范圍具體為：

其中，△psvb(t)表示t時刻虛擬子電池模型的調(diào)節(jié)量(或稱調(diào)度功率)，表示t時刻虛擬子電池模型的響應(yīng)目標(biāo)值，表示t時刻虛擬子電池模型的預(yù)測出力值，代表t時刻虛擬子電池模型的出力上調(diào)范圍，代表t時刻虛擬子電池模型的出力下調(diào)范圍；

根據(jù)虛擬子電池模型的出力調(diào)節(jié)范圍，可得到虛擬電池模型的出力調(diào)節(jié)范圍，具體為：

其中，為第t時段虛擬電池模型的出力上調(diào)范圍，為第t時段虛擬電池模型的出力下調(diào)范圍。

步驟d.根據(jù)虛擬子電池模型的出力上邊界和下邊界，計算虛擬電池模型總出力的上邊界和下邊界；所有虛擬子電池模型的出力和等價為虛擬電池模型的總出力；

虛擬電池模型的相關(guān)屬性等于所有虛擬子電池模型的相關(guān)屬性的線性疊加：

其中k表示虛擬子電池模型的個數(shù)，pvbmin(t)表示t時刻虛擬電池模型的出力下邊界，pvbmax(t)表示t時刻虛擬電池模型的出力上邊界，pvb(t)表示t時刻虛擬電池模型的實際的出力值，psvbk(t)表示t時刻虛擬子電池模型k的實際的出力值，psvbkmin(t)表示t時刻虛擬子電池模型k的出力下邊界，psvbkmax(t)表示t時刻虛擬子電池模型k的出力上邊界。

步驟e.根據(jù)電網(wǎng)的出力情況和虛擬電池模型的出力調(diào)節(jié)范圍，以虛擬電池模型的輸出功率最大為目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，對虛擬子電池模型的出力進(jìn)行滾動優(yōu)化，實現(xiàn)虛擬電池模型的輸出功率最大化；

以虛擬電池模型的輸出功率最大所建立的目標(biāo)函數(shù)為：

其中，k表示虛擬子電池模型的個數(shù)，△psvbkmax(t)為第t時虛擬子電池模型k的最大調(diào)節(jié)功率。

約束條件為：

其中，為第t時段虛擬電池模型的出力下調(diào)范圍，為第t時段虛擬電池模型的出力上調(diào)范圍。

步驟f.協(xié)調(diào)控制器發(fā)出虛擬電池充放電指令，虛擬電池模型接收到充放電指令后，根據(jù)步驟e得到的虛擬電池模型的最大輸出功率，兼顧用戶公平性、合理性，優(yōu)化負(fù)荷調(diào)整量在負(fù)荷中的分配。

根據(jù)目標(biāo)函數(shù)和約束條件，通過先進(jìn)的通信技術(shù)、接口單元和軟件構(gòu)架，協(xié)調(diào)控制器控制虛擬電池的充電或放電，虛擬電池接收充放電的指令，優(yōu)化負(fù)荷調(diào)整量在負(fù)荷中的分配：

其中，k為虛擬子電池模型的個數(shù)，n為虛擬子電池模型內(nèi)智能負(fù)荷數(shù)，p^k為第k個虛擬子電池模型內(nèi)所有負(fù)荷的總調(diào)度功率，p^ki為第k個虛擬子電池模型內(nèi)第i個智能負(fù)荷的調(diào)度功率，pkimax為第k個虛擬子電池模型內(nèi)第i個智能負(fù)荷的最大調(diào)度功率，p為虛擬電池模型的總調(diào)度功率。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡單修改、等同變化或裝飾，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。

本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。