一种基于需求响应的居民用电负荷分布式管理系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于需求响应的居民用电负荷分布式管理系统及方法，首先根据调度部门下发的分时电价对本用户的用能情况以自身费用最低进行优化并将优化的用能规划反馈给调度部门；其次调度部门将各个用户的负荷需求相加得到该时刻的总负荷并将其下发给第一个家庭负荷管理系统；该家庭负荷管理系统根据接收到的总负荷重新调整自身负荷，调整后的总负荷在各个家庭负荷管理系统间传递，直至所有用户自身负荷调整完毕；然后所有用户全部调整后的总负荷再次在用户间传递，完成一次新的负荷调整；最后迭代在满足预先给定条件的情况下结束，得到最终的居民负荷安排结果；本发明将多目标优化问题转化为两个单目标优化问题，以较小的数据量实现优化目标。
【专利说明】
一种基于需求响应的居民用电负荷分布式管理系统及方法
技术领域
[0001] 本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种基于需求响应的居民用电负荷分布 式管理系统及方法。
【背景技术】
[0002] 随着智能电网技术的发展，利用需求响应技术进一步挖掘需求侧用能系统节能潜 力成为可能。作为削峰填谷的重要手段，需求响应技术可以实现电压的实时控制，提高电能 质量，同时需求响应也是实现节能减排的重要途径之一。
[0003] 当前国内外需求响应技术还不成熟，不合理的需求管理手段可能会引起用户的不 满，甚至引起反调峰等对电网有危害的情况。并且，目前的需求响应研究主要是从电力公司 角度考虑的，没有与用户的目标相结合，调度部门与用户之间大量的数据传输带给通讯网 络巨大的负荷。如何将电力公司平稳负荷曲线的目标与电力用户降低费用的目标结合起 来，提高需求响应管理的经济效益和社会效益，是摆在需求响应管理者面前的突出问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种基于需求响应的居民用电负荷分布式管理系统及方 法，将多目标优化问题转化为两个单目标优化问题，以较小的数据量实现优化目标，旨在解 决传统需求响应管理目标函数不能令人满意，在面对大量数据采集与传输也存在不足的问 题，减小了数据采集和传输的规模，提高了需求响应管理的经济效益和社会效益。
[0005] 本发明是这样实现的，一种基于需求响应的居民用电负荷分布式管理方法，其包 括：
[0006] 首先根据调度部门下发的分时电价对本用户的用能情况以自身费用最低进行优 化并将优化的用能曲线反馈给调度部门；
[0007] 其次调度部门将各个用户的负荷需求相加得到该时刻的总负荷并将其下发给第 一个家庭负荷管理系统;该家庭负荷管理系统根据接收到的总负荷重新调整自身负荷，调 整后的总负荷在各个家庭负荷管理系统间传递，直至所有用户自身负荷调整完毕；
[0008] 然后所有用户全部调整后的总负荷再次在用户间传递，完成一次新的负荷调整；
[0009] 最后迭代在满足预先给定条件的情况下结束，得到最终的居民负荷安排结果。
[0010] 进一步，所述基于需求响应的居民用电负荷分布式管理方法具体包括以下步骤：
[0011] 第一步，建立单个家庭用户用能优化的目标函数;建立单个家庭用户用能优化的 模型;运用混合整数线性规划方法对优化模型进行求解;各用户将优化的用能曲线反馈给 调度部门并由调度部门计算出总负荷；
[0012] 第二步，调度部门下发总负荷给某个家庭用户，该用户以平稳总负荷曲线为目标 进行自身负荷调整;将总负荷传递给下一个用户直至所有用户负荷调整完毕;重复上述过 程直至满足迭代终止的条件，得到最终的需求响应结果。
[0013] 进一步，所述建立单个家庭用户用能优化的目标函数的计算公式如下：
[0014]
[0015]
[0016] 式中，Cn是第η个居民用户的费用;pt是t时刻的电价；时刻第η个用户 的负荷；是t时刻第η个用户的固定负荷；是t时刻第η个用户电动汽车的电负荷； ^0是1时刻第η个用户设备a的负荷。
[0017] 进一步，所述建立单个家庭用户用能优化的模型的步骤包括：
[0018] 步骤一、建立用户可参与需求响应的设备的模型：
[0019]
[0020] 式中，/3厂是1时刻第η个用户设备a的电负荷；At是某个时间间隔；€是一个完整 的运行周期内第η个用户设备a运行需要的总电能。
[0021] 步骤二、建立电动汽车设备的模型：
[0022]
[0023] 式中，分别是t时刻第η个用户的电动汽车存储的总能量。
[0024] 进一步，所述运用混合整数线性规划方法对优化模型进行求解的通用模型如下：
[0025]
[0026] 式中，X表示决策变量;xi表示整数决策变量;Ζ表示整数集;nb表示整数变量的个 数;xj表示实数决策变量;R表示实数集;n r表示实数变量的个数;b表示约束集;A表示工艺系 数矩阵;cT表示价值系数矩阵。
[0027] 进一步，所述该用户以平稳总负荷曲线为目标进行自身负荷调整的目标函数的计 算公式如下：
[0028]
[0029]
[0030]
[0031]
[0032] 式中，Var是总负荷的方差；是t时刻的总负荷^_是总平均负荷。
[0033] 本发明的另一目的在于提供一种基于需求响应的居民用电负荷分布式管理系统， 所述基于需求响应的居民用电负荷分布式管理系统包括：
[0034]用户用能优化模块，根据调度部门下发的分时电价对本用户的用能情况以自身费 用最低进行优化；
[0035]数据传输模块，居民用户将优化的用能曲线反馈给调度部门，调度部门将各个用 户的负荷需求相加得到该时刻的总负荷并将其下发给第一个家庭负荷管理系统，调整后的 总负荷在各个家庭负荷管理系统间传递，最后一个家庭负荷管理系统将总负荷上传至调度 中心；
[0036]用能负荷重新调整模块，家庭负荷管理系统根据接收到的总负荷重新调整自身负 荷，调整后的总负荷在各个家庭负荷管理系统间传递，直至所有用户自身负荷调整完毕。
[0037] 与现有技术比，本发明的有益成果为：
[0038] 本发明对需求响应中用户侧的运行目标进行了优化，运用混合整数非线性规划方 法实现了各居民用户费用最低的目标。
[0039] 本发明对需求响应中电网侧的运行目标进行了优化，通过若干次信息传递与迭代 运算实现了总负荷曲线的平稳化，促进了削峰填谷这一目的的实现。
[0040] 本发明充分发挥了分布式处理方法在解决多目标问题上的优势，通过有限的数据 即可实现需求响应管理的目标，减小了数据采集和传输的规模，提高了需求响应管理的经 济效益和社会效益。
【附图说明】
[0041] 图1是本发明实施例提供的基于需求响应的居民用电负荷分布式管理方法流程 图；
[0042] 图2是本发明实施例提供的运用混合整数线性规划进行用户用能优化的流程图。
【具体实施方式】
[0043] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明的
【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0044] 如图1所示，本发明实施例的基于需求响应的居民用电负荷分布式管理方法包括 以下步骤：
[0045] S101:根据调度部门下发的分时电价对本用户的用能情况以自身费用最低进行优 化并将优化的用能曲线反馈给调度部门；
[0046] S102:调度部门将各个用户的负荷需求相加得到该时刻的总负荷并将其下发给第 一个家庭负荷管理系统；
[0047] S103:根据接收到的总负荷重新调整自身负荷，调整后的总负荷在各个家庭负荷 管理系统间传递，直至所有用户自身负荷调整完毕；
[0048] S104:所有用户全部调整后的总负荷再次在用户间传递，完成一次新的负荷调整；
[0049] S105:迭代在满足预先给定条件的情况下结束，得到最终的居民负荷安排结果。
[0050] 所述基于需求响应的居民用电负荷分布式管理方法具体包括以下步骤：
[0051]第一步，建立单个家庭用户用能优化的目标函数;建立单个家庭用户用能优化的 模型;运用混合整数线性规划方法对优化模型进行求解;各用户将优化的用能曲线反馈给 调度部门并由调度部门计算出总负荷。
[0052]本实施例中，建立单个家庭用户用能优化的模型的步骤包括：
[0053] 步骤一、建立用户可参与需求响应的设备的模型：
[0054]
[0055] 式中，<^是1时刻第η个用户设备a的电负荷；Δ t是某个时间间隔；€是一个完整 的运行周期内第η个用户设备a运行需要的总电能。
[0056] 步骤二、建立电动汽车设备的模型：
[0057]
[0058] 式中，€「与€广分别是t时刻第n个用户的电动汽车存储的总能量。
[0059] 建立单个家庭用户用能优化的目标函数的计算公式如下：
[0060]
[0061]
[0062] 式中，Cn是第η个居民用户的费用;0是t时刻的电价;是t时刻第η个用户的 负荷是t时刻第η个用户的固定负荷;巧f是t时刻第η个用户电动汽车的电负荷； 是t时刻第η个用户设备a的负荷。
[0063] 如图2所示，本发明实施例提供的运用混合整数线性规划进行用户用能优化的方 法如下：
[0064] (1)首先搭建混合整数线性规划模型;运用混合整数线性规划方法对优化模型进 行求解的通用模型如下：
[0065]
[0066] 式中，X表示决策变量;xi表示整数决策变量;Z表示整数集;nb表示整数变量的个 数;xj表示实数决策变量;R表示实数集;n r表示实数变量的个数;b表示约束集;A表示工艺系 数矩阵;cT表示价值系数矩阵。
[0067] (2)确立目标函数和约束条件。目标函数即为上文所述的单个家庭用户用能优化 的目标函数;约束条件即为上文建立的用户可参与需求响应的设备和电动汽车设备的模型 约束。
[0068] (3)使用分支定界法求解该混合整数线性规划问题。分支就是逐次对可行域进行 划分；定界就是指对于每个分支计算原问题的最优解的下界，即尽可能去掉一些明显地非 最优点，避免完全枚举。
[0069] (4)检查所有分支的解及目标函数值，若某分支的解是整数并且目标函数值大于 等于其他分支的目标值，则将其他分支剪去不再计算，若还存在非整数解并且目标值大于 整数解的目标值，需要继续分支，再检查，直到得到最优解。
[0070] 第二步，调度部门下发总负荷给某个家庭用户，该用户以平稳总负荷曲线为目标 进行自身负荷调整;将总负荷传递给下一个用户直至所有用户负荷调整完毕;重复上述过 程直至满足迭代终止的条件，得到最终的需求响应结果。
[0071] 本实施例中，用户以平稳总负荷曲线为目标进行自身负荷调整的目标函数的计算 公式如τ- ?； 0072]
[0073]
[0074]
[0075]
[0076] 式中，Var是总负荷的方差;时刻的总负荷;是总平均负荷。
[0077] 本发明的另一目的在于提供一种基于需求响应的居民用电负荷分布式管理系统， 所述基于需求响应的居民用电负荷分布式管理系统包括：
[0078] 用户用能优化模块，根据调度部门下发的分时电价对本用户的用能情况以自身费 用最低进行优化；
[0079] 数据传输模块，居民用户将优化的用能曲线反馈给调度部门，调度部门将各个用 户的负荷需求相加得到该时刻的总负荷并将其下发给第一个家庭负荷管理系统，调整后的 总负荷在各个家庭负荷管理系统间传递，最后一个家庭负荷管理系统将总负荷上传至调度 中心；
[0080] 用能负荷重新调整模块，家庭负荷管理系统根据接收到的总负荷重新调整自身负 荷，调整后的总负荷在各个家庭负荷管理系统间传递，直至所有用户自身负荷调整完毕。
[0081] 本实施例提出一种基于需求响应的居民用电负荷分布式管理系统及方法，综合考 虑了调度部门和电力用户需求响应目标函数的特点，减小数据采集和传输的规模，将多目 标优化问题转化为两个单目标优化问题，首先每个电力用户以费用最低为目标函数进行用 能特点的优化，在此基础上，以平稳总负荷曲线为目标进行第二步优化，各电力用户依次调 整自己的用能计划，经过若干次迭代，可以证明系统可以同时满足上述两个目标，实现经济 稳定运行。
[0082] 基于上述，本发明将多目标优化问题转化为两个单目标优化问题，以较小的数据 量实现优化目标，提供了一种有效、实用、科学的基于需求响应的居民用电负荷分布式管理 方法;其对需求响应中用户侧的运行目标进行了优化，运用混合整数非线性规划方法实现 了各居民用户费用最低的目标;并对需求响应中电网侧的运行目标进行了优化，通过若干 次信息传递与迭代运算实现了总负荷曲线的平稳化，促进了削峰填谷这一目的的实现;而 且充分发挥了分布式处理方法在解决多目标问题上的优势，通过有限的数据即可实现需求 响应管理的目标，减小了数据采集和传输的规模，提高了需求响应管理的经济效益和社会 效益。
[0083]最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽 管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然 可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何 修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1. 一种基于需求响应的居民用电负荷分布式管理方法，其特征在于，包括： (一) 根据调度部口下发的分时电价对本用户的用能情况W自身费用最低进行优化并 将优化的用能规划反馈给调度部口； (二） 调度部口将各个用户的负荷需求相加得到该时刻的总负荷并将该时刻的总负荷 下发给第一个家庭负荷管理系统;该家庭负荷管理系统根据接收到的总负荷重新调整自身 负荷，调整后的总负荷在各个家庭负荷管理系统间传递，直至所有用户自身负荷调整完毕； (Ξ)所有用户全部调整后的总负荷再次在用户间传递，完成一次新的负荷调整； (四）迭代在满足预先给定条件的情况下结束，得到最终的居民负荷安排结果。2. 如权利要求1所述的基于需求响应的居民用电负荷分布式管理方法，其特征在于，所 述步骤(一）中，根据调度部口下发的分时电价对本用户的用能情况W自身费用最低进行优 化的方法为:首先建立单个家庭用户用能优化的目标函数;然后，建立单个家庭用户用能优 化的模型;此后，运用混合整数线性规划方法对优化模型进行求解，得到用户优化后的用能 规划。3. 如权利要求2所述的基于需求响应的居民用电负荷分布式管理方法，其特征在于，所 述建立单个家庭用户用能优化的目标函数的计算公式如下：式中，Cn是第η个居民用户的费用；pt是t时刻的电价；巧是t时刻第η个用户的负 荷;是t时刻第η个用户的固定负荷；是t时刻第η个用户电动汽车的电负荷;是t 时刻第η个用户设备a的负荷。4. 如权利要求2所述的基于需求响应的居民用电负荷分布式管理方法，其特征在于，所 述建立单个家庭用户用能优化的模型的步骤包括： 步骤一，建立用户可参与需求响应的设备的模型：式中，是t时刻第η个用户设备a的电负荷；At是某个时间间隔；f；：是一个完整的运 行周期内第η个用户设备a运行需要的总电能； 步骤二，建立电动汽车设备的模型：式中，巧t与巧4分别是t时刻第η个用户的电动汽车存储的总能量。5. 如权利要求2所述的基于需求响应的居民用电负荷分布式管理方法，其特征在于，所 述运用混合整数线性规划方法对优化模型进行求解的通用模型如下：式中，X表示决策变量;Xi表示整数决策变量;z表示整数集;nb表示整数变量的个数;Xj 表示实数决策变量;R表示实数集;nr表示实数变量的个数;b表示约束集;A表示工艺系数矩 阵;J表示价值系数矩阵。6. 如权利要求1所述的基于需求响应的居民用电负荷分布式管理方法，其特征在于，所 述步骤(二）中，调度部口下发总负荷给某个家庭用户，该用户W平稳总负荷曲线为目标进 行自身负荷调整;将总负荷传递给下一个用户直至所有用户负荷调整完毕； 所述该用户W平稳总负荷曲线为目标进行自身负荷调整的目标函数的计算公式如下：式中，Var是总负荷的方差;/1,.,扇t时刻的总负荷是总平均负荷。7. -种基于需求响应的居民用电负荷分布式管理系统，其特征在于，包括： 用户用能优化模块，用于根据调度部口下发的分时电价对本用户的用能情况W自身费 用最低进行优化； 数据传输模块，居民用户将优化的用能曲线反馈给调度部口，调度部口将各个用户的 负荷需求相加得到该时刻的总负荷并将其下发给第一个家庭负荷管理系统，调整后的总负 荷在各个家庭负荷管理系统间传递，最后一个家庭负荷管理系统将总负荷上传至调度中 屯、； 用能负荷重新调整模块，家庭负荷管理系统根据接收到的总负荷重新调整自身负荷， 调整后的总负荷在各个家庭负荷管理系统间传递，直至所有用户自身负荷调整完毕。8. 如权利要求1所述的基于需求响应的居民用电负荷分布式管理方法，其特征在于，所 述用户用能优化模块的W自身费用最低进行优化的计算公式如下:建立单个家庭用户用能 优化的目标函数的计算公式：建立用户可参与需求响应的设备的模型：式中，/f是t时刻第η个用户设备a的电负荷；At是某个时间间隔；釋是一个完整的运 行周期内第η个用户设备a运行需要的总电能；分别是t时刻第η个用户的电动汽 车存储的总能量;Cn是第η个居民用户的费用;pt是t时刻的电价；是t时刻第η个用 户的负荷;巧:i,满t时刻第η个用户的固定负荷；是t时刻第η个用户电动汽车的电负荷； 是t时刻第η个用户设备a的负荷;式中，X表示决策变量;Xi表示整数决策变量;Ζ表示整 数集;加表示整数变量的个数;刮表示实数决策变量;R表示实数集;nr表示实数变量的个数； b表示约束集;A表示工艺系数矩阵;J表示价值系数矩阵。9.如权利要求1所述的基于需求响应的居民用电负荷分布式管理方法，其特征在于，所 述数据传输模块中，调度部口下发总负荷给某个家庭用户，该用户W平稳总负荷曲线为目 标进行自身负荷调整;将总负荷传递给下一个用户直至所有用户负荷调整完毕； 所述该用户W平稳总负荷曲线为目标进行自身负荷调整的目标函数的计算公式如下：式中，Var是总负荷的方差;巧,W是t时刻的总负荷;是总平均负荷。
【文档编号】G06Q50/06GK105976081SQ201610197294
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】顾国栋, 颜庆国, 杨斌, 许庆强, 范洁, 陈楚, 薛溟枫, 张昊纬, 阮文骏, 肖宇华, 马琎劼, 栾开宁, 张艳, 周玉
【申请人】国网江苏省电力公司电力科学研究院, 国家电网公司, 国网江苏省电力公司