技术领域
[0001] 本
发明涉及需求响应技术，具体涉及一种基于负荷集成商的双层两阶段需求响应调度方法及系统。
背景技术
[0002] 随着智能计量技术的发展，
电网与终端用户间可双向通信，在电
力市场日益开放的大环境下，电网经济调度不应只考虑发电侧，还应考虑负荷侧。由于终端用户数量庞大，所有用户都直接与电网进行通信将加大电网调配的负担，因此负荷集成商作为系统与用户的中介，可降低用户参与需求响应的准入标准，增加参与数量。因此研究负荷集成商参与的需求响应策略，对增加参与需求响应的用户数量，使电力系统安全
稳定性更高有着重要作用。
[0003] 然而，在电力市场环境中，
现有技术并没有一种有效的基于负荷集成商的需求响应调度方法来对负荷集成商调度策略进行优化，从而不能使得负荷集成商或得最大收益，不利于提高需求响应集成商参与电力市场的积极性，从而不能有效提高电力系统安全稳定性。
发明内容
[0004] 为了解决现有技术无法有效指导需求响应集成商参与电力市场，获得最大收益，不能有效提高电力系统安全稳定性的问题，本发明
实施例提供了一种于负荷集成商的双层两阶段需求响应调度方法及系统。
[0005] 为实现上述目的，本发明的技术方案是：
[0006] 第一方面，本发明实施例提供了一种基于负荷集成商的双层两阶段需求响应调度方法，包括：
[0007] 获取数据信息；所述数据信息包括：日前市场电价、实时市场电价、负荷电量、备用电价、负荷集成商报价、负荷集成商收购需求响应的价格和总数量、负荷中弹性负荷与非弹性负荷所占的比例以及弹性负荷的弹性限制；
[0008] 构建双层优化模型：根据所获取到的数据信息来建立一个上层以配电系统运营商利润最大化为目标的上层目标函数，下层以负荷集成商利润最大化为目标的下层目标函数；
[0009] 用原始对偶方法将下层目标函数与约束转化为强对偶条件等式和对偶约束得到一个
单层非线性规划模型，求解得到负荷集成商中标电量；
[0010] 通过需求响应负荷集成商与用户合约，获取用户负荷物理属性以及成本；
[0011] 根据用户合约数来建立一个以用户成本最低为目标函数，以用户物理限制以及负荷集成商中标电量为约束的混合整数线性模型；
[0012] 对混合整数线性模型进行求解，求解得到负荷集成商的调度策略，并将该策略应用于电力市场优化中。
[0013] 第二方面，本发明实施例提供了一种基于负荷集成商的双层两阶段需求响应调度系统，包括：
[0014] 第一数据获取器，用于获取数据信息；所述数据信息包括：日前市场电价、实时市场电价、负荷电量、备用电价、负荷集成商报价、负荷集成商收购需求响应的价格和总数量、负荷中弹性负荷与非弹性负荷所占的比例以及弹性负荷的弹性限制；
[0015] 第一
数据处理器，用于接收数据获取器所获取到的数据信息来建立一个上层以配电系统运营商利润最大化为目标的上层目标函数，下层以负荷集成商利润最大化为目标的下层目标函数；并用原始对偶方法将下层目标函数与约束转化为强对偶条件等式和对偶约束得到一个单层非线性规划模型，求解得到负荷集成商中标电量；
[0016] 第二数据获取器，用于通过需求响应负荷集成商与用户合约，获取用户负荷物理属性以及成本；
[0017] 第二数据处理器，用于接收第二数据获取器和第一数据处理器传输来的数据信息，根据用户合约数来建立一个以用户成本最低为目标函数，以用户物理限制以及负荷集成商中标电量为约束的混合整数线性模型，并对混合整数线性模型进行求解，求解得到负荷集成商的调度策略。
[0018] 本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
[0019] 本发明提出了一种基于负荷集成商的双层两阶段需求响应调度方法及系统。第一阶段为需求响应竞价阶段：上层以配电网运营商利润最大化为目标，下层以负荷集成商利润最大化为目标，通过原始对偶理论将下层模型转化为对偶约束和强对偶等式，双层优化从而转化为单层优化，求解得到负荷集成商的竞价策略(需求响应的报价以及数量)。第二阶段，负荷集成商确定每小时需求响应的量以后，通过以用户成本参与最小化为目标，以负荷的物理特性为约束来确定负荷集成商调度的策略。本发明通过建立双层两阶段需求响应模型，可以较为准确地得到负荷集成商竞价以及调度策略，从而有效提高需求响应集成商参与电力市场的收益，提高需求响应集成商参与电力市场的积极性，进而能有效的提高电力系统的安全稳定性。
附图说明
[0020] 图1是负荷集成商与配电系统运营商在电力市场参与需求响应的结构图；
[0021] 图2是需求响应模型图；
[0022] 图3是本发明实施例提供的基于负荷集成商的双层两阶段需求响应调度方法
流程图；
[0023] 图4是本发明实施例提供的基于负荷集成商的双层两阶段需求响应调度系统的组成示意图。
具体实施方式
[0024] 下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
[0025] 实施例：
[0026] 参阅图3所示，本实施例提供的基于负荷集成商的双层两阶段需求响应调度方法包括：
[0027] 获取数据信息；具体地，通过历史数据预测得到负荷电量(即日前购买负荷量数据)，日前市场电价，实时市场电价以及调用备用电价。获取配电系统运营商设置的报价上下限。通过负荷集成商与用户协商签订的合约，获取负荷集成商收购需求响应的价格，总数量，负荷中弹性负荷与非弹性负荷所占的比例。考虑到负荷预测的误差，通过历史数据分析实时弹性负荷消耗量的弹性限制(与日前购买弹性负荷电量的比例关系)。
[0028] 构建双层优化模型：根据所获取到的数据信息来建立一个上层以配电系统运营商利润最大化为目标的上层目标函数，下层以负荷集成商利润最大化为目标的下层目标函数；
[0029] 用原始对偶方法将下层目标函数与约束转化为强对偶条件等式和对偶约束得到一个单层非线性规划模型，求解得到负荷集成商中标电量；
[0030] 通过需求响应负荷集成商与用户合约，获取用户负荷物理属性以及成本；
[0031] 根据用户合约数来建立一个以用户成本最低为目标函数，以用户物理限制以及负荷集成商中标电量为约束的混合整数线性模型；
[0032] 对混合整数线性模型进行求解，求解得到负荷集成商的调度策略，并将该策略应用于电力市场优化中。
[0033] 也就是说，本方法主要分为两个阶段，第一阶段为需求响应竞价阶段：上层以配电网运营商利润最大化为目标，下层以负荷集成商利润最大化为目标，通过原始对偶理论将下层模型转化为对偶约束和强对偶等式，双层优化从而转化为单层优化，求解得到负荷集成商的竞价策略(需求响应的报价以及数量)。第二阶段，负荷集成商确定每小时需求响应的量以后，通过以用户成本参与最小化为目标，以负荷的物理特性为约束来确定负荷集成商调度的策略。本发明通过建立双层两阶段需求响应模型，可以较为准确地得到负荷集成商竞价以及调度策略，从而有效提高需求响应集成商参与电力市场的收益，提高需求响应集成商参与电力市场的积极性，进而能有效的提高电力系统的安全稳定性。
[0034] 具体地，通过图1可以看出，配电系统运营商从日前市场买电，实时市场可以买电，也能通过收购需求响应在实时市场卖电，收购需求响应需要支付给负荷集成商相应的报价，用户按零售电价支付给配电系统运营商。因此第一阶段上层目标函数：
[0035]
[0036] 式中ProfitPDISCO表示配电系统运营商总利润， 表示配电系统运营商t时刻采购第k个负荷集成商需求响应的价格， 表示配电系统运营商t时刻采购第k个负荷集成商需求响应的数量， 表示实时市场电价， 表示配电系统运营商实时从批发市场购电量/出售电量， 表示日前市场电价， 配电系统运营商日前从批发市场购电量， 调用备用电价， 调用备用负荷电量，λretail零售电价， 表示零售电量；
[0037] 需求响应模型如图2所示，负荷可以分为非弹性负荷和弹性负荷，弹性负荷由负荷集成商来决定哪些作为备用，哪些用来参与竞价。未被调用的备用负荷与日前购买的非弹性负荷之和为实时过程中消耗的电量。形成的约束为，弹性负荷的弹性限制约束、实时非弹性功率约束、被调用的备用电量上限约束、负荷最终消耗的有功上下限约束、负荷集成商报价上下限约束：
[0038]
[0039] 式中αlt表示l
节点t时刻用于备用的负荷量占日前购买弹性电量的比例，βlt表示l节点 t时刻用于竞标的节点电量占日前购买弹性电量的比例，ΓmaxΓmin分别表示实时参与市场电量占日前购买弹性电量的比例上下限， 表示l节点t时刻实时非弹性功率， 表示l节点t时刻日前非弹性功率， 表示l节点t时刻被调用的备用电量， 表示l节点tmax min时刻备用电量，ζ ζ 分别表示上限约束系数，与下限约束系数，δk表示第k个负荷集成商的利润系数， 表示第k个负荷集成商t时刻采购需求响应的价格；
[0040] 根据所在配网系统的参数，列写网络潮流约束：
[0041]
[0042] 表示t时刻日前购买的无功， 表示t时刻实时购买的无功，θ表示负荷的功率因数
角，PltQlt分别表示节点注入有功和无功， 表示il支路t时刻有功， 表示il支路 t时刻无功， 表示il支路t时刻
电流平方， 表示l节点t时刻
电压的平方，δ(l)表示以 l为受端节点的支路末端节点的集合，π(l)表示以l为末端节点的首端节点的集合， 表示 il支路功率传输上限；
[0043] 由图1可知，负荷集成商从用户统一价采购需求响应，然后竞标卖给配电系统运营商，赚取中间差价。因此的负荷集成商利润为，负荷集成商竞标获得的需求响应收益减去其采购需求响应成本，所以下层目标函数为：
[0044]
[0045] 约束条件包括负荷集成商提供的需求响应总量上下限、每节点竞标的需求响应量的上下限：
[0046]
[0047] 求解得到βlt， 分别为响应约束的拉格朗日乘子。
[0048] 具体地，用原始对偶方法将下层模型转化为对偶约束和强对偶等式：
[0049]
[0050] 最后得出的单层优化问题为，以上层目标函数为目标函数，上层约束和对偶约束和强对偶等式为约束条件的非线性规划问题，可直接使用现有的商业求解器求解得到负荷集成商中标电量。
[0051] 具体地，负荷集成商与用户合约内容包括，用户参与方式(包括负荷削减以及自备发
电机两种方式)、用户的成本(包括启动成本与单位电量成本)、用户参与电量、负荷削减的物理属性(包括最大/小削减时间，最大削减次数)、自备发电机的物理属性(包括最大/小发电量，爬坡/下降限制，最小开/关机时间)。
[0052] 具体地，用户成本包括负荷削减(LoadCurtailment,LC)成本、自备发电机(Utilizing OnsiteGeneration,OG)成本，目标函数为：
[0053]
[0054] cost表示用户的需求响应的总成本， 表示t时刻负荷削减的用户成本，表示 t时刻以自备发电机参与需求响应的用户成本；
[0055] 负荷削减约束包括：最大最小削减时间约束，最大削减次数约束，[0056]
[0057] 表示表示LC负荷与终端用户m商议的在t时刻负荷削减的启动成本，分别表示LC负荷与终端用户m商议的在t时刻的削减价格和削减量， 表示LC负荷削减状态变量(二进制变量)，削减时为1，否则为0，NLC表示LC用户的集合， 表示LC负荷终端用户m的削减启动成本， LC负荷终端用户m开始削减的状态变量(二进制变量)，开始削减时为1，否则为0， 分别表示LC负荷终端用户m削减最小最大持续时间， 表示LC负荷终端用户m结束削减的状态变量(二进制变量)，终止削减时为1，否则为0， 表示LC负荷终端用户m的最大削减次数；
[0058] 自备发电机约束包括：发电量上下限约束、爬坡/下降约束、最小开机/关机约束：
[0059]
[0060] 表示OG负荷终端用户m在t时刻的启动成本， 表示OG负荷终端用户m在t时刻的发电单位成本， 表示OG负荷终端用户m在t时刻的发电量， 表示OG负荷终端用户m的启动成本， 表示OG负荷终端用户m在t时刻的发电状态量，发电状态为1，否则为0，分别表示OG负荷终端用户m的最小/最大发电功率， 分别表示OG负荷终端用户m的爬坡和下降约束， 分别表示OG负荷终端用户m的最小开/ 关机时间；
[0061] 第一阶段的中标电量决定了负荷集成商需要调度的用户电量，因此需求响应数量约束：
[0062]
[0063] 表示t时刻总负荷削减量， 表示LC负荷t时刻负荷削减量， 表示OG负荷t时刻发电量， 为第一阶段求解得到的每节点中标电量；
[0064] 第二阶段为一个混合整数线性规划问题，可直接使用现有的商业求解器求解得到负荷集成商的调度策略。
[0065] 实施例2：
[0066] 参阅图4所示，本实施例提供的基于负荷集成商的双层两阶段需求响应调度系统包括：
[0067] 第一数据获取器41，用于获取数据信息；具体地，该数据信息包括日前市场电价、实时市场电价、负荷电量、备用电价、负荷集成商报价、负荷集成商收购需求响应的价格和总数量、负荷中弹性负荷与非弹性负荷所占的比例以及弹性负荷的弹性限制；其中，该负荷电量是通过通过历史数据预测得到的。当然需要说明的是，由于所需获取的数据信息众多，第一数据获取器仅仅是一统称，其可以设置有多个或者是多个不同类型的数据读取器。
[0068] 第一数据处理器42，用于接收数据获取器所获取到的数据信息来建立一个上层以配电系统运营商利润最大化为目标的上层目标函数，下层以负荷集成商利润最大化为目标的下层目标函数；并用原始对偶方法将下层目标函数与约束转化为强对偶条件等式和对偶约束得到一个单层非线性规划模型，求解得到负荷集成商中标电量；
[0069] 第二数据获取器43，用于通过需求响应负荷集成商与用户合约，获取用户负荷物理属性以及成本；同理，第二数据获取器仅仅是一统称，其可以设置有多个或者是多个不同类型的数据读取器。
[0070] 第二数据处理器44，用于接收第二数据获取器43和第一数据处理器42传输来的数据信息，根据用户合约数来建立一个以用户成本最低为目标函数，以用户物理限制以及负荷集成商中标电量为约束的混合整数线性模型，并对混合整数线性模型进行求解，求解得到负荷集成商的调度策略。
[0071] 由此可见，本系统首先通过第一数据获取器来获取系统参数数据信息，然后通过第一数据处理器来对该系统参数数据信息进行处理，从而得到负荷集成商中标电量，完成第一阶段的求解处理；在第二阶段中，通过第二数据获取器来获取用户负荷物理属性以及成本，然后数据处理器以用户成本参与最小化为目标，以负荷的物理特性限制以及负荷集成商中标电量为约束来确定负荷集成商调度的策略，本系统通过建立双层两阶段需求响应模型，可以较为准确地得到负荷集成商竞价以及调度策略，从而有效提高需求响应集成商参与电力市场的收益，提高需求响应集成商参与电力市场的积极性，进而能有效的提高电力系统的安全稳定性。
[0072] 具体地，通过图1可以看出，配电系统运营商从日前市场买电，实时市场可以买电，也能通过收购需求响应在实时市场卖电，收购需求响应需要支付给负荷集成商相应的报价，用户按零售电价支付给配电系统运营商。因此第一阶段上层目标函数：
[0073]
[0074] 式中ProfitPDISCO表示配电系统运营商总利润， 表示配电系统运营商t时刻采购第k个负荷集成商需求响应的价格， 表示配电系统运营商t时刻采购第k个负荷集成商需求响应的数量， 表示实时市场电价， 表示配电系统运营商实时从批发市场购电量/出售电量， 表示日前市场电价， 配电系统运营商日前从批发市场购电量， 调用备用电价， 调用备用负荷电量，λretail零售电价， 表示零售电量；
[0075] 需求响应模型如图2所示，负荷可以分为非弹性负荷和弹性负荷，弹性负荷由负荷集成商来决定哪些作为备用，哪些用来参与竞价。未被调用的备用负荷与日前购买的非弹性负荷之和为实时过程中消耗的电量。形成的约束为，弹性负荷的弹性限制约束、实时非弹性功率约束、被调用的备用电量上限约束、负荷最终消耗的有功上下限约束、负荷集成商报价上下限约束：
[0076]
[0077] 式中αlt表示l节点t时刻用于备用的负荷量占日前购买弹性电量的比例，βlt表示l节点 t时刻用于竞标的节点电量占日前购买弹性电量的比例，ΓmaxΓmin分别表示实时参与市场电量占日前购买弹性电量的比例上下限， 表示l节点t时刻实时非弹性功率， 表示l节点t时刻日前非弹性功率， 表示l节点t时刻被调用的备用电量， 表示l节点t时刻备用电量，ζmaxζmin分别表示上限约束系数，与下限约束系数，δk表示第k个负荷集成商的利润系数， 表示第k个负荷集成商t时刻采购需求响应的价格；
[0078] 根据所在配网系统的参数，列写网络潮流约束：
[0079]
[0080] 表示t时刻日前购买的无功， 表示t时刻实时购买的无功，θ表示负荷的功率因数角，PltQlt分别表示节点注入有功和无功， 表示il支路t时刻有功， 表示il支路 t时刻无功， 表示il支路t时刻电流平方， 表示l节点t时刻电压的平方，δ(l)表示以 l为受端节点的支路末端节点的集合，π(l)表示以l为末端节点的首端节点的集合， 表示 il支路功率传输上限；
[0081] 由图1可知，负荷集成商从用户统一价采购需求响应，然后竞标卖给配电系统运营商，赚取中间差价。因此的负荷集成商利润为，负荷集成商竞标获得的需求响应收益减去其采购需求响应成本，所以下层目标函数为：
[0082]
[0083] 约束条件包括负荷集成商提供的需求响应总量上下限、每节点竞标的需求响应量的上下限：
[0084]
[0085] 求解得到βlt， 分别为响应约束的拉格朗日乘子。
[0086] 具体地，用原始对偶方法将下层模型转化为对偶约束和强对偶等式：
[0087]
[0088] 最后得出的单层优化问题为，以上层目标函数为目标函数，上层约束和对偶约束和强对偶等式为约束条件的非线性规划问题，可直接使用现有的商业求解器求解得到负荷集成商中标电量。
[0089] 具体地，负荷集成商与用户合约内容包括，用户参与方式(包括负荷削减以及自备发电机两种方式)、用户的成本(包括启动成本与单位电量成本)、用户参与电量、负荷削减的物理属性(包括最大/小削减时间，最大削减次数)、自备发电机的物理属性(包括最大/小发电量，爬坡/下降限制，最小开/关机时间)。
[0090] 具体地，用户成本包括负荷削减(LoadCurtailment,LC)成本、自备发电机(Utilizing OnsiteGeneration,OG)成本，目标函数为：
[0091]
[0092] cost表示用户的需求响应的总成本， 表示t时刻负荷削减的用户成本，表示 t时刻以自备发电机参与需求响应的用户成本；
[0093] 负荷削减约束包括：最大最小削减时间约束，最大削减次数约束，[0094]
[0095] 表示表示LC负荷与终端用户m商议的在t时刻负荷削减的启动成本，分别表示LC负荷与终端用户m商议的在t时刻的削减价格和削减量， 表示LC负荷削减状态变量(二进制变量)，削减时为1，否则为0，NLC表示LC用户的集合， 表示LC负荷终端用户m的削减启动成本， LC负荷终端用户m开始削减的状态变量(二进制变量)，开始削减时为1，否则为0， 分别表示LC负荷终端用户m削减最小最大持续时间， 表示LC负荷终端用户m结束削减的状态变量(二进制变量)，终止削减时为1，否则为0， 表示LC负荷终端用户m的最大削减次数；
[0096] 自备发电机约束包括：发电量上下限约束、爬坡/下降约束、最小开机/关机约束：
[0097]
[0098] 表示OG负荷终端用户m在t时刻的启动成本， 表示OG负荷终端用户m在t时刻的发电单位成本， 表示OG负荷终端用户m在t时刻的发电量， 表示OG负荷终端用户m的启动成本， 表示OG负荷终端用户m在t时刻的发电状态量，发电状态为1，否则为0，分别表示OG负荷终端用户m的最小/最大发电功率， 分别表示OG负荷终端用户m的爬坡和下降约束， 分别表示OG负荷终端用户m的最小开/ 关机时间；
[0099] 第一阶段的中标电量决定了负荷集成商需要调度的用户电量，因此需求响应数量约束：
[0100]
[0101] 表示t时刻总负荷削减量， 表示LC负荷t时刻负荷削减量， 表示OG负荷t时刻发电量， 为第一阶段求解得到的每节点中标电量；
[0102] 第二阶段为一个混合整数线性规划问题，可直接使用现有的商业求解器求解得到负荷集成商的调度策略。
[0103] 上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
