一種需求響應資源組合優(yōu)化的分層分布式體系架構(gòu)和方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種需求響應資源組合優(yōu)化的分層分布式體系架構(gòu)和方法，該體系架構(gòu)包括負荷聚合商，負荷代理和需求響應資源；其中，負荷代理是一組需求響應資源的等值，其獲取需求響應資源的相關信息，并將負荷聚合商下達的控制信息傳遞給需求響應資源；各負荷代理之間通過通信網(wǎng)絡交互負荷聚合商公布的信息和其他負荷代理的信息。該方法簡化了計算的復雜性；便于負荷聚合商的管理，也為大量的中小型需求響應資源參與系統(tǒng)調(diào)度提供了可能；利用一致性算法和Dantzig?Wolfe分解理論對負荷調(diào)整量分配問題進行分布式計算，相比集中式優(yōu)化提高了計算的速度，而且可以適應需求響應資源不確定性的特性。

Hierarchical distributed architecture and method for demand response resource combination optimization

The invention discloses a method for demand response and distributed architecture of resource optimization, the system architecture including load aggregators, load agent and demand response resources; the load agent is a set of demand response resources equivalent, the related information for demand response resources, and will load aggregation control information transfer taking orders to demand response resources; through the information communication network load aggregators information released by the interaction between the agent and other load load agent. This method simplifies the computational complexity; easy to load aggregators for resources to participate in management, system scheduling may provide a small demand response of a distributed load on the decomposition; adjust the allocation problem of theoretical calculation by consensus algorithm and Dantzig Wolfe, improve the calculation speed compared to centralized optimization, and can adapt to the characteristics of demand response resource uncertainty.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種需求響應資源組合優(yōu)化的分層分布式體系架構(gòu)和方法
本專利技術涉及電力需求響應資源的組合優(yōu)化技術，具體涉及一種需求響應資源組合優(yōu)化的分層分布式的體系架構(gòu)和方法。
技術介紹
隨著電力市場化改革和需求側(cè)放開，大量的用戶可以參與到電力系統(tǒng)的優(yōu)化運行中，這些用戶被稱為需求響應資源，需求響應資源數(shù)量眾多、分布廣泛、特性多樣，集中式的直接調(diào)度難度很大。需求響應資源與傳統(tǒng)的發(fā)電資源相比，又具有較大的不確定性，表現(xiàn)為自主接入或退出，同時響應能力也隨著用戶的實際運行狀態(tài)的不同而不同。傳統(tǒng)的集中式計算往往不能考慮需求響應資源的這些特點，而且全局計算復雜性很大。所以本專利技術在此背景下提出了一種需求響應資源分層聚合、分布式計算的體系架構(gòu)和方法。
技術實現(xiàn)思路
專利技術目的：為解決現(xiàn)有技術的不足，提出一種需求響應資源組合優(yōu)化問題中將需求響應資源分層聚合形成負荷代理，然后利用一致性算法和Dantzig-Wolfe分解理論分布式計算負荷調(diào)整量分配的體系架構(gòu)和方法。技術方案：本專利技術的一種需求響應資源組合優(yōu)化的分層分布式體系架構(gòu)，包括負荷聚合商，負荷代理和需求響應資源；其中，負荷代理是一組需求響應資源的等值，其獲取需求響應資源的相關信息，并將負荷聚合商下達的控制信息傳遞給需求響應資源；各負荷代理之間通過通信網(wǎng)絡交互負荷聚合商公布的信息和其他負荷代理的信息。優(yōu)選的，每組中的需求響應資源的補償價格要保持多樣性。一種基于權(quán)利要求1所述架構(gòu)的分層分布式方法，包括以下步驟：(1)對需求相應資源進行分層聚合，形成一種分層分布式的體系架構(gòu)，該體系架構(gòu)的最上層為負荷聚合商，中間層為負荷代理，最下層為需求響應資源，所述負荷聚合商通過負荷代理管理需求響應資源；(2)負荷代理負荷調(diào)整量分配的分布式計算。進一步的，所述步驟(1)包括以下步驟：(11)將需求響應資源進行分組，形成等值需求響應資源首先需要將數(shù)量眾多的需求響應資源進行分組，形成等值需求響應資源；所有的負荷代理管理負荷聚合商的所有需求響應資源；獲得內(nèi)部需求響應資源的相關信息，并將負荷聚合商的控制指令下達到需求響應資源；各負荷代理之間通過通信網(wǎng)絡交互負荷聚合商公布的信息和其他負荷代理的信息；(12)對負荷代理建模需求響應資源分組后得到負荷代理，需求響應資源的綜合外特性包括出力特性和時間相關特性，負荷代理的綜合外特性與所述需求響應資源的綜合外特性相似；更進一步的，所述步驟(12)中的負荷代理模型為：(Ⅰ)出力范圍負荷代理的等值出力可以描述為在調(diào)度時段上具有持續(xù)出力的能力；不同的調(diào)度時段對應的負荷代理最大等值出力不同，需求響應資源的分組不同對應的負荷代理最大等值出力也不同；負荷代理的最大等值出力由如下需求響應資源的評估模型求得：(i)目標函數(shù)以調(diào)度時段內(nèi)最大化各時段的負荷調(diào)整量和各時段負荷調(diào)整量偏差最小為目標；式中，T為調(diào)度時段數(shù)，t為調(diào)度時段；為負荷代理i中的需求響應資源數(shù)目；為需求響應資源j調(diào)度時段t的負荷調(diào)整量，為需求響應資源j調(diào)度時段t-1的負荷調(diào)整量；w1、w2為權(quán)重系數(shù)，均為非負數(shù)，且w1+w2＝1；(ii)約束條件(a)功率調(diào)整范圍約束式中，Pjmin、Pjmax分別為需求響應資源j的負荷調(diào)整量的最小值、最大值；為需求響應資源j調(diào)度時段t的調(diào)用狀態(tài)，為1時表示調(diào)用，為0時表示不調(diào)用；需求響應資源的調(diào)節(jié)能力并不是和傳統(tǒng)發(fā)電機組那樣可以看成具有連續(xù)的調(diào)節(jié)的能力，通常具有的調(diào)節(jié)能力是離散化的，負荷調(diào)整量的取值為離散的，表示如下：式中，為非負的整數(shù)變量；為需求響應資源j的離散的單位調(diào)整值；(b)需求響應資源j的爬坡約束式中，DRj、URj分別為需求響應資源j的負荷調(diào)整量的最小值下降率、上升率；(c)最小削減時間約束式中，TDjmin為需求響應資源j的最小削減時間；為需求響應資源j調(diào)度時段t-1的累計削減時間；為需求響應資源j調(diào)度時段t的調(diào)用狀態(tài)，為1時表示調(diào)用，為0時表示不調(diào)用；為需求響應資源j調(diào)度時段t-1的調(diào)用狀態(tài)，為1時表示調(diào)用，為0時表示不調(diào)用；(d)最大削減時間約束式中，T為調(diào)度時段數(shù)；Tjmax為需求響應資源j的最大削減時間的時段數(shù)；(e)最小削減間隔時間約束式中，TUjmin為需求響應資源j的最小削減間隔時間；為需求響應資源j調(diào)度時段t-1的累計不削減時間；(f)最大削減次數(shù)約束式中，Njmax為需求響應資源j的最大削減次數(shù)，T為調(diào)度時段數(shù)；以優(yōu)化獲得的各時段的負荷調(diào)整量的最小值△Pimax作為負荷代理i的負荷調(diào)整量的最大負荷調(diào)整量；其中，由于負荷代理的需求響應資源可以不進行需求響應，所以負荷代理的最小負荷調(diào)整量為0；(Ⅱ)爬坡約束通過上述評估最大出力的模型確定了負荷代理內(nèi)部需求響應資源各時段的參與狀態(tài)對應的每一時段爬坡能力的最小值，然后根據(jù)具體的場景乘以一個經(jīng)驗系數(shù)得到負荷代理的爬坡參數(shù)；負荷代理的爬坡約束可以表示為：式中，i為負荷代理，j為需求響應資源，為需求響應資源j調(diào)用時段t的調(diào)用狀態(tài)；為負荷代理i調(diào)度時段t的負荷調(diào)整量，為負荷代理i調(diào)度時段t-1的負荷調(diào)整量；Ni為負荷代理i中需求響應資源的數(shù)目；DRj、URj分別為需求響應資源j的負荷調(diào)整量的最小值下降率、上升率；DRi、URi分別為負荷代理i的等值爬坡參數(shù)，對應負荷調(diào)整量的最小值下降率、上升率；ki為某一場景下的經(jīng)驗系數(shù)，由負荷聚合商長期運行經(jīng)驗得到，通常取值為0～1；(Ⅲ)時間相關約束由于負荷代理內(nèi)部有很多需求響應資源，等值后可以看成能夠在調(diào)度時段內(nèi)均能參與調(diào)度，即負荷代理參與調(diào)度需求的全時段，因此，負荷代理的時間相關特性被松弛掉；(Ⅳ)負荷代理的成本特性得到負荷代理的最大負荷調(diào)整量△Pimax后，將0～△Pimax等分為K段，得到K+1個負荷調(diào)整量的分點0、△Pimax/K、2△Pimax/K、...、(K-1)△Pimax/K、△Pimax；每個負荷調(diào)整量對應的成本特性用如下模型求解：(i)目標函數(shù)以負荷代理i達到某一負荷調(diào)整量k△Pimax/K(k＝0,1,2,…,K)的成本最小化為目標，將這個最小化的成本和該負荷調(diào)整量k△Pimax/K作為第k組成本的輸入輸出數(shù)據(jù)；式中，T為調(diào)度時段數(shù)；為負荷代理i中的需求響應資源數(shù)目；為需求響應資源j調(diào)度時段t的負荷調(diào)整量，為需求響應資源j調(diào)度時段t-1的負荷調(diào)整量；Cj為合同中規(guī)定的需求響應資源j的單位補償價格；γ為權(quán)重系數(shù)；(ii)約束條件(a)功率平衡約束△Pimax為負荷代理的最大負荷調(diào)整量；(b)功率調(diào)整范圍約束式中，Pjmin、Pjmax分別為需求響應資源j的負荷調(diào)整量的最小值、最大值；為需求響應資源j調(diào)度時段t的調(diào)用狀態(tài)，為1時表示調(diào)用，為0時表示不調(diào)用；需求響應資源的調(diào)節(jié)能力并不是和傳統(tǒng)發(fā)電機組那樣可以看成具有連續(xù)的調(diào)節(jié)的能力，通常具有的調(diào)節(jié)能力是離散化的，負荷調(diào)整量的取值為離散的，表示如下：式中，為非負的整數(shù)變量；為需求響應資源j的離散的單位調(diào)整值；(c)需求響應資源j的爬坡約束式中，DRj、URj分別為需求響應資源j的負荷調(diào)整量的最小值下降率、上升率；(d)最小削減時間約束式中，TDjmin為需求響應資源j的最小削減時間；為需求響應資源j調(diào)度時段t-1的累計削減時間；為需求響應資源j調(diào)度時段t的調(diào)用狀態(tài)，為1時表示調(diào)用，為0時表示不調(diào)用；為需求響應資源j調(diào)度本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種需求響應資源組合優(yōu)化的分層分布式體系架構(gòu)，其特征在于，包括負荷聚合商，負荷代理和需求響應資源；其中，負荷代理是一組需求響應資源的等值，其獲取需求響應資源的相關信息，并將負荷聚合商下達的控制信息傳遞給需求響應資源；各負荷代理之間通過通信網(wǎng)絡交互負荷聚合商公布的信息和其他負荷代理的信息。

【技術特征摘要】
1.一種需求響應資源組合優(yōu)化的分層分布式體系架構(gòu)，其特征在于，包括負荷聚合商，負荷代理和需求響應資源；其中，負荷代理是一組需求響應資源的等值，其獲取需求響應資源的相關信息，并將負荷聚合商下達的控制信息傳遞給需求響應資源；各負荷代理之間通過通信網(wǎng)絡交互負荷聚合商公布的信息和其他負荷代理的信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分層分布式體系架構(gòu)，其特征在于，每組中的需求響應資源的補償價格要保持多樣性。3.一種基于權(quán)利要求1所述架構(gòu)的分層分布式方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)對需求相應資源進行分層聚合，形成一種分層分布式的體系架構(gòu)，該體系架構(gòu)的最上層為負荷聚合商，中間層為負荷代理，最下層為需求響應資源，所述負荷聚合商通過負荷代理管理需求響應資源；(2)負荷代理負荷調(diào)整量分配的分布式計算。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種分層分布式方法，其特征在于，所述步驟(1)包括以下步驟：(11)將需求響應資源進行分組，形成等值需求響應資源首先需要將數(shù)量眾多的需求響應資源進行分組，形成等值需求響應資源；所有的負荷代理管理負荷聚合商的所有需求響應資源；獲得內(nèi)部需求響應資源的相關信息，并將負荷聚合商的控制指令下達到需求響應資源；各負荷代理之間通過通信網(wǎng)絡交互負荷聚合商公布的信息和其他負荷代理的信息；(12)對負荷代理建模需求響應資源分組后得到負荷代理，需求響應資源的綜合外特性包括出力特性和時間相關特性，負荷代理的綜合外特性與所述需求響應資源的綜合外特性相似。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種分層分布式方法，其特征在于，所述步驟(12)中的負荷代理模型為：(Ⅰ)出力范圍負荷代理的等值出力可以描述為在調(diào)度時段上具有持續(xù)出力的能力；不同的調(diào)度時段對應的負荷代理最大等值出力不同，需求響應資源的分組不同對應的負荷代理最大等值出力也不同；負荷代理的最大等值出力由如下需求響應資源的評估模型求得：(i)目標函數(shù)以調(diào)度時段內(nèi)最大化各時段的負荷調(diào)整量和各時段負荷調(diào)整量偏差最小為目標；式中，T為調(diào)度時段數(shù)，t為調(diào)度時段；為負荷代理i中的需求響應資源數(shù)目；為需求響應資源j調(diào)度時段t的負荷調(diào)整量，為需求響應資源j調(diào)度時段t-1的負荷調(diào)整量；w1、w2為權(quán)重系數(shù)，均為非負數(shù)，且w1+w2＝1；(ii)約束條件(a)功率調(diào)整范圍約束式中，Pjmin、Pjmax分別為需求響應資源j的負荷調(diào)整量的最小值、最大值；為需求響應資源j調(diào)度時段t的調(diào)用狀態(tài)，為1時表示調(diào)用，為0時表示不調(diào)用；需求響應資源的調(diào)節(jié)能力并不是和傳統(tǒng)發(fā)電機組那樣可以看成具有連續(xù)的調(diào)節(jié)的能力，通常具有的調(diào)節(jié)能力是離散化的，負荷調(diào)整量的取值為離散的，表示如下：式中，為非負的整數(shù)變量；為需求響應資源j的離散的單位調(diào)整值；(b)需求響應資源j的爬坡約束式中，DRj、URj分別為需求響應資源j的負荷調(diào)整量的最小值下降率、上升率；(c)最小削減時間約束式中，TDjmin為需求響應資源j的最小削減時間；為需求響應資源j調(diào)度時段t-1的累計削減時間；為需求響應資源j調(diào)度時段t的調(diào)用狀態(tài)，為1時表示調(diào)用，為0時表示不調(diào)用；為需求響應資源j調(diào)度時段t-1的調(diào)用狀態(tài)，為1時表示調(diào)用，為0時表示不調(diào)用；(d)最大削減時間約束式中，T為調(diào)度時段數(shù)；Tjmax為需求響應資源j的最大削減時間的時段數(shù)；(e)最小削減間隔時間約束式中，TUjmin為需求響應資源j的最小削減間隔時間；為需求響應資源j調(diào)度時段t-1的累計不削減時間；(f)最大削減次數(shù)約束式中，Njmax為需求響應資源j的最大削減次數(shù)，T為調(diào)度時段數(shù)；以優(yōu)化獲得的各時段的負荷調(diào)整量的最小值△Pimax作為負荷代理i的負荷調(diào)整量的最大負荷調(diào)整量；其中，由于負荷代理的需求響應資源可以不進行需求響應，所以負荷代理的最小負荷調(diào)整量為0；(Ⅱ)爬坡約束通過上述評估最大出力的模型確定了負荷代理內(nèi)部需求響應資源各時段的參與狀態(tài)對應的每一時段爬坡能力的最小值，然后根據(jù)具體的場景乘以一個經(jīng)驗系數(shù)得到負荷代理的爬坡參數(shù)；負荷代理的爬坡約束可以表示為：-DRi≤△Pit-△Pit-1≤URi式中，i為負荷代理，j為需求響應資源，為需求響應資源j調(diào)用時段t的調(diào)用狀態(tài)；△Pit為負荷代理i調(diào)度時段t的負荷調(diào)整量，△Pit-1為負荷代理i調(diào)度時段t-1的負荷調(diào)整量；Ni為負荷代理i中需求響應資源的數(shù)目；DRj、URj分別為需求響應資源j的負荷調(diào)整量的最小值下降率、上升率；DRi、URi分別為負荷代理i的等值爬坡參數(shù)，對應負荷調(diào)整量的最小值下降率、上升率；ki為某一場景下的經(jīng)驗系數(shù)，由負荷聚合商長期運行經(jīng)驗得到，通常取值為0～1；(Ⅲ)時間相關約束由于負荷代理內(nèi)部有很多需求響應資源，等值后可以看成能夠在調(diào)度時段內(nèi)均能參與調(diào)度，即負荷代理參與調(diào)度需求的全時段，因此，負荷代理的時間相關特性被松弛掉；(Ⅳ)負荷代理的成本特性得到負荷代理的最大負荷調(diào)整量△Pimax后，將0～△Pimax等分為K段，得到K+1個負荷調(diào)整量的分點0、△Pimax/K、2△Pimax/K、...、(K-1)△Pimax/K、△Pimax；每個負荷調(diào)整量對應的成本特性用如下模型求解：(i)目標函數(shù)以負荷代理i達到某一負荷調(diào)整量k△Pimax/K(k＝0,1,2,…,K)的成本最小化為目標，將這個最小化的成本和該負荷調(diào)整量k△Pimax/K作為第k組成本的輸入輸出...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：劉越，王磊，
申請(專利權(quán))人：東南大學，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇,32