一种基于大数据的能源调度优化方法及系统与流程

本发明涉及社区能源系统智能调度优化，尤其涉及一种基于大数据的能源调度优化方法及系统。

背景技术：

1、随着分布式能源技术的普及推广，越来越多的社区开始接入屋顶分布式光伏发电、分散式风力发电、用户侧储能、电动汽车充电设施等小型能源单元，社区能源系统从传统的单向受电网络逐步转变为源网荷储多元互动的局域能源系统。传统依托大电网的统一调度模式主要面向输配电层级的大型能源设施设计，难以适配社区层面大量产权分散、运行状态波动大的小型能源单元调度需求，现有社区能源调度方案大多以系统运行效率、可再生能源消纳作为核心调度目标，对社区内不同群体的用能保障需求差异考虑不足，低保、残障等存在特殊用能需求的普惠保障群体，其基本生活负荷往往在需求响应过程中被无差别纳入可调负荷范围，存在基本用电需求被调整的风险。当前多数社区的能源数据分属不同运营主体管理，电表、光伏系统、储能系统、充电桩的数据采集标准不统一，时间校准基准、空间定位精度存在差异，数据采集过程中还存在采集范围不明确、用户授权不到位的合规风险，多源数据难以有效融合形成全局一致的运行视图，容易导致调度指令与现场实际运行状态出现偏差。

2、现有社区能源调度的用户建模过程，大多将居民用户作为同质化的调度对象，用户特征提取主要围绕可调负荷容量、历史响应频次等维度开展，未将用户的普惠保障属性作为核心特征纳入用户画像体系，也未在调度约束中设置专门的刚性负荷豁免边界，调度模型求解过程中无法对普惠用户的基本用能需求形成刚性保障，遇到局域能源供需紧张的场景，调度算法往往优先选择响应速度快、调节门槛低的小型用户负荷开展调节，而这类负荷中有相当比例属于普惠保障群体的生活用电，容易造成对弱势群体用能权益的挤压。

3、现有社区能源调度的贡献反馈规则大多按照用户响应调整的电量绝对值核算贡献份额，未设置针对普惠保障群体的合理倾斜机制，调度流程多为管理端单向下发指令，缺少面向居民用户的双向交互反馈通道，用户的自主用能意愿无法顺畅传递到调度决策环节，长期运行下容易导致居民参与意愿降低。多数社区开展的能源系统韧性评估工作，主要围绕系统整体供电能力、关键设备运行状态设置评估指标，未将普惠保障用户的关键负荷供电情况作为优先评估内容，在极端气象事件、外部电网故障等特殊场景下，无法提前识别普惠用户的供电保障缺口。

4、现有的社区能源用户参与激励机制大多采用统一的积分核算规则，未针对普惠保障用户的参与能力设置适配的激励标准，积分兑换价值多为固定设置，容易随积分存量变化出现价值波动，难以维持长期稳定的激励效果。随着社区能源基础设施普惠接入工作的持续推进，社区能源调度需要同时满足系统安全运行、可再生能源充分消纳、特殊群体权益保障等多重目标，现有调度方法在数据融合、用户建模、约束设置、分配机制、交互流程等方面的设计，已难以适配兼顾运行效率与公共服务公平性的建设要求，同时部分应用大数据、人工智能技术的调度方案存在模型与场景结合不紧密、特征选取不规范的问题，容易引入不必要的用户敏感数据采集流程，甚至因特征维度选择不当产生算法偏见，与社区公共服务均等化的发展方向存在偏差。

技术实现思路

1、本发明提出的一种基于大数据的能源调度优化方法及系统，以解决上述现有技术中提到的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：基于大数据的能源调度优化方法，包括以下步骤：

3、s1、构建社区能源基础设施数字孪生模型，采集社区范围内的实时和历史运行数据，采集社区能源运行数据与居民用户属性数据，进行多源数据融合，识别普惠保障用户并标记刚性负荷豁免属性；

4、s2、对居民用户用能数据进行聚类分析，提取用能偏好、需求响应潜力及普惠属性，建立用户画像数据库；

5、s3、构建社区能源协同调度优化模型，以社区用能成本最小、可再生能源消纳率最大、普惠用户权益保障度最大为联合目标，在配电网安全约束、刚性负荷豁免约束及用户用能偏好约束下，求解分布式能源最优出力计划与用户可调负荷调节方案；

6、s4、建立带普惠倾斜的社区能源利益共享分配机制，根据用户对社区能源供需平衡的贡献度计算基础贡献值，对普惠保障用户的基础贡献值乘以普惠倾斜系数得到最终贡献值；

7、s5、将调度策略与分配结果推送至用户终端，接收用户意愿反馈并迭代优化，当用户参与度低于阈值时上调普惠倾斜系数，参与度达标后锁定策略并执行。

8、优选的，还包括：构建社区能源韧性评估机制，对极端气象或外部电网故障场景下的社区独立运行能力进行量化评估，评估过程优先模拟普惠保障用户关键负荷的供电保障情况，包括模拟社区能源系统在孤岛运行模式下的最大可持续供电时长、普惠用户关键负荷保障率以及储能系统荷电状态演化趋势。

9、优选的，还包括：建立社区用户参与激励机制，对参与需求响应和绿电消纳的用户发放社区能源积分，积分累积量与调度周期内碳减排量成比例，普惠保障用户的积分累积量额外乘以1.2~1.5倍的普惠加成系数；用户使用社区能源积分在社区能源交易市场中兑换电费抵扣额度、充电桩优先使用权或社区公共储能容量租赁权，积分兑换采用动态定价机制，根据积分供需比实时调整兑换价值。

10、优选的，所述步骤s2中居民用户的用能偏好模式向量通过分析居民用户在不同季节、不同工作日类型以及不同天气条件下的逐时用电功率数据的分布规律提取，具体为将一年的逐时用电数据按工作日与休息日、春夏秋冬四季、晴阴雨三种天气划分为二十四个分析维度，统计各时段平均用电功率及标准差，归一化后拼接普惠属性 0/1 标识生成用能偏好模式向量；需求响应潜力等级根据用户可调负荷容量占峰值负荷的比值划分为高、中、低三个等级。

11、优选的，所述步骤s2中居民用户i的用能偏好模式向量通过下式构建：

12、；

13、其中为居民用户i在第k个分析时段的平均用电功率，为居民用户i在所有分析时段中平均用电功率的最大值，为居民用户i在第k个分析时段的用电功率标准差，为居民用户i在所有分析时段中用电功率标准差的最大值，m为分析时段总数取值为正整数；为居民用户的普惠属性标识

14、优选的，所述步骤s3中社区能源协同调度优化模型同时引入社区配电网节点电压偏差惩罚项、储能装置充放电循环寿命损耗惩罚项和普惠用户负荷调节惩罚项，将社区配电网各节点的电压幅值约束转化为软约束形式，在优化目标函数中以加权平方和方式对电压越限程度进行惩罚；储能装置的充放电循环寿命损耗通过雨流计数法统计调度周期内的等效充放电循环次数，将等效充放电循环次数乘以单次循环的等效容量衰减成本后计入优化目标函数中的储能运行成本项。

15、优选的，所述步骤s4中居民用户对社区能源系统供需平衡的实际贡献度通过多维加权贡献度评价模型计算，首先计算各居民用户在调度周期内每小时的净负荷调节量，净负荷调节量为该居民用户实际用电功率与基准用电功率的差值，其次计算各居民用户在调度周期内向社区电网累计反送的可再生能源电量并按分时电价加权折算为等效经济贡献值，然后将净负荷调节量和等效经济贡献值分别代入预设的贡献度评分函数中得到负荷调节贡献分值和绿色能源贡献分值，将两种贡献分值加权求和后得到该居民用户的基础贡献度评价值，基础贡献度评价值乘以对应的普惠倾斜系数得到最终贡献度评价值，作为利益分配的权重系数。

16、优选的，所述步骤s4中居民用户对社区能源系统供需平衡的最终贡献度评价值通过下式计算：；其中为居民用户j的最终贡献度评价值；为普惠倾斜系数；为负荷调节贡献维度权重因子；为绿色能源贡献维度权重因子，为居民用户j在调度周期内的累计净负荷调节量绝对值；为社区内全体居民用户在调度周期内的累计净负荷调节量绝对值总和，为居民用户j在调度周期内向社区电网反送的可再生能源电量，为社区内全体居民用户在调度周期内向社区电网反送的可再生能源电量总和，居民用户j的利益共享分配金额等于社区利益池总金额乘以贡献度评价值归一化后的占比值。

17、优选的，所述步骤s3中社区能源协同调度优化模型采用混合整数非线性规划方法求解，引入基于拉格朗日松弛的约束解耦策略，将配电网安全约束、刚性负荷豁免约束分解为各节点独立子问题并行求解，通过拉格朗日乘子更新协调节点间耦合关系，收敛后得到全局最优解；优化模型以24小时为滚动窗口、15分钟为调度时段分辨率，每个调度周期起始时刻根据最新负荷预测和可再生能源出力预测刷新参数并重新求解

18、优选的，一种基于大数据的能源调度优化系统，包括：

19、社区能源数字孪生模块，配置有多源数据接入接口、普惠用户识别单元和时空对齐融合单元，用于采集社区各类能源设备运行数据和用户普惠属性数据；

20、用户画像构建模块，配置有用户行为聚类单元、需求响应潜力评估单元和普惠属性标签单元，用于提取用户多维度用能特征，生成含用能偏好、响应潜力、普惠属性的三维用户画像；

21、协同调度优化模块，配置有多目标优化求解单元、刚性负荷豁免约束单元和用户偏好匹配单元，用于生成满足效率与公平双重目标的社区能源协同调度策略；

22、利益分配模块，配置有贡献度计算单元、普惠倾斜调整单元和收益核算单元，用于按带普惠加成的贡献度占比为用户分配收益；

23、交互执行模块，配置有用户移动终端交互单元、参与度动态调整单元和指令下发单元，用于接收用户意愿反馈、迭代优化调度方案并下发执行。

24、与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

25、本技术提出的能源调度优化方法及系统，能够适配社区能源基础设施普惠接入的应用场景，在社区能源数据融合层面，通过统一时空坐标系下的多源数据映射融合流程，打通不同来源能源设备的数据壁垒，形成覆盖源网荷储全要素的社区能源系统全景态势图，数据采集过程严格限定在能源调度必要范围内，严格落实用户知情同意要求，可减少不必要的用户敏感信息采集，规避数据合规风险。

26、方案在数据层设置普惠接入适配层，能够自动识别普惠保障用户并为其基本生活负荷标记刚性豁免标签，从数据底层为普惠用户的用能权益保障提供支撑。配套的社区能源韧性评估机制，将普惠保障用户的关键负荷供电情况作为优先评估内容，可模拟孤岛运行场景下的系统供电状态、储能演化趋势，在韧性指标不足时及时推送优化建议，改变以往韧性评估仅关注系统整体指标的问题，有助于提升极端场景下特殊群体的用电保障能力。

27、在用户建模层面，方案构建的三维社区用户画像体系，将普惠属性作为核心维度纳入用户特征集合，多维度聚类分析过程仅选取与用能行为、响应能力直接相关的特征维度，不引入与调度决策无关的用户属性，可避免算法偏见的产生。基于多维度特征提取形成的用能偏好模式向量，可实现相似用能习惯用户的分组管理，降低后续调度模型的求解复杂度，同时为用户用能偏好匹配约束提供数据支撑，让负荷调节方案更贴合用户日常用能习惯，减少不必要的用能干扰。

28、在调度模型构建层面，方案建立的多目标协同调度优化模型，将普惠用户权益保障作为独立的优化目标，配套设置刚性负荷豁免约束、用户用能偏好匹配约束与配电网安全运行约束，从规则层面保障普惠用户的基本生活负荷不被纳入调节范围。模型引入的电压偏差惩罚、储能寿命损耗惩罚、普惠用户负荷调节惩罚项，可在求解过程中兼顾配电网运行稳定性、储能装置长期使用寿命，同时尽可能降低对普惠用户的用能调整幅度。

29、求解过程采用的约束解耦并行计算框架，可适配社区设备分散、节点数量多的特点，保障调度方案的求解效率，滚动优化的调度窗口设置，可根据最新的负荷与可再生能源出力预测动态调整方案，更好适配可再生能源出力波动特性，提升可再生能源的本地消纳水平。

30、在权益分配与交互层面，方案设置的带普惠倾斜的社区能源贡献反馈机制，基于用户在负荷调节、绿电反送、需求响应执行等维度的实际贡献核算基础贡献值，再对普惠保障用户设置合理的贡献值倾斜系数，能够让不同参与能力的用户都获得匹配的权益反馈。双向交互迭代流程可接收用户的自主意愿调整参数，根据社区整体参与度动态调整倾斜系数，改变传统调度单向指令下发的模式，让用户能够有效参与到调度决策过程中。

31、配套的长效积分激励机制设置了适配普惠用户的积分加成规则，动态定价的积分兑换市场可维持积分价值的相对稳定，支撑长期的用户参与引导，让社区能源系统的运行成果能够覆盖所有居民群体，适配社区公共服务均等化的建设要求。整个方案的算法规则设计全程围绕公共服务均等化要求展开，所有调度逻辑、分配规则、激励标准均面向全体居民的共同用能需求设计，不会产生针对特定群体的算法歧视，能够为不同类型社区的普惠能源接入工作提供可落地的技术支撑。