基于云计算的区域性电力调峰资源分配系统

本发明涉及电力系统运行领域，尤其涉及基于云计算的区域性电力调峰资源分配系统。

背景技术：

1、随着全球能源结构向低碳化转型，风电、光伏等新能源在电力系统中的占比持续提升。新能源出力受天气影响具有显著的波动性和间歇性，导致电网净负荷（负荷减去新能源出力）的峰谷差不断拉大，系统调峰压力日益严峻。现代电力系统通常由多个区域电网通过联络线互联构成，不同区域在负荷特性和新能源资源上往往具有时空互补性。因此，打破区域壁垒，开展大范围、跨区域调峰资源的协同优化配置，成为提升可再生能源消纳能力、降低系统总调峰成本的关键途径。

2、在跨区域调峰资源分配中，涉及火电、水电、储能、可中断负荷等多种调峰资源。这些资源中既有连续可调的，也有离散运行的；其成本特性往往呈现非凸、非线性。同时，区域电网规模庞大，约束条件复杂。如何在保证安全的前提下，快速、经济地确定各区域调峰资源的调用计划，是电力系统调度领域的关键问题。

3、目前，针对区域性电力调峰资源分配问题，现有技术主要存在以下不足：

4、传统方法通常将连续可调资源和离散资源混合建模，并保留非凸成本曲线，导致问题转化为大规模混合整数非线性规划（minlp）。采用商业求解器求解此类问题计算耗时巨大，难以满足实时调度的时间要求；而采用遗传算法、粒子群算法等启发式方法，虽然求解速度较快，但无法保证解的全局最优性，且结果不稳定。

5、现有集中式或云中心优化方案通常采用一刀切的下发模式，边缘节点仅作为执行单元，缺乏本地实时安全校验和自主决策能力。当云中心下发的方案因本地电网安全约束（潮流越限）无法执行，或通信链路发生延迟、中断时，边缘节点无法有效应对，系统整体可靠性和韧性不足。

6、因此，我们提出了基于云计算的区域性电力调峰资源分配系统用于解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明提供了基于云计算的区域性电力调峰资源分配系统，用于得到可并行加速且工程可落地的调峰资源分配方案。

2、本发明第一方面提供了基于云计算的区域性电力调峰资源分配系统，包括：资源处理模块，用于获取各区域的调峰资源信息，对调峰资源进行离散化并通过采用分段线性凸包络松弛处理非凸性，得到所述调峰资源的离散档位，并构建离散化调峰资源池；区域划分模块，用于获取所述各区域之间的联络线的参数，根据所述联络线的参数构建区域耦合图，并基于所述区域耦合图对所述各区域进行划分，得到多个调度子区域；初始解得到模块，用于以所述调峰资源在各个时段的所述离散档位为决策变量构建系统总成本函数，并得到满足设备运行约束的初始可行解；迭代优化模块，用于基于所述调度子区域得到候选交换，对所述候选交换进行约束校验，根据所述系统总成本函数计算通过校验的所述候选交换对应的成本变化量，并基于所述成本变化量迭代更新所述初始可行解，得到分配当前解；执行修正模块，用于将所述分配当前解作为调峰资源分配方案下发至所述各区域的边缘节点执行，并根据所述边缘节点的执行反馈信息对所述调峰资源分配方案进行局部修正。

3、可选的，在本发明第一方面的第一种实现方式中，所述资源处理模块具体用于：

4、将所述调峰资源中的连续可调资源按预设步长离散化为整数档位；

5、对所述调峰资源的非凸成本曲线，采用分段线性凸包络松弛构建模型，在目标函数中处理非凸性；

6、根据处理后的所述调峰资源、对应的所述整数档位以及松弛后的凸包络成本曲线，形成离散化调峰资源池。

7、可选的，在本发明第一方面的第二种实现方式中，所述区域划分模块在根据所述联络线的参数构建区域耦合图时，具体用于：

8、获取所述联络线的等值电抗和传输容量；

9、基于所述等值电抗和所述传输容量确定所述联络线的初始电气耦合权重，并结合历史调峰资源互济方向数据对所述初始电气耦合权重进行调整，得到最终的耦合权重；

10、以所述各区域为节点、以具有所述耦合权重的所述联络线为边，构建区域耦合图。

11、可选的，在本发明第一方面的第三种实现方式中，所述区域划分模块在基于所述区域耦合图对所述各区域进行划分，得到多个调度子区域时，具体用于：

12、计算所述区域耦合图对应的拉普拉斯矩阵；

13、求解所述拉普拉斯矩阵中第二小特征值对应的特征向量；

14、按照所述特征向量中元素的正负符号对所述各区域进行递归二分划分，直至每个划分后的子区域包含的区域数量满足预设条件，得到多个调度子区域。

15、可选的，在本发明第一方面的第四种实现方式中，所述系统总成本函数包括资源调用成本项、跨区不平衡惩罚项、调峰不足惩罚项和调峰过剩惩罚项；

16、其中，所述资源调用成本项采用离散凸函数形式，所述跨区不平衡惩罚项采用离散凸函数作用于所述各区域中不同区域的调峰总功率之差，所述调峰不足惩罚项和所述调峰过剩惩罚项分别采用离散凸函数作用于所述各区域的净负荷与调峰总出力之间的偏差；

17、所述系统总成本函数在所述决策变量的整数可行域上满足m-凸性质。

18、可选的，在本发明第一方面的第五种实现方式中，所述系统总成本函数的计算公式为：

19、；

20、式中：为系统总调度成本；为调峰资源在各个时段的离散档位，为二次成本系数，为一次成本系数；和分别为存在联络线的两个区域的已调用总功率，为对应联络线的耦合权重，为跨区不平衡惩罚系数；为净负荷与调峰总出力之间的偏差功率，为偏差惩罚系数。

21、可选的，在本发明第一方面的第六种实现方式中，所述迭代优化模块在基于所述调度子区域得到候选交换时，具体用于：

22、优先在任一所述调度子区域内部得到第一候选交换；

23、若该调度子区域内部不存在使所述系统总成本函数下降的所述第一候选交换，则将跨区交换作为二级备用策略，在不同的所述调度子区域之间得到第二候选交换；

24、所述第一候选交换和所述第二候选交换均为两个所述调峰资源之间的离散档位的转移。

25、可选的，在本发明第一方面的第七种实现方式中，所述设备运行约束和所述候选交换的约束校验均包含资源上下限约束、爬坡速率约束以及联络线容量约束。

26、可选的，在本发明第一方面的第八种实现方式中，还包括场景预测模块，用于：

27、获取净负荷预测误差数据，根据所述净负荷预测误差数据的分布选取多个分位数水平，形成包含场景概率的典型净负荷场景集；

28、所述典型净负荷场景集用于在构建所述系统总成本函数时计算多场景期望成本。

29、可选的，在本发明第一方面的第九种实现方式中，所述执行修正模块在根据所述边缘节点的执行反馈信息对所述调峰资源分配方案进行局部修正时，具体用于：

30、接收所述边缘节点对所述调峰资源分配方案进行本地潮流安全校验并执行后，上传的实际执行档位和偏差原因作为所述执行反馈信息；

31、根据所述执行反馈信息确定受影响区域，在保持其他区域的分配方案不变的情况下，在所述受影响区域内部得到局部候选交换，以更新所述调峰资源分配方案。

32、本发明的机理如下：通过引入资源调用成本、跨区不平衡惩罚、调峰不足与过剩惩罚等多项，被设计为具有m-凸性质的离散凸函数，m-凸函数的一个关键性质是局部最优即全局最优，这保证了基于可行下降交换的贪心迭代算法能够在有限步内收敛到全局最优解，避免了传统混合整数规划在大规模问题中面临的组合爆炸困境，候选交换的得到采用子区域内部优先、子区域之间次之的分层搜索策略，大幅缩小了每次迭代的搜索空间，使得并行计算各候选交换的成本变化量成为可能，发挥了云中心全局优化的优势，利用了边缘节点的本地实时信息保障安全性，同时通过局部修正机制增强了方案对预测偏差和实际执行误差的鲁棒性；

33、有益效果：摒弃了传统大规模混合整数规划或启发式算法，将连续资源离散化、非凸成本分段线性凸化，并巧妙构造了包含跨区不平衡惩罚、调峰偏差惩罚在内的具有m-凸性质的总成本函数。

34、有益效果：m-凸性质保证了基于资源档位交换的局部搜索算法能够单调递减且收敛至全局最优解，避免了启发式算法陷入局部最优的缺陷，由于决策变量定义为调峰资源的离散档位，档位的交换操作天然满足m-凸函数可行域的整数格点分量总和守恒条件，而跨区功率不平衡则由目标函数中的惩罚项进行约束，每次迭代仅需计算极简的增量成本，使得算法复杂度大幅降低，能够轻松应对海量调峰资源的实时优化；

35、分区结果不再依赖行政边界，而是匹配电网实际电气耦合强度，且分区方向与历史互济潮流高度一致，使得优先在子区域内部搜索、再扩展至区间的候选交换策略具有极强的目的性，大幅剪枝了无效搜索空间，充分发挥了云计算的并行处理能力，迭代收敛速度得到数量级提升；

36、边缘节点的本地安全校验弥补了云中心集中建模可能忽略的局部网络约束；而云中心收到反馈后，无需重新进行全局优化，仅通过轻量级的局部交换修正即可消除偏差，既保证了初始方案的经济最优性，又确保了实际执行的安全性和可行性，同时具备极强的容错能力；

37、在不破坏m-凸性质的前提下，使优化方案从确定性单点优化升级为多场景概率优化，对新能源出力波动和负荷预测误差具有极强的适应性和鲁棒性，显著减少了实际运行中的调峰不足或过剩惩罚；

38、将候选交换限定为同一时段内两资源间的整数档位转移，并结合区域功率转移分布因子进行联络线容量快速校验，所有候选交换的成本计算和约束校验完全独立、天然并行，能够极致利用云计算的分布式计算资源。