电力负荷聚合商鲁棒混合线性整数规划调度优化方法与流程

1.本发明涉及电力调度控制领域，具体涉及一种电力负荷聚合商鲁棒混合线性整数规划调度优化方法。


背景技术：

2.在当前中国电力工业重组框架背景下,电力负荷聚合商是电力市场的枢纽环节，在电力市场中，电力负荷聚合商一方面考虑到负荷聚合商需要从多渠道调度电力总和需满足电力负荷需求总量以保证调度可靠性，保证系统供电安全，另一方面，负荷聚合商从多渠道调度电力也必须同时考虑不同电力调度渠道的调度成本问题，这是激发电力负荷聚合商做好自己本职工作从而维持整个电力系统上下游调度可靠与运行经济安全的关键。调度问题在数学上是一个离散的、高维数、非凸的非线性优化问题 ，难以确定其最优解。最优解的确定便于调度人员制定调度计划，具有较大的经济效益，混合线性整数规划法在电力系统可靠调度和经济调度优化方面的适用性已得到了验证，但是随着电力市场的放开，电力负荷聚合商的大规模出现，原本确定的电力市场参与主体及电价变得不再确定，对于需要确定的电力系统参与主体和确定性电价的标准混合线性整数规划法，亟需考虑电力负荷聚合商及电力市场电价不确定背景下的最优调度规划设计方案，因此，在电力市场电价不确定性环境下推导电力负荷聚合商调度鲁棒模型，并给出综合考虑调度可靠性与经济性的电力负荷聚合商优化调度的方法具有重要意义，为完全电力市场环境下作为市场主体的电力负荷聚合商调度提供理论支撑和参考。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种电力负荷聚合商鲁棒混合线性整数规划调度优化方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种电力负荷聚合商鲁棒混合线性整数规划调度优化方法，步骤1：通过分析需求响应引起的负荷转移量、影响电力负荷聚合商的供电调度可靠性与经济性因素及相关约束条件，构造电力负荷聚合商标准混合线性整数规划（milp）调度模型及加权参数，步骤2：通过定义一个与标准混合线性整数规划（milp）调度模型目标函数对电价不确定性的鲁棒程度密切相关的整数参数，推导出电力负荷聚合商调度鲁棒混合线性整数规划（rmilp）调度模型，并基于鲁棒混合线性整数规划（rmilp）调度模型给出电力负荷聚合商优化调度方法。
5.进一步优选， 步骤1具体包括：步骤1.1，确定需求响应引起的负荷转移量；步骤1.1，确定需求响应引起的负荷转移量；
上式中指i时段初始电力负载，指需求响应实施后同时段的电力负载，指i时段参与需求响应的负荷比例，指i时段通过需求响应转移的负荷；步骤1.2，确定电力负荷聚合商的供电调度来源及成本，考虑到负荷聚合商需要从多渠道调度电力并需满足电力负荷需求总量以保证调度可靠性，以及负荷聚合商从多渠道调度电力也必须同时考虑不同电力调度渠道的调度成本问题，构造经济可靠调度目标函数如下：该目标函数即是在保证电力负荷聚合商从各渠道调度电力总和满足负荷需求的前提下保证最优调度的目标函数，其中表示i时段电力市场电价，t表示所有时间段的集合，表示i时段电力负荷聚合商通过双边协议l调度电力经济代价，b表示通过双边协议供应电力的电力供应来源总数，表示i时段通过双边协议l供应的电力负荷，表示i时段从联合市场的调度电力的经济代价，表示i时段通过联合市场调度的电力负荷，表示负荷聚合商自产设施的第j个单元h区块的电力生产经济代价，表示i时段自产设施的第j个单元h区块的电力产能，n代表区块数，代表自产设施的单元数；步骤1.3，由目标函数式（3）可知该模型目标函数最小化等效为目标函数第二部分从各渠道调度电力最小化这一目标，依此简化负荷聚合商调度电力的经济可靠综合调度模型，表示如下：为了保证负荷聚合商的经济可靠优化调度运行，需要考虑以下约束条件：为了保证负荷聚合商的经济可靠优化调度运行，需要考虑以下约束条件：为了保证负荷聚合商的经济可靠优化调度运行，需要考虑以下约束条件：为了保证负荷聚合商的经济可靠优化调度运行，需要考虑以下约束条件：为了保证负荷聚合商的经济可靠优化调度运行，需要考虑以下约束条件：
约束条件式（5）
‑
（14）分别从电力系统调度标准中规定的电力负荷聚合商从各渠道调度电力总和应等于负荷端需要的电力负荷、同时考虑各渠道电力调度的极限、负荷参与不同时段电网需求响应的极限等物理限制和统计规律，其中指第i时段与双边协议l有关的最大电力生产能力，表示第i时段与双边协议l有关的最小生产能力，是二元变量，如果选择双边协议l，则等于1，否则为0，表示电力负荷聚合商自产设施的第j个单元h区块的最大电力生产能力，表示自产设施的第j个单元h
‑
1区块的最大电力生产能力，表示i时段电力负荷聚合商自产设施的第j个单元第1个区块的电力产能，表示自产设施的第j个单元第1个区块的最大电力生产能力，表示i时段电力负载增加量， 表示i时段电力负载增加比例，表示电网用电高峰期参与需求响应的负荷比例，指电网用电高峰期初始电力负载，指电网用电高峰期通过需求响应转移的负荷，表示参与需求响应的最高负荷比例，电力负载最大增加比例；步骤1.4，式(4)
‑
(14)表示的电力负荷聚合商经济可靠调度模型及约束条件形式上正好满足如下的标准混合线性整数规划问题；约束条件简写如下约束条件简写如下约束条件简写如下
式(15)中，表示目标函数，与式(4)等价，即式(4)可以理解为标准混合线性整数规划问题的目标函数，表示i时段任意渠道k的调度量，与是根据已知的电力负荷聚合商从各渠道实际调度电力的调度输出与调度模型在约束条件下产生的输出误差方差最小化得到的一组混合整数线性规划加权参数，式（16）表示电力负荷聚合商从各渠道调度电力的调度输出需满足的各种限制条件以及保证电力系统供需平衡需满足的要求，m表示调度过程中各种限制条件，例如各渠道调度电力总和应大于等于负荷端需要的电力负荷总量、考虑各渠道电力调度的最大值不超过不同渠道电力生产能力极限、负荷参与不同时段电网需求响应的比例及绝对值不超过统计极限等条件，m则表示各种限制条件的总数，n表示电力负荷聚合商调度来源渠道总数，为目标函数的标称系数，并假定已知。
6.进一步优选，步骤2中，如果与及是具有已知下界和上界的未知参数，则与式(15)
‑
(18)相关的优化标准混合线性整数规划调度模型可以重新表述；假设表示实际电力负荷聚合商从各渠道调度电力的相关系数与目标函数的标称系数的偏差，则目标函数的标称系数在区间里；为了建立一个鲁棒混合线性整数规划调度模型，定义是一个与式（15）对电价不确定性的鲁棒程度密切相关的整数参数，取值范围是[0，|j0|], 其中j
0 =k/> 0；在目标函数中忽略电价不确定性的影响，γ
0 应设为零;而如果γ
0 =|j0|，则表示完全考虑电价不确定性影响。
[0007]
步骤2.1，结合式(15)
‑
(18)，电力负荷聚合商鲁棒混合线性整数规划调度模型表示为：示为：式（19）即是考虑了电价不确定性的电力负荷聚合商鲁棒混合线性整数规划调度模型，约束条件不变；步骤2.2，针对目标函数式（19）中同时出现求组最大极值和最小极值求解困难的问题，引入式(15)
‑
(18)的对偶变量z
0 和q
ok ，运用对偶定理和线性化方法，将目标函数式（19）等效对偶转换成如下的求一个最小极值问题的线性函数，也就是将目标函数式（19）重新表述为另一个容易求解的等效鲁棒优化标准混合线性整数规划如下：上述目标函数（21）的约束条件为公式（20）, 另外附加如下约束条件：
通过对偶定理和线性化方法，得到与目标函数式（19）等效的目标函数式(21)，引入作为辅助变量，并引入等效变换后新增的相关约束(22)
‑
(26)；与原有的约束条件（20）共同构成最终的电力负荷聚合商经济可靠调度鲁棒模型的目标函数式（21）求解的约束条件；步骤2.3，考虑电价不确定性影响的电力负荷聚合商经济可靠综合调度优化的鲁棒混合线性整数规划调度模型表示为求解满足以下约束的鲁棒调度模型：约束条件约束条件约束条件约束条件约束条件约束条件上式中表示时段的对偶变量式（27）即是推导出的电力负荷聚合商经济可靠综合调度优化的鲁棒混合线性整数规划调度模型目标函数最终形式，通过求解目标函数式（27）在约束条件式（28）
‑
（33）下的解，也就得出了电力负荷聚合商经济可靠优化鲁棒调度策略。
[0008]
本发明还提供了一种用于实现电力负荷聚合商鲁棒混合线性整数规划调度优化方法的装置，包括综合调度标准建模模块、改进调度鲁棒建模模块、最优经济可靠调度模块，综合调度标准建模模块：通过分析需求响应引起的负荷转移量、影响电力负荷聚合商的供电调度可靠性与经济性因素及相关约束条件，构造电力负荷聚合商标准混合线性整数规划（milp）调度模型及加权参数；改进调度鲁棒建模模块：基于前述电力负荷聚合商标准混合线性整数规划（milp）调度模型及加权参数，通过定义一个与标准调度模型目标函数对电价不确定性的鲁棒程度密切相关的整数参数，运用对偶定理和线性化理论，推导出电力负荷聚合商调度鲁棒混合
线性整数规划调度模型；解决了电力市场环境下电价不确定性背景下电力负荷聚合商的调度模型鲁棒设计的问题；最优经济可靠调度模块：基于前述电力负荷聚合商调度鲁棒混合线性整数规划调度模型，给出了综合考虑调度可靠性与经济性的电力负荷聚合商优化调度的方法，指导电力负荷聚合商电力调度。
[0009]
本发明的有益效果是：考虑到电价这种不确定性意味着负荷聚合商的调度模型是未知的，本发明依赖混合整数线性规划相关参数估计的下限和上限，与稳健优化方法相结合，提出一种鲁棒混合整数线性规划方法以获得综合考虑调度可靠性与经济性的电力负荷聚合商优化调度模型与运行方案，该方案可以表示为考虑调度可靠与经济性的混合整数线性规划(milp)问题；另一方面，如果考虑电力市场环境下电价的不确定性，则电力负荷聚合商优化调度策略又可以重构为一个鲁棒milp (rmilp)问题。与现有的随机规划方法相比，鲁棒优化方法能得到有效的、鲁棒的解，且计算量小。
[0010]
同时，对于电力负荷聚合商来说，电价不确定背景下确定合理的鲁棒优化调度模型，不仅可以保证调度电力能量的可靠性，也能保证调度经济性，为完全电力市场环境下作为市场主体的电力负荷聚合商电力调度决策提供理论支撑，也有助于规范参与电力市场各参与主体的行为及构建良好的电力市场运行秩序。
具体实施方式
[0011]
下面将结合本发明实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0012]
一种电力负荷聚合商鲁棒混合线性整数规划调度优化方法，步骤1：通过分析需求响应引起的负荷转移量、影响电力负荷聚合商的供电调度可靠性与经济性因素及相关约束条件，构造电力负荷聚合商标准混合线性整数规划（milp）调度模型及加权参数，步骤2：通过定义一个与标准混合线性整数规划（milp）调度模型目标函数对电价不确定性的鲁棒程度密切相关的整数参数，推导出电力负荷聚合商调度鲁棒混合线性整数规划调度模型（rmilp），并基于鲁棒混合线性整数规划调度模型（rmilp）给出电力负荷聚合商优化调度方法。
[0013]
具体地， 步骤1具体包括：步骤1.1，确定需求响应引起的负荷转移量；步骤1.1，确定需求响应引起的负荷转移量；上式中指i时段初始电力负载，指需求响应实施后同时段的电力负载，指i时段参与需求响应的负荷比例，指i时段通过需求响应转移的负荷；步骤1.2，确定电力负荷聚合商的供电调度来源及成本，考虑到负荷聚合商需要从多渠道调度电力并需满足电力负荷需求总量以保证调度可靠性，以及负荷聚合商从多渠道调度电力也必须同时考虑不同电力调度渠道的调度成本问题，构造经济可靠调度目标函数
如下：该目标函数即是在保证电力负荷聚合商从各渠道调度电力总和满足负荷需求的前提下保证最优调度的目标函数，其中表示i时段电力市场电价，t表示所有时间段的集合，表示i时段电力负荷聚合商通过双边协议l调度电力经济代价，b表示通过双边协议供应电力的电力供应来源总数，表示i时段通过双边协议l供应的电力负荷，表示i时段从联合市场的调度电力的经济代价，表示i时段通过联合市场调度的电力负荷，表示负荷聚合商自产设施的第j个单元h区块的电力生产经济代价，表示i时段自产设施的第j个单元h区块的电力产能，n代表区块数，代表自产设施的单元数；步骤1.3，由目标函数式（3）可知该模型目标函数最小化等效为目标函数第二部分从各渠道调度电力最小化这一目标，依此简化负荷聚合商调度电力的经济可靠综合调度模型，表示如下：为了保证负荷聚合商的经济可靠优化调度运行，需要考虑以下约束条件：为了保证负荷聚合商的经济可靠优化调度运行，需要考虑以下约束条件：为了保证负荷聚合商的经济可靠优化调度运行，需要考虑以下约束条件：为了保证负荷聚合商的经济可靠优化调度运行，需要考虑以下约束条件：为了保证负荷聚合商的经济可靠优化调度运行，需要考虑以下约束条件：为了保证负荷聚合商的经济可靠优化调度运行，需要考虑以下约束条件：为了保证负荷聚合商的经济可靠优化调度运行，需要考虑以下约束条件：为了保证负荷聚合商的经济可靠优化调度运行，需要考虑以下约束条件：为了保证负荷聚合商的经济可靠优化调度运行，需要考虑以下约束条件：
约束条件式（5）
‑
（14）分别从电力系统调度标准中规定的电力负荷聚合商从各渠道调度电力总和应等于负荷端需要的电力负荷、同时考虑各渠道电力调度的极限、负荷参与不同时段电网需求响应的极限等物理限制和统计规律，其中指第i时段与双边协议l有关的最大电力生产能力，表示第i时段与双边协议l有关的最小生产能力，是二元变量，如果选择双边协议l，则等于1，否则为0，表示电力负荷聚合商自产设施的第j个单元h区块的最大电力生产能力，表示自产设施的第j个单元h
‑
1区块的最大电力生产能力，表示i时段电力负荷聚合商自产设施的第j个单元第1个区块的电力产能，表示自产设施的第j个单元第1个区块的最大电力生产能力，表示i时段电力负载增加量，表示i时段电力负载增加比例，表示电网用电高峰期参与需求响应的负荷比例，指电网用电高峰期初始电力负载，指电网用电高峰期通过需求响应转移的负荷，表示参与需求响应的最高负荷比例，电力负载最大增加比例；步骤1.4，式(4)
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(14)表示的电力负荷聚合商经济可靠调度模型及约束条件形式上正好满足如下的标准混合线性整数规划问题；约束条件简写如下约束条件简写如下约束条件简写如下式(15)中，表示目标函数，与式(4)等价，即式(4)可以理解为标准混合线性整数规划问题的目标函数，表示i时段任意渠道k的调度量，与是根据已知的电力负荷聚合商从各渠道实际调度电力的调度输出与调度模型在约束条件下产生的输出误差方差最小化得到的一组混合整数线性规划加权参数，式（16）表示电力负荷聚合商从各渠道调度电力的调度输出需满足的各种限制条件以及保证电力系统供需平衡需满足
的要求，m表示调度过程中各种限制条件，例如各渠道调度电力总和应大于等于负荷端需要的电力负荷总量、考虑各渠道电力调度的最大值不超过不同渠道电力生产能力极限、负荷参与不同时段电网需求响应的比例及绝对值不超过统计极限等条件，m则表示各种限制条件的总数，n表示电力负荷聚合商调度来源渠道总数，为目标函数的标称系数，并假定已知。
[0014]
具体地，步骤2中，如果与及是具有已知下界和上界的未知参数，则与式(15)
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(18)相关的优化标准混合线性整数规划调度模型可以重新表述；假设表示实际电力负荷聚合商从各渠道调度电力的相关系数与目标函数的标称系数的偏差，则目标函数的标称系数在区间里；为了建立一个鲁棒混合线性整数规划调度模型，定义是一个与式（15）对电价不确定性的鲁棒程度密切相关的整数参数，取值范围是[0，|j0|], 其中j
0 =k/> 0；在目标函数中忽略电价不确定性的影响，γ
0 应设为零;而如果γ
0 =|j0|，则表示完全考虑电价不确定性影响。
[0015]
步骤2.1，结合式(15)
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(18)，电力负荷聚合商鲁棒混合线性整数规划调度模型表示为：为：式（19）即是考虑了电价不确定性的电力负荷聚合商鲁棒混合线性整数规划调度模型，约束条件不变；步骤2.2，针对目标函数式（19）中同时出现求组最大极值和最小极值求解困难的问题，引入式(15)
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(18)的对偶变量z
0 和q
ok ，运用对偶定理和线性化方法，将目标函数式（19）等效对偶转换成如下的求一个最小极值问题的线性函数，也就是将目标函数式（19）重新表述为另一个容易求解的等效鲁棒优化标准混合线性整数规划如下：上述目标函数（21）的约束条件为公式（20），另外附加如下约束条件：上述目标函数（21）的约束条件为公式（20），另外附加如下约束条件：上述目标函数（21）的约束条件为公式（20），另外附加如下约束条件：上述目标函数（21）的约束条件为公式（20），另外附加如下约束条件：上述目标函数（21）的约束条件为公式（20），另外附加如下约束条件：通过对偶定理和线性化方法，得到与目标函数式（19）等效的目标函数式(21)，引
入作为辅助变量，并引入等效变换后新增的相关约束(22)
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(26)；与原有的约束条件（20）共同构成最终的电力负荷聚合商经济可靠调度鲁棒模型的目标函数式（21）求解的约束条件；步骤2.3，考虑电价不确定性影响的电力负荷聚合商经济可靠综合调度优化的鲁棒混合线性整数规划调度模型表示为求解满足以下约束的鲁棒调度模型：约束条件约束条件约束条件约束条件约束条件约束条件上式中表示时段的对偶变量式（27）即是推导出的电力负荷聚合商经济可靠综合调度优化的鲁棒混合线性整数规划调度模型目标函数最终形式，通过求解目标函数式（27）在约束条件式（28）
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（33）下的解，也就得出了电力负荷聚合商经济可靠优化鲁棒调度策略。
[0016]
一种用于实现电力负荷聚合商鲁棒混合线性整数规划调度优化方法的装置，包括综合调度标准建模模块、改进调度鲁棒建模模块、最优经济可靠调度模块，综合调度标准建模模块：通过分析需求响应引起的负荷转移量、影响电力负荷聚合商的供电调度可靠性与经济性因素及相关约束条件，构造电力负荷聚合商标准混合线性整数规划（milp）调度模型及加权参数；改进调度鲁棒建模模块：基于前述电力负荷聚合商标准混合线性整数规划（milp）调度模型及加权参数，通过定义一个与标准调度模型目标函数对电价不确定性的鲁棒程度密切相关的整数参数，运用对偶定理和线性化理论，推导出电力负荷聚合商调度鲁棒混合线性整数规划调度模型；解决了电力市场环境下电价不确定性背景下电力负荷聚合商的调度模型鲁棒设计的问题；最优经济可靠调度模块：基于前述电力负荷聚合商调度鲁棒混合线性整数规划调度模型，给出了综合考虑调度可靠性与经济性的电力负荷聚合商优化调度的方法，指导电力负荷聚合商电力调度。
[0017]
利用某地区（2000户居民）不确定电价下相同负荷需求量53mwh前提下，运用标准混合线性整数规划调度方法（milp）和本发明的鲁棒混合整数线性规划调度方法（rmilp）下得到的调度结果和经济可靠性评估数据，对所提出的电力负荷聚合商鲁棒混合线性整数规划调度模型和优化设计方案进行了论证。具体包括：
通过gams软件的cplex求解器求解milp和rmilp优化问题，得到不同调度方案下通过双边协议、联合市场采购和自产设施等不同资源提供电力的总量和相应成本，得到负荷聚合商电力调度方案及成本收益如表1所示。
[0018]
由表1的结果可知，本文所提出的电力负荷聚合商经济可靠优化鲁棒调度方案能够在满足用电负荷总体需求的前提下，还能有一定程度的供应盈余，不确定电价下基于milp调度方案下从各来源处调度的电量分别为38.34、10.95、5.48mwh，总调度量为54.77mwh，总经济效益36276.23元，不确定电价下基于rmilp调度方案下从各来源处调度的电量分别为42.65、12.19、6.09mwh,总调度量为60.93mwh，总经济效益37514.86元，在满足负荷需求量53mwh前提下，还结余7.93mwh电能，说明鲁棒优化调度方案的可靠性，系统不会因为缺少电能供应出现供需稳定性问题，且盈余电能可以有效支撑负荷突然上涨的调度压力，同时调度收益增加1238.63元，所提不确定电价下电力负荷聚合商经济可靠优化鲁棒调度方案达到了调度可靠和经济性要求。
[0019]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。