基于多智能体模拟的电熔镁炉响应电力调峰能力评估方法与流程

1.本发明涉及电力系统及其自动化技术领域，特别涉及一种基于多智能体模拟的电熔镁炉响应电力调峰能力评估方法。


背景技术：

2.当前世界能源行业由油气向新能源转型，在世界能源的背景下，我国能源转型正朝着能源清洁化和能源低碳化的目标稳步推进。以风电、太阳能为主的新能源在我国发展迅猛，到2030年我国非化石能源占一次能源比重将达到20％，非化石能源发电量占全部发电量的比重力争达到50％；到2050年我国非化石能源占比将超过一半，届时，我国能源结构将发生根本性改变。
3.随着未来可再生能源装机容量进一步增长，可再生能源发电的随机波动性对电网安全运行的压力将愈发严峻。随着智能电网建设的不断推进和电力体制改革的持续发酵，从需求侧角度出发，通过适当调整负荷以适应发电侧出力的不确定性，是智能电网背景下促进风电消纳的新思路。目前需求侧响应的示范应用仅局限于园区、小区、家庭等较小范围，处于小规模、不可靠的现状，尚不能够解决电力系统调峰调频以及可再生能源消纳问题。高耗能工业负荷具有装机容量大、便于集中控制等优点，可在短时间内通过较低的成本完成技术改造，实现电力系统中高耗能负荷调控特性的挖掘，通过与火电机组等发电侧调节资源调节能力相结合，能够显着提升电力系统在可再生能源波动性平抑，消除昼夜间峰谷差，因此本发明将深入挖掘高耗能电熔镁负荷调控特性，结合多智能体的方法，实现规模化高耗能电熔镁负荷功率调节，提升电力系统对可再生能源的消纳能力以及对扰动的平抑能力。


技术实现要素：

4.为了解决背景技术提出的技术问题，本发明提供一种基于多智能体模拟的电熔镁炉响应电力调峰能力评估方法，通过这种方法进行电力调峰可有效促进可再生能源消纳，改善负荷曲线，提高电力系统灵活性及可靠性。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
6.一种基于多智能体模拟的电熔镁炉响应电力调峰能力评估方法，包括如下：
7.1)确定电网智能体响应电力调峰能力的评估指标
8.为有效调动需求响应潜力巨大的电熔镁炉负荷参与电力调峰，电网智能体希望在确保电力系统稳定、电熔镁炉负荷正常生产的前提下，使电熔镁炉负荷曲线和可再生能源出力在时序上最大拟合，即以电熔镁炉计划调度出力与可再生能源实时发电功率之间的功率波动最小为控制目标，建立的评估指标f1表达式如下：
[0009][0010]
其中t为时段数；n为处于主熔工况下的电熔镁炉数量；为t时段响应电力调
峰后，第i台电熔镁炉计划调度出力；p
t,r
为t时段可再生能源发电功率；
[0011]
2)建立电熔镁炉智能体响应电力调峰能力的用电决策模型
[0012]
结合电熔镁炉熔炼机理，建立电熔镁炉智能体响应电力调峰能力的用电决策模型，该模型由目标函数和约束条件构成；
[0013]
2-1)采用电网智能体控制得到的电熔镁炉计划调度出力作为电熔镁智能体响应调峰的参考值，对电熔镁炉实际出力与电熔镁炉计划调度出力进行对比，以两者之间的差值最小建立该决策模型的目标函数，表达式如下：
[0014][0015]
其中t为时段数；n为处于主熔工况下的电熔镁炉数量；p
t,i
为t时段响应电力调峰后，第i台电熔镁炉实际出力；
[0016]
2-2)建立决策模型的约束条件。
[0017]
决策模型的约束条件包括如下：
[0018]
1)电熔镁炉用电功率范围约束：
[0019][0020]
其中分别为电熔镁炉用电功率的最大值、最小值。
[0021]
决策模型的约束条件还包括如下：
[0022]
2)电熔镁炉爬坡速率约束：
[0023][0024]
其中为电熔镁炉i的下爬坡速率限制，为电熔镁炉i的上爬坡速率限制，p
t-1,i
为t-1时段第i台电熔镁炉实际出力。
[0025]
3)电熔镁砂产量约束：
[0026]
电熔镁砂产量主要由该镁炉在t时段的实际出力p
t,i
决定，因此电熔镁炉实际出力波动必然会影响电熔镁砂产量的大小，根据生产条件和市场销售情况，电熔镁砂产量要满足上下限约束：
[0027][0028]
其中为t时段电熔镁炉i的产量下限，为t时段电熔镁炉i的产量上限，y
i,t
为t时段第i台电熔镁炉实际产量。
[0029]
4)电熔镁炉能耗指标约束：
[0030][0031]
其中为电熔镁炉i的能耗下限，为电熔镁炉i的能耗上限；
[0032]
其中电熔镁炉能耗q
i,t
表示为：
[0033][0034]
其中δt为一个调度时段；p
t,i
为t时段第i台电熔镁炉实际功率；y
i,t
为t时段第i台
电熔镁炉实际产量。
[0035]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0036]
1)本发明利用多智能体建模方法可通过模拟微观个体行为反映宏观现象，为研究电力系统提供更有效的建模框架，科学合理，适用性强；
[0037]
2)本发明从需求侧角度出发，电熔镁工业负荷与商业、居民等需求响应资源相比具有容量大、负荷稳定、易于管理等优势，在提高电力系统对扰动的平抑能力及消纳可再生能源有更明显的优势；
[0038]
3)本发明的电熔镁炉响应电力调峰具有良好的经济效益和环境效益，减少电网投资和化石能源的消耗，降低系统成本，优化资源配置，对公共环境和资源利用带来有利影响。
附图说明
[0039]
图1是工业用户的多智能体系统总体框图；
[0040]
图2是多智能体的互动机制流程图；
[0041]
图3是本发明实施例的电熔镁炉熔炼过程工况曲线图；
[0042]
图4是本发明实施例的电熔镁炉基线负荷图；
[0043]
图5是本发明实施例的优化后可再生能源出力及电熔镁负荷功率曲线图。
具体实施方式
[0044]
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
[0045]
参照图1和图2，本发明的一种基于多智能体模拟的电熔镁炉响应电力调峰能力评估方法，包括的内容有：
[0046]
1)确定电网智能体响应电力调峰能力的评估指标
[0047]
为有效调动需求响应潜力巨大的电熔镁炉负荷参与电力调峰，电网智能体希望在确保电力系统稳定、电熔镁炉负荷正常生产的前提下，使电熔镁炉负荷曲线和可再生能源出力在时序上最大拟合，即以电熔镁炉计划调度出力与可再生能源实时发电功率之间的功率波动最小为控制目标，建立的评估指标f1表达式如下：
[0048][0049]
其中t为时段数；n为处于主熔工况下的电熔镁炉数量；为t时段响应电力调峰后，第i台电熔镁炉计划调度出力；p
t,r
为t时段可再生能源发电功率；
[0050]
2)电熔镁炉智能体响应电力调峰能力的用电决策模型
[0051]
结合电熔镁炉熔炼机理，建立电熔镁炉智能体响应电力调峰能力的用电决策模型，该模型由目标函数和约束条件构成；
[0052]
2-1)采用电网智能体控制得到的电熔镁炉计划调度出力作为电熔镁智能体响应调峰的参考值，对电熔镁炉实际出力与电熔镁炉计划调度出力进行对比，以两者之间的差值最小建立该决策模型的目标函数，表达式如下：
[0053][0054]
其中t为时段数；n为处于主熔工况下的电熔镁炉数量；p
t,i
为t时段响应电力调峰后，第i台电熔镁炉实际出力；
[0055]
2-2)建立决策模型的约束条件。
[0056]
决策模型的约束条件包括如下：
[0057]
1)电熔镁炉用电功率范围约束：
[0058][0059]
其中分别为电熔镁炉用电功率的最大值、最小值。
[0060]
决策模型的约束条件还包括如下：
[0061]
2)电熔镁炉爬坡速率约束：
[0062][0063]
其中为电熔镁炉i的下爬坡速率限制，为电熔镁炉i的上爬坡速率限制，p
t-1,i
为t-1时段第i台电熔镁炉实际出力。
[0064]
3)电熔镁砂产量约束：
[0065]
电熔镁砂产量主要由该镁炉在t时段的实际出力p
t,i
决定，因此电熔镁炉实际出力波动必然会影响电熔镁砂产量的大小，根据生产条件和市场销售情况，电熔镁砂产量要满足上下限约束：
[0066][0067]
其中为t时段电熔镁炉i的产量下限，为t时段电熔镁炉i的产量上限，y
i,t
为t时段第i台电熔镁炉实际产量。
[0068]
4)电熔镁炉能耗指标约束：
[0069][0070]
其中为电熔镁炉i的能耗下限，为电熔镁炉i的能耗上限；
[0071]
其中电熔镁炉能耗q
i,t
表示为：
[0072][0073]
其中δt为一个调度时段；p
t,i
为t时段第i台电熔镁炉实际功率；y
i,t
为t时段第i台电熔镁炉实际产量。
[0074]
下面利用实施例验证一种基于多智能体模拟的电熔镁炉响应电力调峰能力评估方法的有效性：实施例的系统以某电熔镁砂企业为例，该厂有14台电熔镁炉，群炉峰值负荷上限为20500kw，每一个批次的熔炼周期为10个小时，以一个熔炼周期为一个调度周期。
[0075]
电熔镁炉属于埋式电弧炉,整个熔炼过程在加料、主熔、排气工况中频繁转换，电熔镁炉熔炼过程工况曲线如图3所示，图中的工况s(t)分别用1、2、3表示排气、加料与主熔工况。处于不同工况类型下的群炉并行运行，基线负荷情况参照图4。由于主熔工况占据熔
炼过程的80％且此工况下电熔镁炉功率相对稳定，优先选择处于主熔工况的电炉进行功率调整。电网智能体向电熔镁炉智能体发送调峰需求和需求响应信号后，电熔镁炉智能体经响应决策进行负荷功率的优化及调整，优化后电熔镁炉运行曲线及可再生能源出力参考图5。
[0076]
由图5可知，电熔镁负荷能很好地跟踪可再生能源出力曲线，有很好的调峰能力。其中，在采样时段[0,2100]，电熔镁负荷的调节幅度最大，跟踪可再生能源的效果最好。本发明提出的基于多智能体模拟的电熔镁炉响应电力调峰能力评估方法在满足电熔镁企业正常生产的前提下，有效促进可再生能源消纳，改善负荷曲线。因此，该方案是可靠有效的。
[0077]
综上，电熔镁炉智能体参与自动需求响应后，可提升电力系统对可再生能源的消纳能力以及对扰动的平抑能力，缓解电网压力，提高供电可靠性，减少电网投资和化石能源的消耗，对公共环境和资源利用带来有利影响。
[0078]
本发明分析了电熔镁炉响应电力调峰降低负荷峰值的机理，结合多智能体的功能和特点，提出一种基于多智能体模拟的电熔镁炉响应电力调峰能力评估方法。通过分析电熔镁炉的运行特点及智能电网环境下需求响应的特性，设计包含电熔镁炉智能体与电网智能体的互动协调机制，实现对对电熔镁工业用户响应行为的指导和响应效益评价；分别从负荷侧和电网侧提取能够表征响应行为物理特征的评估指标，并建立相应的数学模型以评价负荷参与自动需求响应对电网带来的效益。该方法简单实用，提升电力系统对可再生能源的消纳能力以及对扰动的平抑能力，缓解了电网压力，电熔镁炉用于电力调峰具有良好的经济效益和环境效益，减少电网投资和化石能源的消耗，对公共环境和资源利用带来有利影响。
[0079]
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。