一种基于需求响应的台区三相不平衡治理方法

摘要

本发明公开了一种基于需求响应的台区三相不平衡治理方法，本方法通过考虑价格型需求响应以及考虑电力用户电量需求调整不确定性，引入三角模糊变量来表示实施需求响应后的用户电力需求从而建立价格型需求响应模糊模型，然后基于可信性理论，以用户用电量的期望值为基础，考虑电力用户用电量与用电支出满意度，建立台区负荷调整的模糊机会约束规划模型；利用清晰等价类方法对模糊机会约束进行处理，以台区三相用户用电偏差最小为目标，对A、B、C三相电力用户的日前电价进行调整，达到减小台区三相不平衡度的同时，降低台区负荷峰谷差，控制用户的用电成本的目的。

权利要求

1.一种基于需求响应的台区三相不平衡治理方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.不确定性PBDR建模：基于用户的负荷变化量与电价变化量之间的关系，以及不同类型电价需求响应的不确定性，建立PBDR模型；

所述步骤S1中采用价格型需求弹性矩阵表征用户的负荷变化量与电价变化量之间的关系，建立确定性PBDR模型；然后通过建立模糊机会约束得到不同类型电价需求响应的不确定性，建立PBDR模型；

S2.建立台区三相不平衡优化模型：基于三相用电量期望值，以包括电价约束、电力用户用电量约束、用电量满意度约束的约束条件，以日三相用电量期望值与三相用电量期望值的平均值之差的平方和最小为目标建立台区三相不平衡优化模型；

S3.采用清晰等价方法对所述台区三相不平衡优化模型进行求解，得到三相的分相电价以及三相用电量期望值；

S4.根据求解结果在日前对三相电价进行设定，从而完成三相不平衡治理。

2.根据权利要求1所述的基于需求响应的台区三相不平衡治理方法，其特征在于，所述步骤S1的具体步骤包括：S11.采用价格型需求弹性矩阵表征用户的负荷变化量与电价变化量之间的关系，建立确定性PBDR模型：其中E为价格型需求弹性矩阵，T为总时段数，下标 为用户接入的相别标识，为 相用户t时段初始电力需求，即t时段内总用电量表征电力需求； 为相t时段初始电价； 为 相用户t时段实施需求响应后的电力需求变化量， 为 相t时段实施需求响应后的电价变化量；

其中

S12.通过三角模糊变量表示实施需求响应后的电力需求，其由清晰数构成的三元组表达式为：其中 为 相用户t时段实施需求响应后的电力需求的模糊表达式，L1,L2,L3为模糊表达式的隶属度参数， 为电价清晰表达式，ω1,ω2,ω3为表征不确定范围的比例系数，模糊表达式的隶属函数为：

3.根据权利要求2所述的基于需求响应的台区三相不平衡治理方法，其特征在于，所述步骤S2中建立的台区三相不平衡优化模型具体为：电价约束：

其中αmin为电价允许波动范围的最小值对应的比例系数，αmax为电价允许波动范围的最大值对应的比例系数；

电力用户用电量约束：

其中Cr{·}为置信度表达式；βmin为各相日用电量允许波动范围的最小值对应的比例系数，βmax为各相日用电量允许波动范围的最大值对应的比例系数，α1为预设的置信度；

用电量满意度约束：

其中 为用户用电量满意度的最小允许值；α2为预设的置信度；

目标函数：

其中E(·)为模糊变量期望值计算算子；Lav,t为t时段A、B、C三相用电量期望值的平均值；

4.根据权利要求3所述的基于需求响应的台区三相不平衡治理方法，其特征在于，步骤S3中所述的清晰等价方法具体为：对于以下形式的模糊机会约束：

其中x为决策变量，ξk为梯形模糊变量，k＝1,2,…,n，其四元组表达式为(rk1,rk2,rk3,rk4)，当rk2＝rk3时，梯形模糊变量退化为三角模糊变量；上述模糊机会约束的清晰等价形式为：其中α为给定的置信水平， 的含义为：

其中∨表示取二者中的较大者，∧表示取二者中较小者的相反数。

5.根据权利要求4所述的基于需求响应的台区三相不平衡治理方法，其特征在于，在所述步骤S3中采用清晰等价方法分别对步骤S2中电力用户用电量约束的约束表达式以及用电量满意度约束的约束表达式进行处理，得到确定性约束表达式，分别为：

6.根据权利要求5所述的基于需求响应的台区三相不平衡治理方法，其特征在于，所述步骤S3中采用GUROBI求解器对采用清晰等价方法处理后的台区三相不平衡优化模型进行求解。

说明书

一种基于需求响应的台区三相不平衡治理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电力治理技术领域，尤其涉及一种基于需求响应的台区三相不平衡治理方法。

背景技术

[0002] 我国低压配电台区数目众多、分布广泛，多为三相四线制供电模式，其中单相负荷占据绝对比重。由于各相负荷时空分布不均匀，台区存在着不同程度的三相不平衡现象，长期处于不平衡运行状态的台区存在以下问题：变压器和线路损耗增加；重载相电压降低，轻载相电压升高，对用电设备造成不利影响；降低变压器的运行效率与过载能力；变压器产生额外的涡流损耗，运行温度升高，使用寿命降低。

[0003] 目前，台区三相不平衡治理方案主要有以下4种：1)人工离线调整负荷相序；该方案采用人工实地施工的方式调整电力用户的接入相别，其调整周期难以确定，可靠性低，施工时间长，调整期间用户供电中断，方案总体较为落后；2)相间无功补偿；该方案通过在变压器低压侧加装并联电容器等无功补偿装置实现三相不平衡治理，但补偿方式不够灵活，无法适应实时变化的电力负荷，补偿效果有限；3)三相负荷不对称调补；该方案通过特定算法求取补偿导纳，利用并联补偿网络同时实现无功补偿与三相电流不平衡补偿，但存在控制策略复杂，治理成本高等问题；4)采用低压负荷换相开关；该方案通过安装在变压器低压侧的控制终端监测台区三相不平衡度，当三相不平衡度越限时，通过特定控制策略向安装在负荷侧的换相开关发出换相指令，实时调整负荷相位，其需要额外的设备安装及运行维护费用，成本较高。

[0004] 综上所述，现有的台区三相不平衡治理方案存在效率低下，可靠性差，由于需要安装额外的设备使得治理成本较高的问题。

发明内容

[0005] 本发明为解决现有的台区三相不平衡治理方案存在效率低下，可靠性差，由于需要安装额外的设备使得治理成本较高的问题，提供了一种基于需求响应的台区三相不平衡治理方法。

[0006] 为实现以上发明目的，而采用的技术手段是：

[0007] 一种基于需求响应的台区三相不平衡治理方法，包括以下步骤：

[0008] S1.不确定性PBDR建模：基于用户的负荷变化量与电价变化量之间的关系，以及不同类型电价需求响应的不确定性，建立PBDR模型；其中PBDR的全称为Price-Based DR，即基于电价的DR；

[0009] S2.建立台区三相不平衡优化模型：基于三相用电量期望值，以包括电价约束、电力用户用电量约束、用电量满意度约束的约束条件，以日三相用电量期望值与三相用电量期望值的平均值之差的平方和最小为目标建立台区三相不平衡优化模型；

[0010] S3.采用清晰等价方法对所述台区三相不平衡优化模型进行求解，得到三相的分相电价以及三相用电量期望值；

[0011] S4.根据求解结果在日前对三相电价进行设定，从而完成三相不平衡治理。

[0012] 上述方案中，通过考虑价格型需求响应，建立价格型需求响应模糊模型；在给定日前台区负荷预测曲线的基础上，建立台区三相不平衡优化模型；利用清晰等价类方法对模糊机会约束进行处理，以台区三相用户用电偏差最小为目标，对A、B、C三相电力用户的日前电价进行调整，达到减小台区三相不平衡度的同时，降低台区负荷峰谷差，控制用户的用电成本的目的，从而实现基于需求响应的台区三相不平衡治理。

[0013] 优选的，所述步骤S1中采用价格型需求弹性矩阵表征用户的负荷变化量与电价变化量之间的关系，建立确定性PBDR模型；然后通过建立模糊机会约束得到不同类型电价需求响应的不确定性，建立PBDR模型。

[0014] 优选的，所述步骤S1的具体步骤包括：

[0015] S11.采用价格型需求弹性矩阵表征用户的负荷变化量与电价变化量之间的关系，建立确定性PBDR模型：

[0016]

[0017] 其中E为价格型需求弹性矩阵，T为总时段数，下标 为用户接入的相别标识，为 相用户t时段初始电力需求，即t时段内总用电量表征电力需求； 为相t时段初始电价； 为 相用户t时段实施需求响应后的电力需求变化量， 为 相t时段实施需求响应后的电价变化量；

[0018] 其中

[0019] S12.通过三角模糊变量表示实施需求响应后的电力需求，其由清晰数构成的三元组表达式为：

[0020]

[0021] 其中 为 相用户t时段实施需求响应后的电力需求的模糊表达式，L1,L2,L3为模糊表达式的隶属度参数， 为电价清晰表达式，ω1,ω2,ω3为表征不确定范围的比例系数，模糊表达式的隶属函数为：

[0022]

[0023] 在本优选方案中，由于以价格型需求弹性矩阵为基础建立的是确定性PBDR模型，但然而实际价格型需求响应的实施效果会受到电力用户的主观意愿影响，具有一定的不确定性，因此在本优选方案中引入三角模糊变量来表示实施需求响应后的用户电力需求。

[0024] 优选的，所述步骤S2中建立的台区三相不平衡优化模型具体为：

[0025] 电价约束：

[0026]

[0027] 其中αmin为电价允许波动范围的最小值对应的比例系数，αmax为电价允许波动范围的最大值对应的比例系数；

[0028] 电力用户用电量约束：

[0029]

[0030] 其中Cr{·}为置信度表达式；βmin为各相日用电量允许波动范围的最小值对应的比例系数，βmax为各相日用电量允许波动范围的最大值对应的比例系数，α1为预设的置信度；

[0031] 用电量满意度约束：

[0032]

[0033] 其中 为用户用电量满意度的最小允许值；α2为预设的置信度；

[0034] 目标函数：

[0035]

[0036] 其中E(·)为模糊变量期望值计算算子；Lav,t为t时段A、B、C三相用电量期望值的平均值；

[0037]

[0038] 在本优选方案中，根据台区A、B、C三相电力用户量期望值，通过调整日前各时段电价引导用户改变自身用电行为，在建立三相不平衡优化模型时，充分考虑台区整体运行状态，兼顾电力用户用电习惯与利益。

[0039] 优选的，步骤S3中所述的清晰等价方法具体为：

[0040] 对于以下形式的模糊机会约束：

[0041]

[0042] 其中x为决策变量，ξ为模糊变量集合，ξk(k＝1,2,…,n)为梯形模糊变量，其四元组表达式为(rk1,rk2,rk3,rk4)，当rk2＝rk3时，梯形模糊变量退化为三角模糊变量；上述模糊机会约束的清晰等价形式为：

[0043]

[0044] 其中α为给定的置信水平， 的含义为：

[0045]

[0046] 其中∨表示取二者中的较大者，∧表示取二者中较小者的相反数。

[0047] 优选的，在所述步骤S3中采用清晰等价方法分别对步骤S2中电力用户用电量约束的约束表达式以及用电量满意度约束的约束表达式进行处理，得到确定性约束表达式，分别为：

[0048]

[0049]

[0050] 在本优选方案中，采用清晰等价方法分别对电力用户用电量约束的约束表达式以及用电量满意度约束的约束表达式进行处理，降低模型的求解难度。

[0051] 优选的，所述步骤S3中采用GUROBI求解器对采用清晰等价方法处理后的台区三相不平衡优化模型进行求解。

[0052] 与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

[0053] 通过考虑价格型需求响应以及考虑电力用户电量需求调整不确定性，引入三角模糊变量来表示实施需求响应后的用户电力需求从而建立价格型需求响应模糊模型，然后基于可信性理论，以用户用电量的期望值为基础，考虑电力用户用电量与用电支出满意度，建立台区负荷调整的模糊机会约束规划模型；利用清晰等价类方法对模糊机会约束进行处理，以台区三相用户用电偏差最小为目标，对A、B、C三相电力用户的日前电价进行调整，达到减小台区三相不平衡度的同时，降低台区负荷峰谷差，控制用户的用电成本的目的。本发明的治理方法计算效率及可靠性高，同时无需安装额外的设备，降低了三相不平衡的治理成本。

附图说明

[0054] 图1为本发明方法的总流程图。

具体实施方式

[0055] 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

[0056] 为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

[0057] 对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

[0058] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

[0059] 实施例1

[0060] 一种基于需求响应的台区三相不平衡治理方法，如图1所示，包括以下步骤：

[0061] S1.不确定性PBDR建模：基于用户的负荷变化量与电价变化量之间的关系，以及不同类型电价需求响应的不确定性，建立PBDR模型；

[0062] S2.建立台区三相不平衡优化模型：基于三相用电量期望值，以包括电价约束、电力用户用电量约束、用电量满意度约束的约束条件，以日三相用电量期望值与三相用电量期望值的平均值之差的平方和最小为目标建立台区三相不平衡优化模型；

[0063] S3.采用清晰等价方法对所述台区三相不平衡优化模型进行求解，得到三相的分相电价以及三相用电量期望值；

[0064] S4.根据求解结果在日前对三相电价进行设定，从而完成三相不平衡治理。。

[0065] 实施例2

[0066] 一种基于需求响应的台区三相不平衡治理方法，包括以下步骤：

[0067] S1.不确定性PBDR建模：采用价格型需求弹性矩阵表征用户的负荷变化量与电价变化量之间的关系，建立确定性PBDR模型；然后通过建立模糊机会约束得到不同类型电价需求响应的不确定性，建立PBDR模型：

[0068] S11.采用价格型需求弹性矩阵表征用户的负荷变化量与电价变化量之间的关系，建立确定性PBDR模型：

[0069]

[0070] 其中E为价格型需求弹性矩阵，T为总时段数，在本实施例2中采用24h作为时间尺度，各时段间隔为1h，下标 为用户接入的相别标识， 为 相用户t时段初始电力需求，即t时段内总用电量表征电力需求； 为 相t时段初始电价； 为 相用户t时段实施需求响应后的电力需求变化量， 为 相t时段实施需求响应后的电价变化量；

[0071] 其中

[0072] S12.通过三角模糊变量表示实施需求响应后的电力需求，其由清晰数构成的三元组表达式为：

[0073]

[0074] 其中 为 相用户t时段实施需求响应后的电力需求的模糊表达式，L1,L2,L3为模糊表达式的隶属度参数， 为电价清晰表达式，ω1,ω2,ω3为表征不确定范围的比例系数，模糊表达式的隶属函数为：

[0075]

[0076] S2.建立台区三相不平衡优化模型：基于三相用电量期望值，以包括电价约束、电力用户用电量约束、用电量满意度约束的约束条件，以日三相用电量期望值与三相用电量期望值的平均值之差的平方和最小为目标建立台区三相不平衡优化模型；

[0077] 建立的台区三相不平衡优化模型具体为：

[0078] 电价约束：

[0079]

[0080] 其中αmin为电价允许波动范围的最小值对应的比例系数，αmax为电价允许波动范围的最大值对应的比例系数；

[0081] 电力用户用电量约束：

[0082]

[0083] 其中Cr{·}为置信度表达式；βmin为各相日用电量允许波动范围的最小值对应的比例系数，βmax为各相日用电量允许波动范围的最大值对应的比例系数，α1为预设的置信度；

[0084] 用电量满意度约束：

[0085]

[0086] 其中 为用户用电量满意度的最小允许值；α2为预设的置信度；

[0087] 目标函数：

[0088]

[0089] 其中E(·)为模糊变量期望值计算算子；Lav,t为t时段A、B、C三相用电量期望值的平均值；

[0090]

[0091] S3.采用清晰等价方法分别对步骤S2中电力用户用电量约束的约束表达式以及用电量满意度约束的约束表达式进行处理，得到确定性约束表达式；采用GUROBI求解器对采用清晰等价方法处理后的台区三相不平衡优化模型进行求解，得到三相的分相电价以及三相用电量期望值；

[0092] 其中的清晰等价方法具体为：

[0093] 对于以下形式的模糊机会约束：

[0094]

[0095] 其中x为决策变量，ξ为模糊变量集合，ξk(k＝1,2,…,n)为梯形模糊变量，其四元组表达式为(rk1,rk2,rk3,rk4)，当rk2＝rk3时，梯形模糊变量退化为三角模糊变量；上述模糊机会约束的清晰等价形式为：

[0096]

[0097] 其中α为给定的置信水平， 的含义为：

[0098]

[0099] 其中∨表示取二者中的较大者，∧表示取二者中较小者的相反数。

[0100] 采用清晰等价方法分别对步骤S2中电力用户用电量约束的约束表达式以及用电量满意度约束的约束表达式进行处理，得到确定性约束表达式，分别为：

[0101]

[0102]

[0103] S4.根据求解结果在日前对三相电价进行设定，从而完成三相不平衡治理，即通过利用电价与用户需求之间的弹性达到改变用户用电曲线，治理三相不平衡的目的。

[0104] 附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

[0105] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。