[发明专利]一种基于需求响应的工业负荷优化调度建模方法

摘要

本发明公开了一种基于需求响应的工业负荷优化调度建模方法，包括1、根据工业负荷特性，将工业负荷分为可调度的负荷和不可调度的负荷；2、对可调度负荷的运行过程进行建模，并对工业企业中的能量储能单元和分布式发电单元进行建模；3、建立分时电价环境下工业负荷优化调度模型的目标函数；4、确定工业负荷优化调度模型的约束条件，并与目标函数共同构成基于需求响应的工业负荷优化调度模型。本发明将能量储能单元和分布式发电单元纳入到调度模型中，建立更加完善的工业负荷优化调度模型，有利于降低工业企业的负荷运行成本，并对主电网来说能够达到削峰填谷的作用，继而提高分时电价环境下主电网运行的安全性和稳定性。

主权项

一种基于需求响应的工业负荷优化调度建模方法，是应用于包含能量储能单元、分布式发电单元和主电网构成的工业企业生产环境中，其特征包括以下步骤：步骤一、根据工业负荷特性，将工业负荷分为可调度负荷和不可调度负荷；并将所述可调度负荷分为可转移负荷和可控制负荷，所述可转移负荷有开和关两种运行点，所述可控制负荷有多种不同功率的运行点；步骤二、对所述可调度负荷的运行过程进行建模，得到工业生产的储存模型和电力需求量；对所述能量储能单元进行建模，得到储电量模型；对所述分布式发电单元进行建模，得到发电量；所述步骤二中的工业生产的储存模型如式(1)所示：Ss,t=Ss,t-1+Σk∈Tp,sPs,k,t-Σk∈Tc,sCs,k,t---(1)]]>式(1)中,t为时段编号，k为生产任务编号，s为工业产品的储存编号；Ss,t为第s个储存编号的工业产品在第t个时段的储存数量；Ss,t‑1为第s个储存编号的工业产品在第t‑1个时段的储存数量；Tp,s为所有生产第s个储存编号的工业产品的生产任务集合，Tc,s为所有消耗第s个储存编号的工业产品的生产任务集合；Ps,k,t为第k个编号的生产任务在第t个时段生产所述第s个储存编号的工业产品的数量，并由式(2)获得；Cs,k,t为第k个编号的生产任务在第t个时段消耗所述第s个储存编号的工业产品的数量，并由式(3)获得：Ps,k,t=Σmzk,m,t·pk,m,s---(2)]]>Cs,k,t=Σmzk,m,t·ck,m,s---(3)]]>式(2)中,pk,m,s为所述第k个编号的生产任务在第m个运行点运行时生产所述第s个储存编号的工业产品的速率；zk,m,t为二进制变量，表示所述第k个编号的生产任务在第t个时段的第m个运行点的运行状态；式(3)中,ck,m,s为所述第k个编号的生产任务在第m个运行点运行时消耗所述第s个储存编号的工业产品的速率；所述步骤二中的电力需求量是由式(4)得到：Et=Σkek,t---(4)]]>式(4)中，Et为工业生产中第t个时段的电力需求量；ek,t为所述第k个编号的生产任务在第t个时段的耗电量，并由式(5)获得：ek,t=Σmzk,m,t·ek,m---(5)]]>式(5)中,ek,m为所述第k个编号的生产任务在第m个运行点运行时单位时间的耗电量；所述步骤二中的能量储能单元的储电量模型为：EtESS=Et-1ESS+Ech,tESS·ηch-Edis,tESSηdis---(6)]]>式(6)中，和分别为所述能量储能单元在第t个时段结束时和第t‑1个时段结束时的储电量；和分别为所述能量储能单元在第t时段内的充电量和放电量；ηch和ηdis分别为所述能量储能单元的充电效率和放电效率；所述步骤二中的发电量是利用式(7)得到：EDER,t=ΣiNPi,t---(7)]]>式(7)中，EDER,t为所述分布式发电单元在第t个时段的发电量；i为所述分布式发电单元中分布式电源的编号，N为所述分布式发电单元中分布式电源的总数；Pi,t为第i个分布式电源在第t个时段的发电量；步骤三、建立分时电价环境下所述工业负荷优化调度模型的目标函数；所述步骤三中，基于需求响应的工业负荷优化调度模型的目标函数如式(8)所示：minC=Σt=1Tppt·Ep,t-Σt=1Tpst·Es,t+CDER---(8)]]>式(8)中，C为所述工业负荷优化调度后的总成本；T为所述工业负荷优化调度在一个周期内的总时段数；ppt和pst分别为分时电价环境下第t个时段的购电价格和售电价格；Ep,t和Es,t分别为第t个时段的购电量和售电量；CDER为所述分布式发电单元的电力生产成本，并由式(9)获得：CDER=Σi=1NΣt=1T[Fi(Pi,t)+OMi(Pi,t)]---(9)]]>式(9)中，Pi,t为第i个分布式电源在第t个时段内的输出功率；Fi(Pi,t)为第i个分布式电源在第t个时段内的燃料成本，并由式(10)获得；OMi(Pi,t)为第i个分布式电源在第t个时段内的运行维护成本，并由式(11)获得：Fi(Pi,t)＝ai+biPi,t+ci(Pi,t)2       (10)式(10)中，ai，bi和ci为第i个分布式电源的燃料成本系数；OMi(Pi,t)-KOMiPi,t---(11)]]>式(11)中，为第i个分布式电源的运行维护成本系数；步骤四、确定所述工业负荷优化调度模型的约束条件，并与所述目标函数构成基于需求响应的工业负荷优化调度模型；所述步骤四中，工业负荷优化调度模型的约束条件如式(12)‑式(21)所示：Ssmin≤Ss,t≤Ssmax---(12)]]>Σmzk,m,t=1---(13)]]>0≤EtESS≤E‾ESS---(14)]]>Ech,tESS≤Echrate·zch,t---(15)]]>Edis,tESS≤Edisrate·zdis,t---(16)]]>zch,t+zdis,t≤1       (17)Pimin≤Pi≤Pimax---(18)]]>|Pi,t‑Pi,t‑1|≤ri        (19)Etgrid+Edis,tESS+EDER,t=Et+Ech,tESS---(20)]]>L1≤Etgrid≤L2---(21)]]>式(12)表示所述第s个储存编号的工业产品的储存容量约束，和分别为所述第s个储存编号的工业产品的最小和最大储存容量；式(13)表示所述第k个编号的生产任务的运行点的约束，第k个编号的生产任务在第t个时段内只能在一种运行点上运行；式(14)表示所述能量储能单元的容量约束，0和分别为所述能量储能单元的最小和最大储存容量限制；式(15)表示所述能量储能单元的最大充电速率限制，为所述能量储能单元的最大充电速率；zch,t为二进制变量，表示所述能量储能单元在第t个时段是否充电；式(16)表示所述能量储能单元的最大放电速率限制，为所述能量储能单元的最大放电速率；zdis,t为二进制变量，表示所述能量储能单元在第t个时段是否放电；式(17)表示所述能量储能单元在第t个时段不能同时充电和放电约束；式(18)表示所述第i个分布式电源自身发电能力的约束，Pimax和Pimin分别为所述第i个分布式电源的输出功率的上限和下限；式(19)表示所述第i个分布式电源的爬坡速率限制，Pi,t‑1为所述第i个分布式电源在第t‑1个时段内的输出功率；ri为所述第i个分布式电源的最大爬坡速率；式(20)表示能量平衡约束；为工业企业与主电网在第t个时段的实际交互电量；式(21)为工业企业与主电网间的传输容量约束；L1为工业企业向所述主电网输送电力的功率下限，L2为所述主电网向工业企业输送电力的功率上限。