王偉　楊偉光　高立忠　李迪

摘 要： 為了優(yōu)化居民用電側(cè)管理和電力系統(tǒng)總的發(fā)電容量，構(gòu)建基于智能電網(wǎng)調(diào)度支持的居民用電側(cè)自動需求響應(yīng)系統(tǒng)。該方法以先進(jìn)的智能電網(wǎng)技術(shù)為依托，依靠智能電網(wǎng)調(diào)度支持平臺構(gòu)建需求響應(yīng)系統(tǒng)框架，采用價(jià)格需求響應(yīng)方式和激勵需求響應(yīng)方式，實(shí)現(xiàn)尖峰電價(jià)、尖峰折扣、分時(shí)電價(jià)、實(shí)時(shí)電價(jià)的控制和市場激勵、計(jì)劃激勵。其應(yīng)用分布式在線學(xué)習(xí)算法能在用戶滿意度較低的條件下，降低用電成本，提高用電效益。通過綜合分析可知，基于智能電網(wǎng)調(diào)度支持的居民用電側(cè)自動需求響應(yīng)系統(tǒng)可較好地優(yōu)化發(fā)電容量并滿足居民用電側(cè)用電需求。

關(guān)鍵詞： 智能電網(wǎng)； 調(diào)度支持系統(tǒng)； 用電側(cè)管理； 自動需求響應(yīng)

中圖分類號： TN915.5?34； TN911 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）10?0172?03

Abstract： In order to optimize the management of the residential electricity consumption and total generating capacity of the electrical power system， a automatic demand response system supported by smart power grid scheduling for the residential electricity consumption was constructed. Relying on the advanced smart power grid technology and smart power grid dispatching support platform， the demand response system framework was constructed. The price demand response mode and incentive demand response mode are used to control the peak electricity price， peak electricity price discount， time?of?use electricity price and real?time electricity price， and realize the market incentive and plan incentive. The distributed online learning algorithm is used to reduce the electricity cost and improve the electricity efficiency in the situation of low user′s satisfaction. The comprehensive analysis results show that the automatic demand response system supported the smart power grid scheduling for the residential electricity consumption can optimize the generating capacity better， and satisfy the demand of the residential electricity consumption.

Keywords： smart power grid； scheduling support system； electricity management； automatic demand response

隨著社會用電量和發(fā)電容量大幅度提升，能源消耗問題和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，世界各國逐漸重視電力需求側(cè)管理技術(shù)。電力系統(tǒng)早期依據(jù)用電負(fù)荷預(yù)測結(jié)果來制定發(fā)電容量的大小，以使社會用電需求得到完整的供應(yīng)，但這種發(fā)電容量確定方式存在發(fā)電量大于電力需求用量的問題[1]?；谥悄茈娋W(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)的居民用電側(cè)自動需求響應(yīng)系統(tǒng)，能改變傳統(tǒng)電力規(guī)劃中發(fā)電容量的確定方式，從而使得一次能源損耗和環(huán)境污染程度得到降低。

1 居民用電側(cè)需求響應(yīng)

需求響應(yīng)（Demand Response）即電力需求響應(yīng)，是需求側(cè)管理的具體解決方法之一[2]，其指的是在電力供應(yīng)市場價(jià)格升高或電力系統(tǒng)可靠性受到威脅時(shí)，電力消費(fèi)端在收到供電系統(tǒng)發(fā)出的指導(dǎo)性減少用電負(fù)荷的相關(guān)通知或電力費(fèi)用價(jià)格上升的通知信號之后，與之相對應(yīng)轉(zhuǎn)變其固有的習(xí)慣用電模式，對某一時(shí)間段中電力負(fù)荷進(jìn)行降低或向后推移，進(jìn)而使電網(wǎng)保持穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)對電價(jià)上升抑制目的的短期行為[3]。

需求響應(yīng)根據(jù)來源可分為價(jià)格類需求響應(yīng)和激勵類需求響應(yīng)兩種類型。價(jià)格類需求響應(yīng)指的是電力消費(fèi)用戶針對各種價(jià)格信號來安排和分配用電負(fù)荷、用電時(shí)間及電力消費(fèi)方式，如圖1所示。價(jià)格類需求響應(yīng)主要以用電價(jià)格作為表現(xiàn)形式，電價(jià)種類有分時(shí)電價(jià)、實(shí)時(shí)電價(jià)和尖峰電價(jià)等類型，電力系統(tǒng)使用端的電價(jià)波動與供電方的成本情況的變化保持一致，是與時(shí)間變化相關(guān)的，價(jià)格類需求響應(yīng)注重電力用戶的主動參與，電力用戶內(nèi)部經(jīng)濟(jì)調(diào)整和負(fù)荷的變化決定了電力響應(yīng)行為[4]。

圖2所示的框圖為激勵類需求響應(yīng)的框架構(gòu)造，激勵類需求響應(yīng)分為市場激勵類型和計(jì)劃激勵類型兩種。需求響應(yīng)管理機(jī)構(gòu)采用價(jià)格補(bǔ)償?shù)姆绞绞闺娏τ脩艚档陀秒娦枨髞砭徑怆娏ο到y(tǒng)緊張的需要[5]。一般會在需求響應(yīng)計(jì)劃實(shí)施之前，需求響應(yīng)管理機(jī)構(gòu)與電力用戶之間，就用電補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)事宜進(jìn)行相應(yīng)的約定[6]。

2 智能電力網(wǎng)絡(luò)

智能電力網(wǎng)絡(luò)集領(lǐng)先的電力設(shè)備技術(shù)、領(lǐng)先的控制方法、領(lǐng)先的傳感與測量技術(shù)以及領(lǐng)先的決策技術(shù)于一體，以建立可靠、經(jīng)濟(jì)、高效、安全的電力網(wǎng)絡(luò)為目標(biāo)，能夠自愈、激勵、抵御攻擊、容許新能源電力引入、可啟動電力市場化和資產(chǎn)優(yōu)化高效可靠的運(yùn)行[7?8]。

智能電力網(wǎng)絡(luò)能適應(yīng)大規(guī)模新型能源的接入，有效鞏固提升了電力網(wǎng)絡(luò)的堅(jiān)強(qiáng)性。電力網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施與先進(jìn)的信息技術(shù)、傳感器技術(shù)和自動控制技術(shù)相互融合，能夠及時(shí)有效地獲取信息、發(fā)現(xiàn)故障。

3 智能電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)

從組織構(gòu)成方面分析，智能電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)。智能電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)度運(yùn)行，日前計(jì)劃校核和年月用電方式分析的功能，具有數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)化、調(diào)度決策精細(xì)化、運(yùn)行控制自動化、源網(wǎng)協(xié)調(diào)最優(yōu)化、運(yùn)行監(jiān)控全景化、安全評估動態(tài)化等特點(diǎn)[9]。

智能電網(wǎng)調(diào)度支持平臺是智能電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)最重要的組成部分，該平臺具有在線化、精細(xì)化、實(shí)用化和一體化的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)調(diào)度計(jì)劃應(yīng)用、調(diào)度管理應(yīng)用、安全校核應(yīng)用和實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警應(yīng)用等功能[10]，見圖3。

智能電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)依托智能電網(wǎng)調(diào)度支持平臺，通過應(yīng)用調(diào)度計(jì)劃、調(diào)度管理、安全校核和實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警的方式，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)度運(yùn)行、日前計(jì)劃校核和年月用電方式分析的功能。

4 分布式在線學(xué)習(xí)自動需求響應(yīng)系統(tǒng)

在智能電網(wǎng)調(diào)度支持平臺硬件基礎(chǔ)之上，建立的智能電網(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)能通過應(yīng)用調(diào)度計(jì)劃、調(diào)度管理、安全校核實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警的方式實(shí)現(xiàn)用電側(cè)電能應(yīng)用管理。為了完成用電設(shè)備調(diào)度控制的優(yōu)化管理，需要選擇一種搜索式最優(yōu)化策略，分布式在線學(xué)習(xí)算法具有運(yùn)算魯棒性穩(wěn)定、冗余性較低、無需分析響應(yīng)系統(tǒng)模型中的轉(zhuǎn)移概率等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于最優(yōu)控制系統(tǒng)中。

在最優(yōu)策略問題分析之中，最優(yōu)參數(shù)[Θ*]需要滿足的必要條件如下：

只有在用戶用電請求的概率分布信息和用電價(jià)格已知的情況下，才可解決式（1）的相關(guān)問題，但用戶用電請求和用電價(jià)格受到多種因素的影響，較難估計(jì)。針對這一問題，采用分布式在線學(xué)習(xí)的方法進(jìn)行處理。設(shè)置[Mk]為用電設(shè)備的本地狀態(tài)，[Nk]表示為用電設(shè)備的執(zhí)行策略。[ft=kfk（Mk，Nk）]表示在時(shí)刻[t]的立即回報(bào)。則在線學(xué)習(xí)算法的表示形式如下：

首先進(jìn)行算法的初始化，設(shè)定每一臺用電設(shè)備的本地初始化參數(shù)為[θk]，當(dāng)某個時(shí)間[t]的起始時(shí)刻到來時(shí)，用電設(shè)備根據(jù)其觀測到的狀態(tài)[sk]，依照其參數(shù)所決定的隨機(jī)控制策略[ΩΘk]，完成相應(yīng)動作[Mk]。然后在每個時(shí)間段[t]的終止時(shí)刻，用電設(shè)備上傳其執(zhí)行策略和成本[f（Mk，Nk）]以及參考狀態(tài)指示因子[τk]。最后，根據(jù)該算法，更新用電設(shè)備的本地狀態(tài)。

針對某區(qū)域電力用戶設(shè)備使用狀態(tài)、用戶用電請求和電力價(jià)格等因素，在智能電網(wǎng)調(diào)度支持平臺的基礎(chǔ)之上，應(yīng)用分布式在線學(xué)習(xí)算法，進(jìn)行分析處理，得到電力用戶購電成本、用戶不滿意度及總體成本的情況，并與最小用電成本貪婪算法、用電成本粒子群追蹤算法進(jìn)行比較，得到結(jié)果如圖4所示。

從圖4中可知，與其他兩種算法相比較，分布式在線學(xué)習(xí)算法可在用戶不滿意度最低的狀態(tài)下，通過降低用電成本，而減少用戶的用電總成本，從而提高了電力用戶的效益。

5 結(jié) 語

面對日益嚴(yán)重的能源消耗與環(huán)境污染問題，電力系統(tǒng)根據(jù)用電負(fù)荷預(yù)測結(jié)果制定發(fā)電容量大小的方式逐漸暴露不足?；谥悄茈娋W(wǎng)調(diào)度支持系統(tǒng)的居民用電側(cè)自動需求響應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)用先進(jìn)的智能電網(wǎng)技術(shù)，依托智能電網(wǎng)調(diào)度支持平臺，采用價(jià)格需求響應(yīng)方式和激勵需求響應(yīng)方式，并應(yīng)用分布式在線學(xué)習(xí)算法可優(yōu)化發(fā)電容量且滿足居民用電側(cè)用電需求，減少用電總成本，進(jìn)而降低一次能源損耗和環(huán)境污染程度。

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