(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 106469354 A(43)申请公布日 2017.03.01
(21)申请号 201610814862.7(22)申请日 2016.09.09
(71)申请人 中国电力科学研究院
地址 100192 北京市海淀区清河小营东路
15号
申请人 国家电网公司
国网江苏省电力公司电力科学研究院(72)发明人 翟峰 刘鹰 徐文静 吕英杰
赵兵 李保丰 付义伦 岑炜 冯占成 梁晓兵 曹永峰 任博 袁泉 张庚 卢艳 许斌 孔令达 杨全萍 周琪 韩文博 徐萌 孙毅 曾璐琨 李彬
(74)专利代理机构 北京工信联合知识产权代理
事务所(普通合伙) 11266
代理人 康颖(51)Int.Cl.
G06Q 10/06(2012.01)G06Q 50/06(2012.01)
权利要求书2页 说明书6页 附图3页
CN 106469354 A(54)发明名称
一种负荷聚合商模式下的用户需求响应参与方法(57)摘要
本发明提供了一种负荷聚合商模式下的用户需求响应参与方法，包括：电网公司发布需求响应消息，并与负荷聚合商签订削减合同；负荷聚合商需求响应服务器获取已注册用户的可参与情况、响应量、以往评价度信息；负荷聚合商需求响应服务器根据以上的注册用户信息，建立用户可参与模型、负荷聚合商选择用户参与模型和用户选择目标函数模型；采用遗传算法求解上述多目标下的负荷聚合商选择用户参与需求响应的最优组合；向选择参与需求响应的用户发布需求响应消息。本发明通过建立负荷聚合商选择用户参与需求响应优化模型，实现了参与需求响应用户的最优化组合，为负荷聚合商模式下的需求响应服务器确定用户参与需求响应问题提供了一种可行的方法。
CN 106469354 A
权 利 要 求 书
1/2页
1.一种负荷聚合商模式下的用户需求响应参与方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A:电网公司发布需求响应消息至负荷聚合商处；步骤B:负荷聚合商获取已注册用户的信息；步骤C:负荷聚合商建立多个目标函数，并设定目标函数期望值及权重；
步骤D:根据每个目标函数期望值与目标函数实际值以及每个目标函数的权重，将多个目标函数化为单目标函数；
步骤E：结合已注册用户信息，利用遗传算法计算所述单目标函数最优解，同时得到最优解条件下相对应的最优用户参与组合；
步骤F：向选择参与需求响应的用户发布需求响应消息。
2.根据权利要求1所述的负荷聚合商模式下的用户需求响应参与方法，其特征在于，所述步骤A中，需求响应消息包括负荷削减量、削减时段以及补贴价格。
3.根据权利要求2所述的负荷聚合商模式下的用户需求响应参与方法，其特征在于，所述消减时段中的时段为时间的离散化表示：一天24小时离散为24个时段，每1小时整作为一个时段，每个时段均有编号。
4.根据权利要求1所述的负荷聚合商模式下的用户需求响应参与方法，其特征在于，所述步骤B中，已注册用户的信息包括用户设定的可参与情况、响应量以及用户的以往评价度。
5.根据权利要求2所述的负荷聚合商模式下的用户需求响应参与方法，其特征在于，所述步骤C中，多个目标函数分别如下所示：
其中，N(t)为t时段负荷聚合商选择参与需求响应服务的用户总数，m为反馈信息的用户总数，l为用户编号，其取值为1～m，为编号为l的用户被负荷聚合商选择参与t时段需求响应的状况；
pricea为电网Cost(t)为t时段需求响应中负荷聚合商的获利，为t时段负荷削减量，公司给负荷聚合商的补贴价格，pricec表示负荷聚合商给用户的补贴价格，合商拟定的用户l在t时段需求响应中响应量；
Score(t)为t时段需求响应中单位响应量的用户评价度，
为编号为l的用户的
以往评价度。
6.根据根据权利要求5所述的负荷聚合商模式下的用户需求响应参与方法，其特征在于，所述多个目标函数还需满足约束条件，如下所示：
为负荷聚
2
CN 106469354 A
权 利 要 求 书
2/2页
其中，为t时段负荷削减量，为负荷聚合商拟定的用户l在t时段需求响应中响
应量，为编号为l的用户参加t时段需求响应的状况，为编号为l的用户被负荷聚合商选择参与t时段需求响应的状况，
的取值为0或1，如下所示：
。
7.根据权利要求1所述的负荷聚合商模式下的用户需求响应参与方法，其特征在于，所
述步骤D中，单目标函数如下所示：
其中，Z为单目标函数值，λλλ1,2,3分别为负荷聚合商设定的目标函数N(t),Cost(t),Score(t)的权重,N(t)为t时段负荷聚合商选择参与需求响应服务的用户总数，Cost(t)为t时段需求响应中负荷聚合商的获利，Score(t)为t时段需求响应中单位响应量的用户评价度，N*(t),Cost*(t),Score*(t)分别为负荷聚合商对目标函数N(t),Cost(t),Score(t)设定的期望值。
8.根据权利要求1所述的负荷聚合商模式下的用户需求响应参与方法，其特征在于，所述步骤E中，遗传算法求解方法如下：
E1、确定遗传算法求解该问题的解的代码形式；E2、根据设定种群的大小N，产生满足约束条件的初始种群；E3、采用基于排序的适应度分配方法，计算种群中每个个体的适应度值；E4、根据设定遗传代数MAXGEN，判断：若当前代数大于MAXGEN则算法结束，输出最优用户组合；若当前代数小于MAXGEN，则进行步骤E5；
E5、根据设置复制选择概率，对整个种群进行复制选择操作；E6、根据设置交叉概率，对复制得到的种群进行交叉操作；E7、根据设置变异概率，对交叉得到的种群进行变异操作，得到新的种群，然后返回步骤E3。
3
CN 106469354 A
说 明 书
一种负荷聚合商模式下的用户需求响应参与方法
1/6页
技术领域[0001]本发明涉及智能电网中的需求响应技术领域，具体讲涉及智能电网中一种负荷聚合商模式下的用户需求响应参与方法。
背景技术[0002]需求响应(demand response,DR)指电力用户接收到供电方发出的价格信号或者激励机制后，改变固有的电力消费模式，减少或转移某时段用电负荷的行为。若用户能够主动、合理的参与DR，则能达到削峰填谷、维持电力供需平衡等目的。传统的需求响应信号主要依赖人工传输，人员手动关停设备或调整设备的运行功率，这使得用户侧无法及时获得电网侧的DR信息，电网侧也无法实时根据用户的最新电能消耗信息调整DR信号，降低了DR实现削峰填谷的可靠性和效率。因此，传统的需求响应很难真正意义上实现电网的削峰填谷，保证电网的供需平衡。另一方面，自动需求响应(automated demand response,ADR)能够在不存在任何人工操作的基础上，自动实现用户的DR响应，实现了真正意义上的电网供需平衡。[0003]基于自动需求响应技术，出现了以负荷聚合商为中间商的需求响应运营模式。该模式主要是借助于负荷聚合商第三方实现电网与用户之间的交互，并对此已开展了一系列的研究工作，取得了很多的成果。美国劳伦斯伯克利国家实验室开发支持自动需求响应的通信信息架构——开放式自动需求响应通信规约(open automated demand response communications specification，OpenADR)，用于实现智能电网下自动需求响应中的各实体之间信息通信。高级量测系统能够实现智能电网内用电信息采集、储存和处理，实现对用户DR响应数据等采集，将信息实时地反馈至电网和负荷聚合商，为实现电网-负荷聚合商-用户的实时互动提供数据支持。霍尼韦尔公司已开发出基于OpenADR的自动需求响应服务器和负荷管理设备，支持用户通过终端实现负荷设备的管理，并在此基础上已搭建了一套应用OpenADR的自动需求响应示范式系统。在需求响应用户终端方面，已研发支持自动需求响应的各种智能的能源管理系统，如智能家庭能源管理系统、智能楼宇能源管理系统。但在现有的研究中，关于自动需求响应实施过程中，负荷聚合商如何选择用户参与自动需求响应的问题，目前鲜有这方面的研究。发明内容[0004]为了解决上述提及的自动需求响应实施过程中负荷聚合商选择用户参与的问题，本发明提供一种负荷聚合商模式下的用户需求响应参与方法。[0005]本发明采用的技术方案为：[0006]一种负荷聚合商模式下的用户需求响应参与方法，包括如下步骤：[0007](1)电网公司发布需求响应消息，并与负荷聚合商签订削减合同；[0008](2)负荷聚合商需求响应服务器获取已注册用户的可参与情况、响应量、以往评价度信息；
4
CN 106469354 A[0009]
说 明 书
2/6页
(3)负荷聚合商需求响应服务器根据以上的注册用户信息，建立用户可参与模型、
负荷聚合商选择用户参与模型和用户选择目标函数模型；[0010](4)采用遗传算法求解上述多目标下的负荷聚合商选择用户参与需求响应的最优组合；[0011](5)向选择参与需求响应的用户发布需求响应消息；[0012]优选的，所述步骤(4)中，所述模型建立如下：[0013](4-1)、将一天24小时离散化为24个时间区间；[0014](4-2)、对每个时间区间内的用户可参与情况，建立0-1模型；[0015](4-3)、对负荷聚合商选择用户参与某时间区间内的需求响应情况，建立0-1模型；[0016](4-4)、建立负荷聚合商选择用户参与需求响应的目标函数模型。[0017]进一步的，所述步骤(4-2)中，所述表征用户某时间区间内可参与需求响应情况的0-1模型为：
[0018]
[0019]l表示用户编号；t表示时段编号；表示编号为l的用户参加t时段需求响应的状
况。
进一步的，所述步骤(4-3)中，所述表示负荷聚合商选择用户参与某时间区间内的
需求响应情况的0-1模型为：
[0021][0022][0020]
l为用户编号；t为时段编号；表示编号为l的用户被负荷聚合商选择参与t时段
需求响应的状况。
[0023]进一步的，所述步骤(4-4)中，所述负荷聚合商选择用户参与需求响应的目标函数1模型为：
[0024][0025]
N(t)表示t时段负荷聚合商选择参与需求响应服务的用户总数；m表示用户总数；l
表示用户编号，其取值为1～m；表示编号为l的用户被负荷聚合商选择参与t时段需求响应的状况。
[0026]所述负荷聚合商选择用户参与需求响应的目标函数2模型为：
[0027][0028]
Cost(t)表示t时段需求响应中负荷聚合商的获利；表示t时段负荷聚合商与电
表示负荷聚合商
网公司签订的削减合同量；pricea表示电网公司承诺给负荷聚合商的补贴价格(按削减每kW补贴)；pricec表示负荷聚合商给用户响应需求响应的补贴价格；拟定的用户l在t时段需求响应中响应量。
5
CN 106469354 A[0029][0030][0031]
说 明 书
3/6页
所述负荷聚合商选择用户参与需求响应的目标函数3模型为：
m为用户总数；表示t时段负荷聚合商与电网公司签订的削减合同量；表
示负荷聚合商拟定编号为l的用户在t时段需求响应中响应量；Score(t)表示t时段需求响应中单位响应量的用户评价度(综合满意度)；
[0032]
表示编号为l的用户的以往评价度。
所述负荷聚合商选择用户参与需求响应所有的目标函数的约束条件模型为：
[0033]
[0034]表示t时段负荷聚合商与电网公司签订的削减合同量；表示负荷聚合商
拟定的用户l在t时段需求响应中响应量；表示编号为l的用户参加t时段需求响应的状况；表示编号为l的用户被负荷聚合商选择参与t时段需求响应的状况；或1。
本发明具有以下有益效果：[0036]本发明通过模型化用户可参与需求响应状况、负荷聚合商选择用户参与需求响应状况，按选择用户数最少，获利最大，获得用户预计满意度最好的原则，建立负荷聚合商选择用户参与需求响应的目标模型，成功解决了以负荷聚合商为中间商的需求响应运营模式下的负荷聚合商选择用户参与问题。
附图说明[0037]图1为本发明提供的方法的流程图；[0038]图2为本发明方法中采用的时间离散化处理示意图；[0039]图3为负荷聚合商模式下的需求响应实现架构图；[0040]图4为本发明方法的算法实现流程图。
具体实施方式[0041]下面为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图、附表及具体实施例进行详细描述。[0042]如图1所示，是本发明智能电网中一种负荷聚合商模式下的用户需求响应参与方法的流程图，包括如下步骤：[0043](1)电网公司发布需求响应消息，并与负荷聚合商签订削减合同；[0044](2)负荷聚合商需求响应服务器获取已注册用户的可参与情况、响应量、以往评价度信息；[0045](3)负荷聚合商需求响应服务器根据以上的注册用户信息，建立用户可参与模型、负荷聚合商选择用户参与模型和用户选择目标函数模型；[0046](4)采用遗传算法求解上述多目标下的负荷聚合商选择用户参与需求响应的最优
6
[0035]
的取值为0
CN 106469354 A
说 明 书
4/6页
组合；
(5)向选择参与需求响应的用户发布需求响应消息；
[0048](6)根据用户反馈的评价分数，更新用户的以往评价度信息。[0049]如图3所示，以削减电网高峰为例，讲述整个负荷聚合商模式下的需求响应实现过程及本发明解决的问题。变电站检测到区域电网面临用电高峰时，向电网调度中心发送削峰预警信号。电网调度中心向电网公司的DR服务中心下达削峰需求，DR服务中心向相关负荷聚合商发布需求响应消息。经过双方的协商，电网公司与负荷聚合商达成削减合同，合同内容包括削减容量
[0050][0047]
补贴价格pricea、削减时段t等。
负荷聚合商与电网公司签订合同后，执行DR参与逻辑控制，即本发明提出的负荷聚合商模式下的用户需求响应参与方法，确定哪些用户参与需求响应。根据已注册用户设定的参与时段信息，削峰时段t内的用户可参与状况可表示为：
[0051][0052]
l表示用户编号；t表示时段编号；表示编号为l的用户参加t时段需求响应的状负荷聚合商选择用户t时段参与需求响应的状况可表示为：
况。
[0053][0054][0055]
l为用户编号；t为时段编号；表示编号为l的用户被负荷聚合商选择参与t时段
需求响应的状况。[0056]接下来负荷聚合商确定选择用户参与需求响应的多个目标函数，设定每个目标函数的期望值。使用遗传算法求解用户参与需求响应的最优组合，并向选择的用户发布需求响应命令。[0057]如图4所示，负荷聚合商确定用户参与需求响应的具体算法流程如下：[0058](1)确定选择用户参与需求响应的多个目标函数：[0059]目标函数1：
[0060][0061]
N(t)表示t时段负荷聚合商选择参与需求响应服务的用户总数；m表示用户总数；l
表示用户编号，其取值为1～m；表示编号为l的用户被负荷聚合商选择参与t时段需求响应的状况。[0062]目标函数2：
[0063][0064]
Cost(t)表示t时段需求响应中负荷聚合商的获利；表示t时段负荷聚合商与电
网公司签订的削减合同量；pricea表示电网公司承诺给负荷聚合商的补贴价格(按削减每
7
CN 106469354 A
说 明 书
5/6页
kW补贴)；pricec表示负荷聚合商给用户响应需求响应的补贴价格；拟定的用户l在t时段需求响应中响应量。[0065]目标函数3：
[0066][0067]
表示负荷聚合商
m为用户总数；表示t时段负荷聚合商与电网公司签订的削减合同量；表
示负荷聚合商拟定编号为l的用户在t时段需求响应中响应量；Score(t)表示t时段需求响应中单位响应量的用户评价度(综合满意度)；
[0068]
表示编号为l的用户的以往评价度。
所有目标函数的约束条件为：
[0069]
[0070]表示t时段负荷聚合商与电网公司签订的削减合同量；表示负荷聚合商
拟定的用户l在t时段需求响应中响应量；表示编号为l的用户参加t时段需求响应的状况；表示编号为l的用户被负荷聚合商选择参与t时段需求响应的状况；或1。
(2)根据负荷聚合商设定的每个目标期望值与实际值的偏差以及负荷聚合商设定的每个目标函数的权重，将多目标求解问题化为单目标求解问题：
[0072][0071]
的取值为0
λλλN*1,2,3分别为负荷聚合商设定的目标函数N(t),Cost(t),Score(t)的权重；(t),Cost*(t),Score*(t)分别为负荷聚合商对目标函数N(t),Cost(t),Score(t)设定的期望值。[0074](3)确定遗传算法求解该问题的解的代码形式：
[0073][0075][0076][0077]
m为用户个数；的取值为0或1。
(4)根据设定种群的大小N，产生满足约束条件的初始种群；[0078](5)采用基于排序的适应度分配方法，计算种群中每个个体的适应度值：[0079](6)根据设定遗传代数MAXGEN，判断：若当前代数大于MAXGEN则算法结束，输出最优用户组合；若当前代数小于MAXGEN，则跳至步骤(7)；[0080](7)根据设置复制选择概率，对整个种群进行复制选择操作；[0081](8)根据设置交叉概率，对复制得到的种群进行交叉操作；[0082](9)根据设置变异概率，对交叉得到的种群进行变异操作，得到新的种群，然后跳转至步骤(5)。[0083]为了说明上述本发明方法的有效性，本文采用如下的算例进行仿真验证：算例中，负荷聚合商与电网合同中约定的削减时段为t＝10(10:00～11:00),削减总量为
8
CN 106469354 A
说 明 书
6/6页
用户t时段可参与状况参数设定如表2所示，用户t时段可削减容量参
数设定如表3所示，用户对负荷聚合商以往的评价度参数设定如表4所示，用户对负荷聚合
商的评价规则如表1所示；电网给负荷聚合商的补贴价格为pricea＝120(单位为元)，负荷聚合商给用户的补贴价格为pricec＝80(单位为元)；负荷聚合商设定的目标函数1的期望值为N*(t)＝10，设定的目标函数2的期望值为Cost*(t)＝240，设定的目标函数3的期望值为Score*(t)＝4，设定的目标函数1、目标函数2、目标函数3的权重λλλ0.5、1,2,3分别为0.2、0.3；种群个数设置为10个，最大遗传代数MAXGEN＝100，复制选择概率为0.95，交叉概率为0.7，变异概率为0.05。
t[0084]算例仿真表明，算例在24代收敛，输出的最优用户参与组合η＝[0 0 0 1 1 0 1
0 0 1]，即负荷聚合商选择参与t时段需求响应的最优用户组合为：用户4、用户5、用户7、用户10。此时相对应的步骤(2)中单目标函数值为Z＝0.0113，相对应的步骤(1)中负荷聚合商确定选择用户参与需求响应的多目标函数值为N(t)＝4、Cost(t)＝240、Score(t)＝3.6，与负荷聚合商设定的各目标函数期望值非常接近，证明本发明方法有效。[0085]表1用户对负荷聚合商的评价规则
[0086]
评价等级非常满意比较满意评价分数54[0087]表2算例中的用户可参与状况参数
[0088]
一般
3比较不满意2非常不满意1
用户编号12345可参与状况01111[0089]表3算例中用户t时段可削减容量参数
[0090]
6
0718191101
用户编号123456t时段可削减容量(kW)0.5121.532.5[0091]表4算例中的用户对负荷聚合商以往评价度参数
[0092]
7
0.582.591.5101
用户编号12345678910用户对负荷聚合商的以往评价度(分)43.52.833.544524.5[0093]以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
9
CN 106469354 A
说 明 书 附 图
1/3页
图1
图2
10
CN 106469354 A
说 明 书 附 图
2/3页
图3
11
CN 106469354 A
说 明 书 附 图
3/3页
图4
12
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容