基于多智能體的居民用戶參與自動需求響應(yīng)的用電策略的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及智能電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，是一種基于多智能體的居民用戶參與自動需求響 應(yīng)的用電策略。
【背景技術(shù)】
[0002] 自動需求響應(yīng)是在傳統(tǒng)需求響應(yīng)的基礎(chǔ)上引入智能化終端和自動化技術(shù)，使參與 需求響應(yīng)的參與主體通過一個開放的、通用的、可互操作的標(biāo)準(zhǔn)通信技術(shù)，根據(jù)接收的信號 自動啟用預(yù)先設(shè)置的需求響應(yīng)策略，從而實現(xiàn)需求響應(yīng)的自動化、智能化。多智能體系統(tǒng)是 分布式人工智能研究的一個重要分支，其目標(biāo)是將大的復(fù)雜系統(tǒng)（軟硬件系統(tǒng)）建造成小 的、彼此相互通訊及相互協(xié)調(diào)的、易于管理的系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)中，多Agent技術(shù)已開始參與 電力系統(tǒng)計算和設(shè)計中，通過MAS來完成電力系統(tǒng)中各控制系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)問題。
[0003] 需求響應(yīng)的發(fā)展歷經(jīng)3個階段：人工需求響應(yīng)、半自動需求響應(yīng)和全自動需求響 應(yīng)。自動需求響應(yīng)不依賴于任何人工操作，通過接受外部信號觸發(fā)用戶側(cè)需求響應(yīng)程序，大 大提高了需求響應(yīng)的可靠性、再現(xiàn)性、魯棒性和成本效益。自動需求響應(yīng)的特性主要體現(xiàn)在 以下幾個方面：1)電網(wǎng)側(cè)與用戶側(cè)的信息實時傳輸。電網(wǎng)側(cè)的需求響應(yīng)信號可自動傳送到 用戶側(cè)，用戶側(cè)的負(fù)荷數(shù)據(jù)也可自動傳送到電網(wǎng)側(cè);2)用戶側(cè)負(fù)荷管理控制系統(tǒng)。根據(jù)接收 到的需求響應(yīng)信號觸發(fā)需求響應(yīng)策略，優(yōu)化負(fù)荷用電；3)實時采集用戶側(cè)用電數(shù)據(jù)的遙測 設(shè)備。電網(wǎng)側(cè)可根據(jù)這些實時數(shù)據(jù)對需求響應(yīng)信號及時做出調(diào)整，保證供需雙方的收益均 衡;4)用戶本身具有一定的自給供電能力，減少主網(wǎng)的能源供給，甚至可向系統(tǒng)提供電能， 提高分布式電源的經(jīng)濟(jì)性接納。
[0004] Agent技術(shù)是計算機(jī)智能研究前沿領(lǐng)域的一種自適應(yīng)智能代理商計算機(jī)模擬方 法。多Agent系統(tǒng)是將大的復(fù)雜系統(tǒng)建造成由多個具有自主性、互動性、協(xié)調(diào)性和可計算的 智能體組成的集合，是研究復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)的有效方法。目前，多Agent系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于電 力市場、節(jié)能發(fā)電調(diào)度、負(fù)荷預(yù)測、繼電保護(hù)、配電網(wǎng)故障處理和電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配等 多種研究領(lǐng)域。由于居民用戶比較分散，居民用電負(fù)荷呈現(xiàn)出高度分散性的特點。而且居民 用戶的用電主觀性比較強(qiáng)，只對單用戶進(jìn)行分析顯然不夠全面。因此，如何將多種類型的居 民用戶集中進(jìn)行分析是值得研究的問題。利用多Agent系統(tǒng)，由負(fù)荷集中商將它們集中起來 代理用戶參與自動需求響應(yīng)，分析居民用戶參與自動需求響應(yīng)的行為特征，可較為有效地 反映智能電網(wǎng)環(huán)境下系統(tǒng)與電力用戶之間的交互特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是，根據(jù)居民用戶參與自動需求響應(yīng)的特點，設(shè)計相應(yīng)的多Agent系 統(tǒng)和信息交互機(jī)制，構(gòu)建評價居民用戶自動需求響應(yīng)指標(biāo)，以評價不同類型用戶占比條件 下居民用戶整體響應(yīng)行為特性，科學(xué)合理，節(jié)約用電成本的基于多智能體的居民用戶參與 自動需求響應(yīng)的用電策略。
[0006] 本發(fā)明的目的是由以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種基于多智能體的居民用戶參與自 動需求響應(yīng)的用電策略，其特征是，它包括的內(nèi)容有：
[0007] 1)建立居民用戶多Agent系統(tǒng)交互機(jī)制
[0008] (1)電網(wǎng)Agent通過負(fù)荷集中商Agent向用戶Agent發(fā)送峰谷分時電價信號，用戶 Agent接收電價信號，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)確定用電方案；
[0009] (2)用戶Agent將用電數(shù)據(jù)傳送到負(fù)荷集中商Agent中的綜合用電數(shù)據(jù)庫；中央?yún)f(xié) 調(diào)控制Agent根據(jù)綜合用電數(shù)據(jù)判定是否滿足負(fù)荷集中商Agent的控制目標(biāo)，若滿足，用電 方案不變;若不滿足，負(fù)荷集中商Agent要求用戶對用電方案進(jìn)行修正，直至滿足負(fù)荷集中 商Agent的控制目標(biāo)；
[0010] (3)為了防止"反彈高峰"，在實時調(diào)整時，電網(wǎng)Agent向注重用電成本的終端用戶 提供最大用電功率的信號，向注重用電習(xí)慣的終端用戶提供尖峰電價信號；
[0011] (4)用戶Agent接收實時需求響應(yīng)信號，對已確定的用電方案進(jìn)行實時調(diào)整，并將 調(diào)整后的用電數(shù)據(jù)傳送到負(fù)荷集中商Agent中的綜合用電數(shù)據(jù)庫；
[0012] 其中，（1)和(2)是用戶日前用電計劃的決策過程；（3)和(4)是用戶在用電計劃的 基礎(chǔ)上進(jìn)彳丁的實時調(diào)整；
[0013] 2)建立單用戶多Agent系統(tǒng)交互機(jī)制
[0014] ⑴單用戶Agent接收峰谷分時電價信號，可中斷用電設(shè)備控制Agent和不可中斷 用電設(shè)備控制Agent根據(jù)各自的目標(biāo)函數(shù)確定用電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和功率;根據(jù)綜合用電 控制Agent總的目標(biāo)函數(shù)確定用電方案，將其保存至反應(yīng)器中的用電數(shù)據(jù)庫，并且傳送到負(fù) 荷集中商Agent;
[0015] (2)用電方案不滿足負(fù)荷集中商Agent控制目標(biāo)時，負(fù)荷集中商Agent要求用戶對 用電方案進(jìn)行修正，直至滿足負(fù)荷集中商Agent的控制目標(biāo)；
[0016] (3)實際運(yùn)行時，綜合用電控制Agent接收實時需求響應(yīng)信號，作用于反應(yīng)器，調(diào)整 規(guī)則庫根據(jù)調(diào)整規(guī)則對修正后的用電方案進(jìn)行實時調(diào)整;調(diào)整后的用電數(shù)據(jù)保存至用電數(shù) 據(jù)庫中，同時由綜合用電控制Agent傳送到負(fù)荷集中商Agent;
[0017] 3)不可中斷用電設(shè)備控制Agent
[0018] 不可中斷的用電設(shè)備，一旦運(yùn)行必須完成整個運(yùn)行周期，而且是以額定功率運(yùn)行， 假設(shè)在研究周期內(nèi)一共分為I個時間點，每個時間點的時間尺度為At，主要參數(shù)包括:用電 設(shè)備j的運(yùn)行額定功率為匕，第i個時間點用電設(shè)備j消耗的電能為完成整個運(yùn)行過程所 需要的時間為L，第i個時間點用電設(shè)備j的運(yùn)行狀態(tài)〃），其數(shù)學(xué)模型表示為：
[0023] 式中Pi為i時段的電價;元/kWh;M為不可中斷用電設(shè)備的數(shù)量;Ej為用電設(shè)備j持續(xù) 運(yùn)行的時間點個數(shù);f為用電設(shè)備初始運(yùn)行的時間點，由式(2)確定用電設(shè)備的持續(xù)運(yùn)行時 間點個數(shù)；式⑶表明用電設(shè)備處于用電狀態(tài)時，< =1,處于斷電狀態(tài)時，;通過式 (4)確定第i個時間點用電設(shè)備j消耗的電能，所建數(shù)學(xué)模型為0-1整數(shù)規(guī)劃模型，所以設(shè)定 的優(yōu)化方案為:通過求解0-1整數(shù)規(guī)劃問題，確定用電設(shè)備起始運(yùn)行的時間點及終止運(yùn)行的 時間點，即在整個研究周期尋找連續(xù)的時間點i' f+1，. .. f+Ej-l，使得該連續(xù)時間點內(nèi)的 電價之和最小；
[0024] 4)可中斷用電設(shè)備控制Agent
[0025] 可中斷用電設(shè)備，運(yùn)行過程可以被中斷，而且由于某些設(shè)備的儲能特性，用電功率 不再是額定運(yùn)行功率，即每個時間點消耗的電能可能是變化的，主要參數(shù)包括：用電設(shè)備k 的運(yùn)行額定功率為Pk，第i個時間點用電設(shè)備k消耗的電能為這，用電設(shè)備在整個研究時段 所需要的總的電能為Ek，第i個時間點用電設(shè)備k的運(yùn)行狀態(tài)〃；，其數(shù)學(xué)模型為：
[0032]式中N為可中斷用電設(shè)備的數(shù)量;PV為用電設(shè)備k在第i個時間點的運(yùn)行功率，式 (6)表明用電設(shè)備處于用電狀態(tài)時，<=1，處于斷電狀態(tài)時，< =0;式⑴表明用電設(shè)備 必須滿足運(yùn)行所需要的總的電能要求;式(8)表明在每個時間點用電設(shè)備的運(yùn)行時長不能 超過劃分的單位時間尺度At;通過式（10)確定第i個時間點用電設(shè)備k消耗的電能，所建數(shù) 學(xué)模型的決策變量為用電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)< 和每個時間點用電設(shè)備的運(yùn)行功率Pi/，設(shè)定 的優(yōu)化方案為:通過求解0-1混合整數(shù)規(guī)劃問題，實現(xiàn)用電設(shè)備每個時間點運(yùn)行功率的優(yōu)化 調(diào)整；
[0033] 5)綜合用電控制Agent
[0034] (1)用電習(xí)慣滿意度，通過電能調(diào)整的程度來表征，其表達(dá)式為：
[0036] 式中，分子表示自動需求響應(yīng)前后用戶各時段用電量的變化值;若自動需求響應(yīng) 完全沒有引起電能需求調(diào)整，則滿意度為1;
[0037] (2)用電成本滿意度，通過自動需求響應(yīng)前后電費(fèi)成本比較來表示，利用正弦函數(shù) 構(gòu)造[0，1]區(qū)間表征用戶用電成本滿意度。其表達(dá)式為：
[0039] 式中，Co、CDR分別為自動需求響應(yīng)前后的用電成本，若自動需求響應(yīng)完全沒有引起 用電成本的降低，則其滿意度為〇;
[0040] (3)用戶綜合滿意度，用戶綜合滿意度通過對用電習(xí)慣滿意度和用電成本滿意度 設(shè)定權(quán)值來表示，其表達(dá)式為：
[0041 ] υ = αθ+βε (13)
[0042]式中，α、β分別為為用電習(xí)慣滿意度和用電成本滿意度的權(quán)重(α+β=1)，對于注重 用電習(xí)慣的用戶，α>β;對于注重用電成本的用戶，β>α。進(jìn)行計算時，根據(jù)用戶對二者的注重 程度進(jìn)行賦值；
[0043] (4)綜合用電控制Agent的目標(biāo)是充分考慮用電習(xí)慣滿意度和用電成本滿意度，使 用戶綜合滿意度最大，目標(biāo)函數(shù)表示為：
[0044] max υ = αθ+βε (14)
[0045] α+β=1 (15)
[0046] 6)中央?yún)f(xié)調(diào)控制Agent
[0047] 中央?yún)f(xié)調(diào)控制Agent的目標(biāo)是:使參加自動需求響應(yīng)的所有用戶平均滿意度達(dá)到 最大的同時盡可能降低負(fù)荷曲線的峰谷差，目標(biāo)函數(shù)表示為：
[0049] min(max P7-min P7) (17)
[0050] 式中，R表示參加自動需求響應(yīng)的所有用戶平均滿意度;Ui和Uh分別表示注重用電 習(xí)慣和注重用電成本的單用戶綜合滿意度;L和Η分別表示注重用電習(xí)慣和注重用電成本的 用戶集合;階和池分別表示參加自動需求響應(yīng)的注重用電習(xí)慣和注重用電成本的用戶數(shù)量； max Ρ'和min