CN120106519B 一种电解铝负荷响应容量的优化方法及装置 （武汉大学）

(12)发明专利(72)发明人赵艺冰廖思阳徐箭柯德平孙元章所(特殊普通合伙)42222H02J3/00(2006.01)收集电解铝负荷的运行参数，计算出电解铝负荷未参与解铝负荷可响应容量范围，构建电解铝负荷参与响应的综收集电解铝负荷的运行参数，计算出电解铝负荷未参与解铝负荷可响应容量范围，构建电解铝负荷参与响应的综根据综合用电成本模型，得到电解铝负荷的申基于预定的响应规则，引入考核因数，对综合用电成本模型进行修根据响应用电成本模型，得到电解铝负荷的最优参与响本发明提供一种电解铝负荷响应容量的优算出电解铝负荷未参与响应之前的功率以及电2步骤1、收集电解铝负荷的运行参数，计算出电解铝负荷未参与响应之前的功率以及电解铝负荷可响应容量范围，构建电解铝负荷参与响应的综合用电成本模型；步骤2、根据所述综合用电成本模型，得到电解铝负荷的申报容量；步骤3、基于预定的响应规则，引入考核因数，对所述综合用电成本模型进行修改，得到响应用电成本模型；步骤4、根据所述响应用电成本模型，得到电解铝负荷的最优参与响应容量；所述综合用电成本模型为：式中，Ce为电解铝负荷参与响应的购电费用；E为电解铝负荷参与响应时段的电价；t为电解铝负荷参与响应所需时间；CDR为电解铝负荷参与响应所获补贴；δ为需求响应容量出清价格；Fp为电解铝负荷参与响应后的综合用电成本；P₄为电解铝负荷未参与响应之前的所述响应用电成本模型为：考核因素后的电解铝负荷参与响应所获补贴，Ce'为引入考核因素后的电解铝负荷参与响应的购电费用。2.根据权利要求1所述的电解铝负荷响应容量的优化方法，其特征在于，所述运行参数3.根据权利要求2所述的电解铝负荷响应容量的优化方法，其特征在于，所述计算出电解铝负荷未参与响应之前的功率以及电解铝负荷可响应容量范围，包括：根据直流侧电压与直流电流的变化关系，构建方程为：计算出电解铝负荷未参与响应之前的功率为：通过调节饱和电抗器进行功率调节，得到直流侧电压调节范围为：Udmin=1.35(UAHmin-k(UsRmin+△3Udmax=1.35(UAHmax-k(USRmax-△根据直流侧电压调节范围，求解出调节饱和电抗器时允许电解铝负荷参与响应的容量式中，分别为调节饱和电抗器时允许电解铝负荷参与响应的容量最4.根据权利要求1所述的电解铝负荷响应容量的优化方法，其特征在于，所述步骤2具minFp=Ce-CDR6.根据权利要求1所述的电解铝负荷响应容量的优化方法，其特征在于，所述步骤4具7.根据权利要求6所述的电解铝负荷响应容量的优化方法，其特征在于，所述步骤4中构建单元，用于收集电解铝负荷的运行参数，计算出电解铝负荷未参与响应之前的功4考核因素后的电解铝负荷参与响应所获补贴，Ce'为引入考核因素后的电解铝负荷参与响5一种电解铝负荷响应容量的优化方法及装置技术领域[0001]本发明涉及电力系统运行与控制技术领域，具体涉及一种电解铝负荷响应容量的优化方法及装置。背景技术[0002]目前，处理新能源的消纳问题迫在眉睫。许多高能耗企业由于无法改变其原有生产方式而面临淘汰的风险，以电解铝为代表的高能耗大负荷产业首当其冲。[0003]同时，如何解决清洁能源的就地消纳问题已成为阻碍清洁能源发展主要因素之一。由于风电本身具有很大的随机性、间歇性和不可控性，清洁能源供能与负荷端耗能无法匹配，因此无法直接接入用电设备，若接入电网更会严重影响电网稳定性。而且很多地区是弃风限电重灾区，存在大量风能资源无法利用的情况。[0004]因此，电解铝企业迫切需要加快转型升级，降低能耗，实现就地消纳大量清洁能源。但是电解铝企业并不明确转型升级时参与电网互动调节时，可以参与响应的容量多少以及如何使得自身获利最大化。[0005]传统的方法是根据企业参调前情况进行计算，而输出其最优参与响应容量，但这一方法并非是其最佳解。发明内容[0006]本发明的目的在于提供一种电解铝负荷响应容量的优化方法及装置，用于解决现有技术电解铝企业无法确定参与响应的容量多少、如何使得获利最大化等问题，能确定最[0007]为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种电解铝负荷响应容量的优化方法，包括：[0008]步骤1、收集电解铝负荷的运行参数，计算出电解铝负荷未参与响应之前的功率以及电解铝负荷可响应容量范围，构建电解铝负荷参与响应的综合用电成本模型；[0009]步骤2、根据综合用电成本模型，得到[0010]步骤3、基于预定的响应规则，响应用电成本模型；[0011]步骤4、根据响应用电成本模型，得到电解铝负荷的最优参与响应容量。[0012]根据本发明提供的一种电解铝负荷响应容量的优化方法，运行参数包括直流电[0013]根据本发明提供的一种电解铝负荷响应容量的优化方法，计算出电解铝负荷未参与响应之前的功率以及电解铝负荷可响应容量范围，包括：[0014]根据直流侧电压与直流电流的变化关系，构建方程为：6[0018]计算出电解铝负荷未参与响应之前的功率为：[0020]通过调节饱和电抗器进行功率调节，得到直流侧电压调节范围为：[0021]Udmin=1.35(UAHmin-k(UsRmin+△U))/k分别为直流侧电压允许的最小值、最大值；UAHmin、UAHmax分别为高压母线允许的最小值、最大值；k为有载调压变压器变比；USRmin[0024]根据直流侧电压调节范围，求解出调节饱和电抗器时允许电解铝负荷参与响应的[0027]式中，调节饱和电抗器时允许电解铝负荷参与响应的容[0028]确定出电解铝负荷可响应容量范围为：[0030]式中，PALi为电解铝负荷参与响应的容量。[0031]根据本发明提供的一种电解铝负荷响应容量的优化方法，综合用电成本模型为：[0033]CDR=δ·PALi[0035]式中，Ce为电解铝负荷参与响应的购电费用；ε为电解铝负荷参与响应时段的电价；t为电解铝负荷参与响应所需时间；CDR为电解铝负荷参与响应所获补贴，δ为需求响应容量出清价格；Fp为电解铝负荷参与响应后的综合用电成本。[0036]根据本发明提供的一种电解铝负荷响应容量的优化方法，步骤2具体包括：求解[0039]得到此时的电解铝负荷参与响应的容量，将其申报，成为电解铝负荷的申报容量。[0040]根据本发明提供的一种电解铝负荷响应容量的优化方法，响应用电成本模型为：7引入考核因素后的电解铝负荷参与响应所获补贴，Ce'为引入考核因素后的电解铝负荷参与响应的购电费用。[0045]根据本发明提供的一种电解铝负荷响应容量的优化方法，考核因数的表达式为：[0048]根据本发明提供的一种电解铝负荷响应容量的优化方法，步骤4具体包括：求解[0051]得到此时的电解铝负荷实际参与响应的容量，即最优参与响应容量。[0052]根据本发明提供的一种电解铝负荷响应容量的优化方法，步骤4中采用粒子群算法进行求解。[0054]构建单元，用于收集电解铝负荷的运行参数，计算出电解铝负荷未参与响应之前的功率以及电解铝负荷可响应容量范围，构建电解铝负荷参与响应的综合用电成本模型；[0055]处理单元，用于根据综合用电成本模型，得到电解铝负荷的申报容量；[0056]修改单元，用于基于预定的响应规则，引入考核因数，对综合用电成本模型进行修[0057]优化单元，用于根据响应用电成本模型，得到电解铝负荷的最优参与响应容量。[0058]本发明的技术方案至少具备以下技术效果：[0059]本发明提供的一种电解铝负荷响应容量的优化方法及装置，该方法包括：收集电解铝负荷的运行参数，计算出电解铝负荷未参与响应之前的功率以及电解铝负荷可响应容量范围，构建电解铝负荷参与响应的综合用电成本模型；根据所述综合用电成本模型，得到电解铝负荷的申报容量；基于预定的响应规则，引入考核因数，对所述综合用电成本模型进行修改，得到响应用电成本模型；根据所述响应用电成本模型，得到电解铝负荷的最优参与响应容量。本发明能确定电解铝负荷最优参与响应容量，实现电解铝企业利益的最大化。附图说明[0060]为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。8[0064]图3为本发明一具体实施例采用粒子群算法的最低购电成本与迭代次数的变化关[0067]本发明深入研究各省电力需求响应方案，发现各省电力需求响应存在考核费用，[0071]计算出电解铝负荷未参与响应之前的功率以及电解铝负荷可响应容量范围，包[0078]收集电解铝负荷此时的参数Id、k、UAH,可以计算得到电解铝负荷未参与响应之9节边界为△U,但是也可以根据具体情况取其它值。则可得到直流侧电压调节范围方程如[0098]继而通过以上公式计算可以得到电解铝负荷参与联合需求响应支付的综合用电[0132]假设函数的某几点自变量值(即所求的实际参与响应的容量S)为一群粒子，而其[0137]Vi=Vi+C₁×rand()×(pbe[0143]基于同一发明构思，本发明另一实施例提供一种电解铝负荷响应容量的优化装置，该装置与前述实施例的方法相对应，该装置包括：[0144]构建单元，用于收集电解铝负荷的运行参数，计算出电解铝负荷未参与响应之前的功率以及电解铝负荷可响应容量范围，构建电解铝负荷参与响应的综合用电成本模型；[0145]处理单元，用于根据综合用电成本模型，得到电解铝负荷的申报容量；[0146]修改单元，用于基于预定的响应规则，引入考核因数，对综合用电成本模型进行修改，得到响应用电成本模型；[0147]优化单元，用于根据响应用电成本模型，得到电解铝负荷的最优参与响应容量。[0148]以下为本发明的一具体实施例。[0149]调节某铝厂的直流侧电压Ua,监测对应的直流电流Ia,如表1所示。[0150]表1、直流侧电压Ua与对应的直流电流Ia的数据[0152]基于最小二乘法原理，可得中间参数R=0.002016Ω,E=354.6V。因此可以再次收集直流电流Id,求得其现在运行的功率，如下：[0154]选用的功率调节方式为调节饱和电抗器，其电压调节深度在正常情况下设定为[0,70]V,且为了保证其调节效果，此处取其调节边界为△U=5V,则可得到直流侧电压调节范围方程如下：[0156]Udmax=1.35(UAHmax-k(UsRmax-△U)/k[0157]UAHminUAHmax分别为高压母线电压额定值的90%、110%,设定此时高压母线电压额定值UAH为10kV;k为1.2。[0158]根据该条件便可求解出电解铝负荷参与响应的容量最小值、最大值为：[0161]通过公式可以此时的购电成本如下：[0164]而电解铝负荷参与响应所获补贴为：[0167]通过以上公式计算可以得到电解铝负荷参与响应后的综合用电成本为：[0170]根据当地计费规则，当实际参与响应的容量与申报容量比<50%时，视为无效响应；当50%≤实际参与响应的容量与申报容量比<80%时，实际参与响应的容量的60%计入有效容量；当80%≤实际参与响应的容量与申报容量比<120%时，实际参与响应的容量全部计入有效容量；当实际参与响应的容量与申报容量比>120%时，实际参与响应的容量的120%计入有效容量。因此可以构建出以下关系式子：[0172]式中，P为电解铝负荷的申报容量，S为电解铝负荷实际参与响应的容量。[0173]故可以修改综合用电成本公式，其中，修改后的参与响应所获补贴为：[0176]且其购电费用也发生了改变，方程如下：[0178]因此需要求解：[0181]得到此时的电解铝负荷实际参与响应的容量，即最优参与响应容量。[0182]利用粒子群算法，具体算法过程为：[0183]输入具体初始数值：粒子数为10,迭代次数为50次，个体、社会学习因子为2,粒子最大速度为1.2,粒子的上下界位置限制1,初始化粒子的位置和速度，随后计算其适应度，并不断标注各位置。之后便进入迭代，迭代50次，不断比较其适应度，若其适应度高于之前的适应度，则更新其位置及适应度值，直至迭代完成，取得最优值。粒子在迭代过程中的各位置表示如图2。而随着迭代次数增加得到的最佳解变化如图3所示，由图3的变化曲线可知，当迭代次数增加，其最佳解近似不变，因而此处优化效果较佳，稳健性较强。[0184]由此便可求得其最佳位置及最佳适应度，即本实施例欲求的变量最优参与响应容量为7.1905×10⁴千瓦，以及其最低购电成本为2.3227×10⁹元。[0185]综上所述，本发明提供的电解铝负荷响应容量的优化方法及装置，通过对于电解铝负荷运行参数的收集，首先计算出其目前的工作功率以及可以参与响应的容量的上下限。之后构建出企业参与联合需求响应支付的综合用电成本模型，用以衡量企业参与