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1、基于柔性负荷的电网经济运行优化方法研究摘要伴随着我国电力事业不断发展，人们对于电力的需求也在逐步增长，由于电源侧设备实施普遍落后老化，无法满足人们对电力的需求，经常面临拉闸限电等缺电现象，又由于近年来，人们越来越重视环保问题，传统的增加装机容量的方式已经无法解决当前的缺电问题。所以从电力市场需求侧挖掘潜力是解决电力供应短缺非常重要的手段，柔性负荷管理是可以实现发电侧与电力需求侧互动来管理负荷，成为可以解决这些问题的一种有效方式。本文是在研究发电侧与用电需求侧互动原理的基础之上，研究柔性负荷调度模型对经济运行的影响，目的在于不断优化模型，将其运用到实际案例中取得多方面最优，具体主要包含以下几个方
2、面：首先，本文对柔性负荷管理的重要性进行阐述，并且从用户参与的角度介绍其研究现状并总结其实施基础，调度形态，合约方式，市场机制，在此基础上提出了柔性负荷合约模型，并对补偿与惩罚机制进行分析研究。其次，基于柔性负荷对电力供应侧的管理角度阐述了发电成本的概念以及组成部分，研究发电机组耗量成本与负荷的关系，建立成本计算数学模型，并对网损影响进行研究分析。再次，实现柔性负荷管理发电侧与电力需求侧互动机制，建立了基于柔性负荷的经济运行优化调度模型，详细分析项目部署所需考虑的关键因素，包括用户的选择、提前通知时间、中断持续时间、补偿程度等，建立考虑可中断负荷的机组组合优化模型。最后，针对柔性负荷优化调度这
3、一优化问题，建立了数学模型。本文以19个用户16个时段的柔性负荷优化调度问题分别采用粒子群算法和二进制粒子群算法进行仿真求解，通过对比不同算法优化结果，算例结果表明降低了系统运行成本，减少高峰用电负荷，同时用户还获得收益。说明基于柔性负荷的优化调度模型有利于电力系统的可靠经济运行。关键词：柔性负荷；补偿机制；发电成本；网损；粒子群算法AbstractWiththecontinuousdevelopmentofChinaselectricpowerindustry,peoplesdemandforelectricpowerisalsoconstantlyincreasing.Duetothewi
4、despreadbackwardnessandagingofpowersupplysideequipment,peoplecannotmeetthedemandforelectricity,andoftenfacepowershortagessuchaspowercuts.Inrecentyears,Peoplearepayingmoreandmoreattentiontoenvironmentalprotectionissues.Thetraditionalwayofincreasinginstalledcapacityhasbeenunabletosolvethecurrentpowers
5、hortageproblem.Therefore,tappingpotentialfromthedemandsideofthepowermarketisaveryimportantmeanstosolvethepowersupplyshortage.Flexibleloadmanagementcanrealizetheinteractionbetweenthepowergenerationsideandthepowerdemandsidetomanagetheload,anditbecomesaneffectivewaytosolvetheseproblems.Animportantparto
6、fthedemandsidemanagementoftheelectricitymarket.Basedontheprincipleofsource-chargeinteraction,thispaperstudiestheeconomicoperationoptimizationschedulingmodelbasedonflexibleload,andappliestheoptimizationmodelinpracticalexamplestoachieveeconomic,safetyandreliability.Specificallyincludethefollowingaspec
7、ts:Firstly,thispaperexpoundstheimportanceofflexibleloadmanagement,andintroducesitsresearchstatusfromtheperspectiveofuserparticipationandsummarizesitsimplementationbasis,schedulingform,contractmodeandmarketmechanism.Basedonthis,aflexibleloadcontractmodelisproposed.Analyzeandstudythecompensationandpun
8、ishmentmechanism.Secondly,basedonthemanagementperspectiveofpowersupplyonthepowersupplyside,theconceptandcomponentsofpowergenerationcostareexpounded.Therelationshipbetweengeneratorcostandloadisstudied.Themathematicalmodelofcostcalculationisestablishedandtheimpactofnetworklossisanalyzed.Thirdly,thefle
9、xibleloadmanagementinteractionmechanismbetweenthepowergenerationsideandthepowerdemandsideisrealized,andaneconomicloadoptimizationschedulingmodelbasedonflexibleloadisestablished.Thekeyfactorsconsideredforprojectdeploymentareanalyzedindetail,includinguserselection,advancenoticetime,andinterruptiondura
10、tion.Andthedegreeofcompensation,etc.,establishaunitcombinationoptimizationmodelthatconsiderstheinterruptibleload.Finally,amathematicalmodelisestablishedfortheoptimizationproblemofflexibleloadoptimizationscheduling.Inthispaper,theflexibleloadoptimizationschedulingproblemof19usersand16periodsissimulat
11、edbyparticleswarmoptimizationalgorithmandbinaryparticleswarmoptimizationalgorithmrespectively.Bycomparingtheoptimizationresultsofdifferentalgorithms,theresultsoftheexampleshowthatthesystemoperatingcostisreducedandthepeakpowerloadisreduced.Atthesametime,usersalsogetbenefits.Itisindicatedthattheoptima
12、lschedulingmodelbasedonflexibleloadisbeneficialtothereliableeconomicoperationofthepowersystem.Keywords:flexibleload;compensationmechanism;powergenerationcost;networkloss;particleswarmoptimization1绪论11.1 课题的研究背景与意义11.2 国内外研究现状21.3 本文的主要研究内容：42柔性负荷措施和合约62.1柔性负荷措施数学模型62.2实现柔性负荷措施的基础研究62.2.1需求响应（DR）的成本7
13、2.2.2需求响应（DR）的效益分析72.2.3需求响应的实施措施92.2.4需求响应的经济学原理102.2.5引入需求响应对电力市场的影响102.3柔性负荷互动措施的调度形态112.3.1电网公司的参与过程122.3.2用户参与过程132.4柔性负荷合约142.5.实施需求141. 5.1用户的选择152. 5.2提前通知时间163. 5.3中断持续时间172.6 补偿与惩罚机制172. 6.1柔性负荷措施的赔偿价格模型173. 6.2违背合约罚款及其算法182.7 柔性负荷的规划过程182. 7.1.柔性负荷合约模型192. 7.2柔性负荷出力约束192. 8本章小结203柔性负荷措施下发
14、电侧经济运行数学模型213. 1发电厂发电成本213. 1.1火电厂机组发电成本构成213. 1.2火电厂固定成本计算方法223. 1.3火电厂变动成本计算方法243.2火电厂总成本函数253. 3柔性负荷措施引起的网损大小变化273. 4本章小结274电网经济运行优化调度及其算法283.1 柔性负荷优化调度模型284. 2优化调度问题求解285. 2粒子群算法296. 3二进制离散粒子群优化算法31TABLEOFCONTENTS1 Introduction11. 1Researchbackgroundandsignificanceofthesubject12. 2ResearchStatus
15、atHomeandAbroad23. 3Themainresearchcontentsofthispaper42 Flexibleloadmeasuresandcontracts62.1Mathematicalmodelofflexibleloadmeasures62.2实现柔性负荷措施的基础研究61.1.1 2.1需求响应（DR）的成本71.1.2 需求响应（DR）的效益分析71.1.3 2.3需求响应的实施措施91.1.4 需求响应的经济学原理101.1.5 引入需求响应对电力市场的影响101.3 柔性负荷互动措施的调度形态H2. 3.1电网公司的参与过程123. 3.2用户参与过程131
16、.4 柔性负荷合约141.5 .实施需求142. 5.1用户的选择153. 5.2提前通知时间162. 5.3中断持续时间172.6 补偿与惩罚机制172.6.1 柔性负荷措施的赔偿价格模型172.6.2 违背合约罚款及其算法182.7 柔性负荷的规划过程182. 7.1.柔性负荷合约模型193. 7.2柔性负荷出力约束192.8本章小结203柔性负荷措施下发电侧经济运行数学模型213.1 发电厂发电成本213. 1.1火电厂机组发电成本构成213.1. 2火电厂固定成本计算方法223.2. 3火电厂变动成本计算方法243.3. 电厂总成本函数253.4. 性负荷措施引起的网损大小变化273.
17、5. 4本章小结274电网经济运行优化调度及其算法283.6. 1柔性负荷优化调度模型284. 2优化调度问题求解284. 2粒子群算法294. 3二进制离散粒子群优化算法31主要符号表符号代表意义单位U电压V1电流AP电功率kWS容量kVA电缺电比率无量纲P单位时间机组电量MW/hC成本万元1绪论1.1 课题的研究背景与意义近几十年来，人类工业技术的不断进步，全球经济与社会不断发展，都与电力事业的发展息息相关。然而电力的发展又离不开能源的消耗，全球经济飞速发展的同时，导致发达国家与发展中国家展开对能源的抢夺，表现特别剧烈的主要集中于几个石油产地国，如果在这些国家出现紧张局势，轻而易举的就能够
18、引起全球范围内的能源危机。在我国，人们的日常生活越来越离不开电能的使用，人们对电能的需求也逐年攀升。然而通过实践调查表明，我国的发电量有七成是靠火力发电，虽然近些年来也在大力开展对风电，太阳能发电的研究，但还是以火力发电为主，这往往会存在两方面的弊端：一是资源问题，我们都知道我国的石油能源匮乏，大都是依赖于中东，北非的进口。然而进口石油的这些国家地区又常年受战争的困扰，社会及其的不稳定，导致我国国内不时的会出现石油价格忽高忽低，这给我国电力事业的发展埋下了诸多隐患。二是环境问题，近年来雾霾、PM2.5成为热词，我国经济的迅速腾飞，也是依托于重工业的发展，以煤炭为主的能源生产和消费结构严重破坏了
19、生态环境，目前我国也越来越重视环境问题，意识到不能以牺牲环境为代价来发展工业。所以当前急需寻找既能节约资源又能满足人们对于电力的需求，但是通过不断增加发电厂数量的方式来解决电力需求问题需要大量的资金投入，与此相对应的是，在我国一些经济不发达的地区轻视网架规划，使得这些地区的电源建设十分落后，因此这些地区对于电力设备的使用效率十分低下，只有当这些地区的电力需求达到最高峰时，电力设备建设才有价值，其余时间段均处于闲置状态，造成了巨大的浪费。虽能解决电力需求问题但是浪费资源以及人力财力极其不经济。因此，为解决此问题不能以传统的眼光只靠发电侧来解决问题，也要重视对电力负荷侧的管理。美国电力科学研究院在
20、上世纪八十年代提出名为电力需求侧管理“F(PoWerDemandSideManagement,PDSM)的理论，冲破了以往单纯依赖电力供应侧发展的问题的局限，把PDSM视作可替代资源加以重视并在现实操作中展开充分应用。就这一概念而言，其显然能被当成电力行业内极具颠覆性的创新，一方面其能够有效解决电力供应紧张这一难题，另一方面还能够充分围绕环保等问题展开实践，不仅能够紧紧围绕可持续发展理念的要求更达到一举多得的效果。也正因如此，PDSM在全球得到了快速推广并赢得了充分认可。所以，在目前的情况下依靠发电厂数量的增加引起发电量的增长来解决电力的供需矛盾是不现实的，然而选择从需求侧不断挖掘尚未利用完全
21、的资源才是可行的手段，例如在白天高峰期所使用的电能能够转移到夜间的电力设备闲置状态时使用，就能使得夜间大量被闲置的电力设备资源得到充分的利用，这也能够有效的缓解白天高峰期电力需求旺盛的问题，从而确保电网经济运行，对于整个电网资源的有效利用也有十分重要的意义，特别是针对于昼夜电力需求差距过大、夜间闲置电力资源过多等多个问题有着显著的作用，因此我们要加大对于负荷管理的挖掘力度。然而柔性负荷管理将成为目前需求侧管理的重要组成部分，其主要由发电侧与和电力需求侧实现互动来完成，由于上述所提到的问题不断加剧，柔性复合管理的方式也越来越受到重视，在现有的基础上，提出了许多新的方法和理论。而本文认为柔性负荷主
22、要是指为了确保供电的可靠性，利用信息传递手段实现供电侧和用电侧双向互动，从而改变负荷曲线，削峰填谷，平衡昼夜间的能源波动。这一理论也有利于促进提高电网的调度能力，在传统的调度管理之中，发电机组主要是根据调度指令进行响应，而现在需要适应社会发展的管理手段则是，一方面要满足指令的需求，另一方面还要尽可能的满足用户的正常用电需要。综上所述，大力发展发电侧与供电侧通过双向互动来解决节约资源与满足用电需求的问题已成为电网发展的必然趋势，采用柔性负荷管理措施，科学合理管理用电负荷侧可以有效地移峰填谷，提高电网负荷率，达到电网安全的目的，也使发电侧也将获得经济、稳定的运行，有效缩短运行成本，这些也是电力系统
23、发展的客观要求。针对现有的要求，建立发电侧与用电侧运营成本的数学模型，并且利用这个模型指导具体的管理活动具有十分重要的意义。1.2 国内外研究现状柔性负荷（FleXibIeLoad,简称FL）是电力公司为了确保供电可靠性而通过信息通讯实现供电侧与用电侧双向互动进行负荷控制来改变负荷曲线，其中包括对发电侧与电力需求侧的管理。利用用户的用电灵活性，来缓解用电高峰时期的供电紧张问题，这也能够有效避免或者减少使用昂贵的旋转备用机来满足用电高峰期的用电需要，近些年来，柔性负荷成为了学术研究的重点讨论问题，这种方法也常被用于缓解和调节用电昼夜起伏过大的问题。从发电侧角度，为了满足人们对电能的需求量，不能一
24、味的投资建设发电站，因为投资发电站的投资成本巨大，而且根据每年的调查报告显示，各地区每日只在某些时段会出现电力高峰时期用电紧张导致供电不足的现象，而其他时间发电厂足以满足用电需求，故投资建设发电厂既浪费投资费用又会导致平时不投产而带来的高昂“沉睡”o从需求侧角度，柔性负荷主要指一定时间段内灵活可变，具备需求弹性的可调节负荷或可转移负荷。实施柔性负荷措施是用户与电力公司签订柔性负荷合约，在电网峰时的固定时间内减少其用电需求。实施柔性负荷措施在电力需求高峰时对削峰填谷有明显的效果。柔性负荷的柔性调节能力改变了原本负荷单向、被动接受调节的历史。柔性负荷合约是指用户与供电公司之间签订一种特殊的合约，双
25、方约定在电力公司规定的有限时段区间之中减少用电需求，这些用电需求的减少主要是通过用户自己安装需求限制器，或者是由电力公司发出提醒信号中断用户的一部分用电设备，这种方式常常被用于电网的高峰期来缓和解决供需矛盾，从而增强整个供电网络的可靠性和安全性，但是，供电公司也需要对根据用户限制用电之后所造成的损失进行一部分弥补，双方还需要根据提前通知的时间长短、中断的负荷量，违约惩罚等各个方面进行协商。因此，我国供电公司倘若能够根据实际情况进行一些柔性负荷措施来缓解电力供需矛盾，将有利于促进我国节约资源的发展，对经济也有较好的推动作用。想要实施柔性负荷管理就必须要深入研究其成本效益的价值关系。文献（考虑柔性
26、负荷风电场）1认为柔性负荷一般分为可中断负荷响应和激励负荷响应，此文献主要对负荷侧进行了细致的研究讨论，为使电力公司效益最大化，与用电用户签订合约通过对参与方进行综合评价分析，在某些时段不仅仅切负荷还要多切负荷。文献2可以看出考虑了电力系统的机组组合问题，在满足系统负荷要求，机组运行情况等多个约束条件之下，通过计算在不同周期进行开关机操作，使得系统总体运行费用最低，合理分配停机负荷分配的方案，来延长机组的运行寿命，节约能耗，从电力公司从发电侧购买电力成本角度带来效益。文献3介绍了含不确定性因素的调度优化问题，不确定性是指客观事物在发展过程中，出现了无序的、模糊的、相似的属性。45,在数学理论中
27、，一般将不确定性分为随机性,模糊性和粗糙性三种。然而在科学研究中，研究对象可能同时具备不同特点的不确定性，多种类型的不确定性交织在一起出现随机模糊，粗糙随机性等多种不确定性46。整个电力系统可以看作一个复杂的非线性系统，它其中就包含有大量的不确定性因素，例如，输电元件的故障，发电机损坏，负荷预测失误等等，特别是近些年来流行的新能源，例如风电，光伏等等，这些更是加剧了电力系统的随机不确定性，因为这些新能源具有随机性，间歇性，这也导致电力系统的调度从原先的确定性逐步向不确定性转型，这也成为一种必然的趋势。文献4可以得出早在1984年，美国电力科学研究院就提出了需求侧管理理论，这个理论的提出主要是为
28、了解决当时所出现的能源危机，这个理论也被认为是最早提出应用需求侧管理来解决电力供需矛盾的方法，简而言之，需求侧管理是指电力企业通过研究用户的用电习惯，规划和制定具体的措施来改变负荷曲线形状。64o最近这些年来由于竞争市场的不断发展，需求侧管理也提出了一个重要的内容，那就是需求响应，而在2005年，美国总统布什签署能源政策法案，这份法案中就详细规定了需求响应实施过程中的各个细则，将它作为美国能源政策的一个重要组成部分。文献5提出需求响应是指用户根据价格信号或者是其他机制来改变原先的用电方式，从而确保电力系统的正常运行，最终使得整个电网系统的效率达到最高。响应方式一般可以分为两种类型，第一种是在价
29、格的基础上作出需求响应，第二种则是在激励的基础之上做出需求响应。前者应当包含分时电价、实时电价以及尖峰电价等多种形式。而后者主要是包含直接负荷控制，可中断负荷需求侧竞价，紧急需求响应等等。不同类型的需求响应所适应的时间段也存在不同，要利用不同的需求响应在不同时间段所发挥的作用进行灵活的安排，在系统调度过程中，又可以根据适应时间的长短，将需求响应机制可以分为长期资源、中期资源、短期资源和快速响应资源几种类型，根据实际的需要灵活安排不同的响应项目，从而优化整个电力系统的运行效率。文献6表示当电力供需矛盾激化时，电力公司往往会简单的根据用户的分类、用户拖欠电费等情况，从往常的经验出发制定有序用电方案
30、，并且采用行政命令的手段进行下达调度指令4-5o但是有序用电的本质是各个网点的负荷在时空上的重新分布，通过时间的调节可以达成移峰填谷的目的，整个系统的负荷曲线变到平稳，通过空间的调节可以降低系统的网损来对整个电力系统进行优化。文献7从全新的角度出发，以排碳量最小来对负荷侧进行管理，提出了一种全新的经济运行思路。根据它所适应的环境和系统特征不同，目标函数一直在不断的发展，但是在发展的过程中需要考虑到整个系统运行的因素，而这个因素就包括整个系统运行的费用和其他约束条件。目标函数数学模型同样也是根据不同的环境和系统特征不断发展在一直不断的变化，其中所要考虑到所有因素就是整个系统运行的费用和约束条件。
31、电力自从诞生至今已经经历了100多年的发展，在电力不断发展的过程中，它的调度方式和选择的模式也在跟随时代潮流而变化，国外调度模式的发展十分简单，在垄断时期实行的是经济调动模式，在垄断取消之后则是采取市场竞争的模式。而在我国情况就复杂许多，我国最初也是采取经济调度模式，后来进入计划经济时代，开始规定电量的使用，紧接着由于电力体制改革开始尝试市场竞争的模式，现如今所盛行的模式是在节能减排的大环境之下所采取的是节能发电模式。关于发电侧的目标函数在不同的模式之下表现也不同，在最初阶段电厂和电网尚未分家，这时的目标函数表述的是整体系统运行费用最低，在第二阶段计划调度模式中，由于采取的是计划用电的方式，因
32、此它需要平衡各个方面的利益，而电厂和电网在第三阶段开始分开经营，这使得目标函数就不仅仅只是考虑整体的运行费用最低，而更多的开始考虑社会效益最大化，在第四阶段由于节能减排的宣传标语，开始更多的采用清洁能源，减少化石能源的使用和排放。系统的总体运行费用包括燃料费用和机组增加的其他费用，在特殊情况下还会加上机组的维护费用，为了计算的准确性燃料费用可以表示为n次多项式，然而为了降低计算的难度，一般取二次式。除此之外机组的其他费用主要是因为机组在开启或者是暂停的过程中所产生的额外支出，但是由于机组暂停的次数比较少，因此由于暂停所造成的支出一般是一个常数而用于计算，因为开机所造成的额外费用主要是指在开机的
33、过程中锅炉和其他机械所需要的燃料费，这个费用的多少与暂停的时长有关，暂停的时间越久，这笔费用就越高。为了满足多个要求，目标函数就会发生变化，文献1主要考虑的方面包括网络安全系统，可靠性和排放最少等多个约束条件，文献9则是在目标函数中增添辅助服务的拍卖，文献10增加机会费用，用于协调水火电协调发展的问题。就目前来看，求目标函数最优解的方法大概可以分为三个方面，启发式、数学优化和智能优化算法。(1)最早开始使用的方法是启发式，这种方式最大的特点在于没有利用严密的数学逻辑作为基础，它的解析过程主要是依据长期以来的工作经验和自身的专业素质来进行，而它又可以继续细分为局部寻优法和优先顺序法。局部寻优法首
34、先寻找一个尽量好的初始点作为起点，然后通过迭代来求得在这个领域中的最优解，或者是次优解。可以将整个解析过程划分为优化和次优化两个方面，根据自身的工作经验首先求出次优解，并且在这个基础上不断的进行优化，直到最终找到最优解为止。这种方式的优点在于计算速度非常快，而它能够占据的内存也很小。随之而来它的缺点也十分突出，就是难以寻找到最优解。优先次序法的重点在于事先按照某种规律去将机组进行排序，根据整个系统在不同时间内的变化去确定每个机组的运行状况，或者选取一个指标去衡量，这种方式的优缺点与局部寻优法类似，运算速度快，占用内存小，然而不容易找到最优解，但是它可以满足一般的工程需要。(2)解决这个问题的另
35、一个重要方法就是数学优化法，这个办法的基本操作就是将模型的约束条件和其他条件用数学的形式来表达，最后采取数学解析法的方式来完成分析，例如动态规划法，拉格朗日松弛法，混合整数规划法等等。动态规划法主要是用来解决多个阶段的数学问题，这一特点正好满足我们所要研究的基础问题。首先它会利用枚举的方式将所有不重要的解或者是没有利用价值的排除掉，而这种方式运用在机组问题中也十分贴合，这种方式的优点在于对于目标函数没有过多的要求，并且计算速度很快。然而缺点主要包括当遇上系统量十分大的问题是计算量十分复杂，为了简化计算一般会采用近似的方式来进行，然而这种方法会在不知不觉中将最优解排除掉，运用到实践问题中，这个方
36、法常常会忽略爬坡约束。运用这个方法考虑整个系统时，这种方式显得不够灵活。拉格朗日松弛法就是将约束条件与个字对偶相乘，由此就能转换成数学问题上的最优解方式。混合整数规划法的最大特点在于它的变量既包含连续性，又包含非连续性，而为了减轻计算的难度一般会采用分支定界法，这种方式的基本操作就是在每一个可行域中取得这个区域的上界和下界，一旦计算结束那么这一环节已经结束。(3)智能优化法的最大特点在于它的解题思路来源于大自然，而它可以分为人工神经网络算法和粒子群算法两种。人工神经网络主要模仿的是生物神经系统，这种算法的最大优点是，可以做到对每一个计算过程的全监控，但是确定也在于计算时间过长，导致难以取到极值
37、，因此也就会影响到全局最优解的结果，同时由于确定的数目比较困难，就进一步加剧求得全局最优解的难度。智能算法各有利弊，倘若这个方法与经典数学优化法结合，就能取得更好的效果。主要是将神经网络融入到动态规划法之中，得出早已知晓的负荷预测曲线，然后进行相应的调整。粒子群算法最早源于对鸟群捕食的行为方式的模仿，并在此基础上建立的一种简化模型，这种方式主要是在观察动物集群活动行为的基础之上，利用群体中的某个个体对信息的共享，使得整过群体的行动从最初的无序走向有序的过程，最终得到最优解。假设这样一个场景：一群鸟正在寻找食物，但是这个区域只有一块食物，那么所有的鸟都不知道食物在哪里时，只要知道他们当前的位置距
38、离实物有多远，那么找到食物的最优策略就是确定群体距离目标食物最近的个体周围区域。粒子群算法也是从这个模型中得到启发，并且更多的用于解决优化问题之中。假设将每一个进行优化的解看作是空间中的一只鸟，这些我们称之为粒子，这些粒子都有一个尚未被优化的函数做决定。不仅如此每个粒子还有它的运行方向和速度。这种方式对它是被设定为一群随机的粒子，然后通过迭代的方式找到最优解。并且可以利用这个数据抽取最优结合最优解和局部极值。本文主要介绍此算法。柔性负荷管理概念出现之初的目标是，调峰保障电网安全降低能耗、提高能源使用效率。随着电力工业的发展与进步柔性负荷管理可通过实现发电侧与用电需求侧双向采取有效措施，引导电力
39、用户优化用电方式，提高终端用电效率，优化资源配置，改善和保护环境，实现最小成本电力服务所进行的经济利益最大化用电管理活动。因此，面向未来电网的发展，柔性负荷管理会有新的发展。1.3本文的主要研究内容：第一章绪论对能源需求侧管理和柔性负荷管理概念进行了简单阐述，并总结归纳了我国能源发展所面对的几点问题，从而引出了柔性负荷管理在能源需求侧管理中的重要地位，阐述了本文的研究意义。总结柔性负荷管理研究方向，阐明柔性负荷管理的国内外研究现状及本文研究内容。第二章提出了一种柔性负荷措施经济调度的数学模型，并主要对柔性负荷合约的实施方法、计与市场机制进行研究分析，在此基础上依据我国电力市场发展的实际情况与工
40、商业用户的用电特点与生产特性，对补偿机制进行分析研究。第三章对阐述发电成本的概念以及组成部分，探讨发电机组耗量成本与负荷间相互关系。并且研究分析由于实施柔性负荷措施所中断的负荷对电网产生的网损成本之间的关系。第四章基于以上章节对经济调度模型进行优化，发电侧考虑发电成本和电力需求侧签订柔性负荷合约为基础建立以发电成本，补偿费用以及网损成本之和最小为目标函数的数学模型，并考虑不同签订合约用户中断特性及合约内容加以约束。进而分别采用粒子群算法和二进制粒子群算法对数学模型进行求解。通过优化调度问题算例仿真算例，比较采用粒子群算法和二进制粒子群算法优化结果，表明在解决优化调度问题上二进制粒子群算法比粒子
41、群算法更加优越。第五章总结了全文内容并对柔性负荷优化调度日后工作进行展望2柔性负荷措施和合约柔性负荷是为电网的调峰及其他负荷曲线调节而提供的，在市场竞争的条件下寻找一种负荷管理的措施,它的目的在于降低整个系统的运行成本，不仅如此,能够减少或者是推迟装机容量的建设，同时提高整个系统的安全性和可靠性。2.1 柔性负荷措施数学模型最早的调度模式一般更加重视电源侧的情况，因此由此建立的目标函数只能体现发电机的运行成本，而采用柔性负荷措施提出了一种发电侧与用电侧实现互动的调度新模式，因此本文以电网经济运行成本最小为研究对象建立数学模型，此目标函数从发电侧与用电需求侧双向考虑，除此之外还要考虑对负荷侧的补
42、偿费用以及负荷侧负荷变动产生的网损成本。因此目标函数包括三部分，一是考虑发电侧机组的运行成本或电力公司的购电成本，二是用户参与系统运行的补偿费用，三是由于柔性负荷管理措施产生的网损。如下式Min=F+P+Ploss式中:FG为机组发电成本，包括燃料费用、启动费用和停机费用;FDR为负荷侧补偿费用，Pl。SS为网损成本。（2）约束条件在传统的调度模式中，约束条件主要包括有系统约束和机组特性的约束，这两种约束是必须考虑的。但是随着提出问题的角度不同，又随之增添了其他的约束条件。例如网络、环境、能源约束等等。除此之外，在调度的过程中还需要考虑实际问题，例如连续调用时间等等。约束条件越完善就说明越能够
43、直接的反映出这个系统的需要，但是太多的约束条件或使得计算过程难度大大增加，因此只能选取重要的约束条件。2. 2实现柔性负荷管理措施的基础研究这部分主要研究的是发电侧和需求侧的特点，并且在此基础上建立的双方互动机制。柔性负荷管理主要是通过需求响应来实现，具体的操作手法是用户根据电力公司提出的电价信号或者是其他补偿方式，迅速作出反应来改变原先的用电计划。这一操作对于电力公司而言，就能够有效的减少高峰期的负荷。同时这操作也能够增强整个系统运行的可靠性，特别是在应急方面有着出色的表现。通过需求响应也能够科学的引导用户的用电习惯，使整个系统的运行效率最大。2.2. 1需求响应(DR)的成本需求响应(DR
44、)的实施成本可分为参与者成本和系统成本两种见表1。参与成本往往是由用电用户改变了原来的用电习惯从而改变用电方式而产的，系统成本是由需求响应的实施方承担建立相应的基础设施费用所产生的。系统成本最终又可以从缴纳电费者那里得到补偿。参与成本一般分为以下两类：参与初始成本和参与特定事件成本。参与初始成本一般是在计划的实施之前出现，而这些成本包含用户使用的舒适性、自备电源燃料和维护费用成本等用户意料到的电力使用所承担的成本。系统初始成本主要由对不同时段根据电力需求计算电价的测量所需要新型技术的升级等所产生。系统实施项目成本主要由对需求响应项目正常运行的管理、市场项目的推广余额营销、对可发展的用户评估与信
45、息反馈等构成。然而大多数的用户都是选择默认电价，所以不存在实施成本。表1需求响应成本，相关技术的投资评估费用,参与者的支付电力用户培训造成的费用 ，测量与通信系统的升级换代 自备设备的养护费用 ，平时日程安排的改变 r制定响应计划或发展策略2.2.2需求响应(DR)的效益分析需求响应的效益大体又可以分成直接效益、间接效益和其他效益三类见表2。直接效益是由用电用户直接参与需求响应对原来的用电行为进行调整后在经济上产生的收益，然而间接效益和其他效益一般是由需求响应的一部分参与方得到的收益所产生。直接和间接利益又都可以用货币来进行量化，但是其他利益很难进行量化和货币化。直接效益可分为经济收益和可靠性
46、收益。用户将用电时间从电力系统高负荷时的高电价期间转移到低价格时间段时带来的经济上的节约，或者用电用户积极响应需求响应项目，在电力系统高负荷时间段削减负荷从而得到响应的奖励报酬等方式属于经济收益;可靠性收益措施可有效预防系统被迫停机等极端情况，也可以为提高系统可靠性的措施提供更多的选择。参与用户通过激励报酬机制获得效益的多少又取决于用电用户减负荷的水平。间接效益又可以分为短期经济影响和长期经济影响。从需求响应来讲,短期经济影响是最容易被测量的效益，是通过提高电力系统的用电效率来节约成本，通过提供更合理完善的不同时段的电价分配，使得用户享受更满意的零售服务使得资源更加有效的被利用，将节省的能源转
47、变为用户短期的电费节约。当系统由于电力需求很高收到威胁的时，电量边际成本对需求的变化变得极其敏感，在用电需求较高的时候转移一部分负荷即会节约相当可观的发电成本。长期经济影响主要根据通过需求响应对系统峰荷的减少情况。减少峰荷容量需求可减少对电网扩建新机组、输配线路等投资。这些方法相当于对电力用户做出了电能储备,调整了系统的峰荷需求量也避免了安装新的基础设备造成的巨大成本储备。由于发电容量又是十分的昂贵，通过需求响应又可以避免峰荷期间因为满足突然增加的用电负荷需求而增加的发电机组带来的经济损失。通过需求响应降低了尖峰负荷需求减缓了电网扩容增建也间接地减少了密集的输配电网系统容量的投资即可以节省大量
48、的资源。需求响应又可以给参与者带来其它效益，需求响应在零售市场中可提供更多的用电方案来供用电用户选择，提高市场性能使零售市场更加稳定。通过需求响应导致负荷减少，提高能源使用效率并减少污染排放，带来环境以及能源安全效益。需求响应不仅可以提高电力市场效益还可以提供系统的可靠性，当系统处于高负荷状态运行时，如果系统出现一些扰动一般会威胁到整个电网的安全，即会增加被迫停机的风险。系统运行人员为了避免系统高负荷时容易受到扰动威胁而被迫停机都会预留安排某些发电资源系统高负荷时的需求储备。而通过需求响应后用电用户将可选择的用电负荷进行转移或调整后也能够达到备用电源平衡系统电力需求与供给的能力。通常，当系统负荷高峰时并且用尽备用储存容量时系统运行人员会启动紧急需求响应项目。当运行储备资源被要求启动时，如果可替代资源不能够正常获得那么系统的稳定性会受到极大的威胁可能出现被迫停机等极端情况备系统运行人员通过实施紧急需求响应后，参与用户及时的进行负荷转移或者调整,能够极大的减少电力需求对系统的威胁
