本發(fā)明涉及能源電力領域，特別涉及一種計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法及計算設備。

背景技術：

虛擬電廠作為一種需求側響應方式，將分布式發(fā)電機組、可控負荷以及各類分布式儲能設備有機結合，通過配套的調控技術、通信技術實現(xiàn)對各類分布式能源進行整合調控的能量管理系統(tǒng)。其較大程度上可以平衡電力供需，提高電力系統(tǒng)運行的經濟性和安全性，有助于緩解日益嚴重的能源緊缺和環(huán)境惡化問題。

現(xiàn)有針對虛擬電廠參與電力市場的研究多集中于日前市場，且相關研究較少結合需求響應交易市場，從而難以綜合考慮日前市場、實時市場、平衡市場及需求響應市場，以構建虛擬電廠的規(guī)劃模型來獲取最優(yōu)規(guī)劃方案。因此，需要一種新的虛擬電廠規(guī)劃的優(yōu)化方法來改進上述處理過程。

技術實現(xiàn)要素：

為此，本發(fā)明提供計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化的技術方案，以力圖解決或者至少緩解上面存在的問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法，適于在計算設備中執(zhí)行，該方法包括如下步驟：首先，建立虛擬電廠規(guī)劃的第一階段模型，第一階段模型包括獲取市場售電收入的第一函數(shù)；基于第一階段模型，建立虛擬電廠規(guī)劃的第二階段模型，第二階段模型包括獲取虛擬電廠在內部需求響應交易中求購的需求響應服務量的第二函數(shù)；基于第一階段模型和第二階段模型，建立虛擬電廠規(guī)劃的第三階段模型，第三階段模型包括虛擬電廠調整運行情況的第三函數(shù)；將第一階段模型、第二階段模型和第三階段模型進行結合，以形成虛擬電廠的多階段規(guī)劃模型，多階段規(guī)劃模型包括實現(xiàn)虛擬電廠利潤最大化的規(guī)劃目標函數(shù)，以及對應的優(yōu)化約束條件；根據(jù)優(yōu)化約束條件對多階段規(guī)劃模型進行求解，以獲取虛擬電廠的最優(yōu)規(guī)劃。

可選地，在根據(jù)本發(fā)明的計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法中，第一函數(shù)以如下公式確定：

func1＝es1(im^d)

其中，func1表示第一函數(shù)，e(·)表示求期望，s1表示虛擬電廠規(guī)劃的第一階段，im^d為日前市場售電收入，表示時段t內情景s下的日前電價，pt^d為時段t內的日前售電量，τ為時段t長度，s＝1,2,...,ns，ns為情景總量，t＝1,2,...,nt，nt為時段總長。

可選地，在根據(jù)本發(fā)明的計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法中，第二函數(shù)以如下公式確定：

func2＝es2|s1(ct^dr)

其中，func2表示第二函數(shù)，s2表示虛擬電廠規(guī)劃的第二階段，ct^dr為需求響應交易市場中從需求響應供應商購買需求響應服務的成本，drpcd,t,s為時段t內情景s下、基于集中競價交易合約從外部第d個需求響應供應商處購買需求響應服務的成本，d表示需求響應供應商的編號，bid,t,s為時段t內情景s下、基于雙邊協(xié)商交易合約從外部第d個需求響應供應商處購買需求響應服務的成本，nd為需求響應供應商的總量。

可選地，在根據(jù)本發(fā)明的計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法中，第三函數(shù)以如下公式確定：

func3＝es3|s2,s1(im^e+im^dib-ct^g-ct^b-ct^dib)

其中，func3表示第三函數(shù)，s3表示虛擬電廠規(guī)劃的第三階段，im^e為本地零售用戶的售電收入，im^dib為實時市場不平衡電量收入，ct^g為常規(guī)熱電機組的成本，ct^b為儲能電池老化成本，ct^dib為實時市場不平衡電量成本。

可選地，在根據(jù)本發(fā)明的計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法中，im^e、im^dib、ct^g、ct^b和ct^dib分別以如下公式確定：

其中，為節(jié)點i處零售用戶集合，e為零售用戶編號，b為節(jié)點集合，為節(jié)點i處時段t內情景s下由于向零售用戶e供電所得的收入，為時段t內情景s下成交盈余電量的實時電價，為時段t內情景s下實時成交的盈余電量，為節(jié)點i處熱電機組的集合，g為熱電機組的編號，分別為節(jié)點i處熱電機組g的啟動成本和停止成本，為節(jié)點i處時段t內情景s下熱電機組g的發(fā)電成本，分別為時段t內節(jié)點i處啟動和停止熱點機組的數(shù)量，為節(jié)點i處儲能電池的集合，b為儲能電池的編號，為節(jié)點i處電池老化成本，分別為節(jié)點i處時段t內情景s下第b個儲能電池的充電功率和發(fā)電功率，分別為節(jié)點i處時段t內情景s下第b個儲能電池的充電效率和發(fā)電效率，為時段t內情景s下實時市場中的不平衡電價，為時段t內情景s下實時市場中的不平衡電量缺口。

可選地，在根據(jù)本發(fā)明的計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法中，優(yōu)化約束條件包括電能平衡約束、市場平衡約束、需求響應交易約束、本地用戶的需求彈性約束和虛擬電廠運行約束。

可選地，在根據(jù)本發(fā)明的計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法中，電能平衡約束以如下公式確定：

其中，為時段t內情景s下虛擬電廠在連接大電網的參考節(jié)點r處向大電網實時輸送的電能，為節(jié)點i處風電機組的集合，w為風電機組的編號，為節(jié)點i處時段t內情景s下風電機組w的可出力容量，為節(jié)點i處時段t內情景s下風電機組w的削減出力，為節(jié)點i處時段t內情景s下熱電機組g的可出力容量，為節(jié)點i處時段t內情景s下向零售用戶e的供電容量，為節(jié)點i處時段t內情景s下來自零售用戶e的基于集中競價交易合約提供的負荷削減量，為節(jié)點i處時段t內情景s下來自零售用戶e的基于雙邊協(xié)商交易合約提供的負荷削減量。

可選地，在根據(jù)本發(fā)明的計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法中，市場平衡約束以如下公式確定：

其中，為時段t內情景s下參與競價的電能，為時段t內情景s下實時市場中的不平衡電量的盈余，drd,t,s、分別為時段t內情景s下來自外部第d個需求響應供應商的、基于集中競價交易合約和基于雙邊協(xié)商交易合約提供的負荷削減量。

可選地，在根據(jù)本發(fā)明的計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法中，需求響應交易約束以如下公式確定：

其中，n為競價曲線的線段編號,nbd為競價曲線的總數(shù)，為基于集中競價交易合約的第d個需求響應供應商、時段t內情景s下在需求響應交易市場中的需求響應成交量，為基于集中競價交易合約的第d個需求響應供應商、時段t內情景s下提供的競價曲線n中需求響應投標量的最大值，分別為基于集中競價交易合約的第d個需求響應供應商、時段t內情景s下在響應交易市場中的需求響應成交量及其成交價格，cpd,t,s為基于集中競價交易合約在時段t內情景s下、從外部第d個需求響應供應商處購買需求響應服務的成本，分別為時段t內情景s下、基于雙邊協(xié)商交易合約從第d個需求響應供應商處購買需求響應服務的價格和電能，為第d個需求響應供應商的需求響應能力。

可選地，在根據(jù)本發(fā)明的計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法中，本地用戶的需求彈性約束以如下公式確定：

其中，為節(jié)點i處時段t內情景s下零售用戶e的負荷需求，為節(jié)點i處零售用戶e的競價曲線的線段總數(shù)，為節(jié)點i處時段t內情景s下、零售用戶e的競價曲線n對應的最大負荷需求，為節(jié)點i處時段t內情景s下、基于零售用戶e的競價曲線n計算的0-1變量，為節(jié)點i處零售用戶e的競價曲線n的競價，為節(jié)點i處零售用戶e的總競價，為節(jié)點i處零售用戶e的競價曲線n-1的競價，為節(jié)點i處時段t內情景s下向零售用戶e銷售電能的收入。

可選地，在根據(jù)本發(fā)明的計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法中，虛擬電廠運行約束包括直流電網網絡約束、熱電機組出力約束、儲能電池運行約束、風電機組的運行約束和可轉移負荷容量及其平衡約束。

根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供一種計算設備，包括一個或多個處理器、存儲器以及一個或多個程序，其中一個或多個程序存儲在存儲器中并被配置為由一個或多個處理器執(zhí)行，一個或多個程序包括用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法的指令。

根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，還提供一種存儲一個或多個程序的計算機可讀存儲介質，一個或多個程序包括指令，指令當由計算設備執(zhí)行時，使得計算設備執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法。

根據(jù)本發(fā)明的計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化的技術方案，首先建立虛擬電廠規(guī)劃的第一階段模型，基于第一階段模型建立虛擬電廠規(guī)劃的第二階段模塊，再基于第一階段模型和第二階段模型來建立虛擬電廠的第三階段模型，各階段模型具有響應的函數(shù)，將第一階段函數(shù)、第二階段函數(shù)和第三階段函數(shù)結合形成虛擬電廠的多階段規(guī)劃模型，最后求解多階段規(guī)劃模型以獲取虛擬電廠的最優(yōu)規(guī)劃。在上述技術方案中，考慮到在電力市場中，虛擬電廠需要依次參與日前市場、日內需求響應交易市場及實時市場的競價，因此虛擬電廠必須在三個交易層面做出若干決策，為此通過逐步構建第一階段模型、第二階段模型和第三階段模型來形成多階段規(guī)劃模型，即實現(xiàn)虛擬電廠的三階段隨機規(guī)劃，上述多階段規(guī)劃模型包括實現(xiàn)虛擬電廠利潤最大化的規(guī)劃目標函數(shù)以及對應的優(yōu)化約束條件，優(yōu)化約束條件包括能平衡、市場平衡、需求響應交易、本地用戶的需求彈性和虛擬電廠運行約束多種，根據(jù)這些約束對規(guī)劃目標函數(shù)求解，最終得到虛擬電廠的最優(yōu)規(guī)劃，平衡了電力供需，并提高電力系統(tǒng)運行的經濟性和安全性。

附圖說明

為了實現(xiàn)上述以及相關目的，本文結合下面的描述和附圖來描述某些說明性方面，這些方面指示了可以實踐本文所公開的原理的各種方式，并且所有方面及其等效方面旨在落入所要求保護的主題的范圍內。通過結合附圖閱讀下面的詳細描述，本公開的上述以及其它目的、特征和優(yōu)勢將變得更加明顯。遍及本公開，相同的附圖標記通常指代相同的部件或元素。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的計算設備100的結構框圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法200的流程圖；

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的ieee6節(jié)點測試系統(tǒng)示意圖；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的風電機組出力的預測曲線；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的零售用戶需求曲線；以及

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的虛擬電廠的競標出力曲線。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施例，然而應當理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應被這里闡述的實施例所限制。相反，提供這些實施例是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠將本公開的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。

圖1是示例計算設備100的框圖。在基本的配置102中，計算設備100典型地包括系統(tǒng)存儲器106和一個或者多個處理器104。存儲器總線108可以用于在處理器104和系統(tǒng)存儲器106之間的通信。

取決于期望的配置，處理器104可以是任何類型的處理，包括但不限于：微處理器(μp)、微控制器(μc)、數(shù)字信息處理器(dsp)或者它們的任何組合。處理器104可以包括諸如一級高速緩存110和二級高速緩存112之類的一個或者多個級別的高速緩存、處理器核心114和寄存器116。示例的處理器核心114可以包括運算邏輯單元(alu)、浮點數(shù)單元(fpu)、數(shù)字信號處理核心(dsp核心)或者它們的任何組合。示例的存儲器控制器118可以與處理器104一起使用，或者在一些實現(xiàn)中，存儲器控制器118可以是處理器104的一個內部部分。

取決于期望的配置，系統(tǒng)存儲器106可以是任意類型的存儲器，包括但不限于：易失性存儲器(諸如ram)、非易失性存儲器(諸如rom、閃存等)或者它們的任何組合。系統(tǒng)存儲器106可以包括操作系統(tǒng)120、一個或者多個程序122以及程序數(shù)據(jù)124。在一些實施方式中，程序122可以布置為在操作系統(tǒng)上由一個或多個處理器104利用程序數(shù)據(jù)124執(zhí)行指令。

計算設備100還可以包括有助于從各種接口設備(例如，輸出設備142、外設接口144和通信設備146)到基本配置102經由總線/接口控制器130的通信的接口總線140。示例的輸出設備142包括圖形處理單元148和音頻處理單元150。它們可以被配置為有助于經由一個或者多個a/v端口152與諸如顯示器或者揚聲器之類的各種外部設備進行通信。示例外設接口144可以包括串行接口控制器154和并行接口控制器156，它們可以被配置為有助于經由一個或者多個i/o端口158和諸如輸入設備(例如，鍵盤、鼠標、筆、語音輸入設備、觸摸輸入設備)或者其他外設(例如打印機、掃描儀等)之類的外部設備進行通信。示例的通信設備146可以包括網絡控制器160，其可以被布置為便于經由一個或者多個通信端口164與一個或者多個其他計算設備162通過網絡通信鏈路的通信。

網絡通信鏈路可以是通信介質的一個示例。通信介質通?？梢泽w現(xiàn)為在諸如載波或者其他傳輸機制之類的調制數(shù)據(jù)信號中的計算機可讀指令、數(shù)據(jù)結構、程序模塊，并且可以包括任何信息遞送介質?！罢{制數(shù)據(jù)信號”可以這樣的信號，它的數(shù)據(jù)集中的一個或者多個或者它的改變可以在信號中編碼信息的方式進行。作為非限制性的示例，通信介質可以包括諸如有線網絡或者專線網絡之類的有線介質，以及諸如聲音、射頻(rf)、微波、紅外(ir)或者其它無線介質在內的各種無線介質。這里使用的術語計算機可讀介質可以包括存儲介質和通信介質二者。

計算設備100可以實現(xiàn)為服務器，例如文件服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、應用程序服務器和web服務器等，也可以實現(xiàn)為小尺寸便攜(或者移動)電子設備的一部分，這些電子設備可以是諸如蜂窩電話、個人數(shù)字助理(pda)、個人媒體播放器設備、無線網絡瀏覽設備、個人頭戴設備、應用專用設備、或者可以包括上面任何功能的混合設備。計算設備100還可以實現(xiàn)為包括桌面計算機和筆記本計算機配置的個人計算機。

在一些實施例中，計算設備100被配置為執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法200。其中，計算設備100的一個或多個程序122包括用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法200的指令。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法200的流程圖。計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法200適于在計算設備(例如圖1所示的計算設備100)中執(zhí)行。

對于虛擬電廠和模型構建原理，首先進行一個簡要說明。在本發(fā)明的實施例中，考慮了一種商業(yè)型虛擬電廠，該虛擬電廠是由可再生能源(風電機組)，不可再生能源(熱電機組)，常規(guī)儲能設備(儲能電池)組成。虛擬電廠作為一種商業(yè)聚合，通過向當?shù)仉娏τ脩羰垭妬慝@取收益，其可以參與電能交易市場和需求響應交易市場。

在電力市場中，虛擬電廠需要依次參與日前市場、日內需求響應交易市場及實時市場的競價，，虛擬電廠必須在三個交易層面做出若干決策，可以將其定義為三階段隨機規(guī)劃問題，如下所示：

1)第一階段(s1)：虛擬電廠在日前市場提交其出力曲線，并確定其供給本地零售用戶的能源價格；

2)第二階段(s2)：日前市場關閉后，對日前價格進行結算。在內部需求響應交易的價格結算之前，虛擬電廠決定購買的需求響應服務量。

3)第三階段(s3)：當可再生能源出力和日內需求響應交易價格確定之后，但在實時市場價格未明確前，虛擬電廠調整其設施(熱電機組、儲能電池)的運行情況。

此外，還存在一個不平衡電量結算的第四階段(s4)，但由于在第四階段中虛擬電廠并未做出決策，因而可將此四階段隨機優(yōu)化問題視為三階段優(yōu)化問題。

為了實現(xiàn)虛擬電廠規(guī)劃的優(yōu)化，對情景樹構造如下：首先，生成n1個日前價格。對于每個生成的日前價格情景，對應生成基于需求響應交易價格的n2個集中競價交易情景。對于需求響應交易價格的每個情景，生成可再生能源和負荷需求的n3個情景。最后，對于可再生能源和負荷需求的每種情景，生成n4個均衡價格，則生成情景的總數(shù)為ns＝n1×n2×n3×n4。

如圖2所示，方法200始于步驟s210。在步驟s210中，建立虛擬電廠規(guī)劃的第一階段模型，第一階段模型包括獲取市場售電收入的第一函數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第一函數(shù)以如下公式確定：

func1＝es1(im^d)(1)

其中，func1表示第一函數(shù)，e(·)表示求期望，s1表示虛擬電廠規(guī)劃的第一階段，im^d為日前市場售電收入，表示時段t內情景s下的日前電價，pt^d為時段t內的日前售電量，τ為時段t長度，s＝1,2,...,ns，ns為情景總量，t＝1,2,...,nt，nt為時段總長。

在建立好第一階段模型后，進入步驟s220，基于第一階段模型，建立虛擬電廠規(guī)劃的第二階段模型，第二階段模型包括獲取虛擬電廠在內部需求響應交易中求購的需求響應服務量的第二函數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第二函數(shù)以如下公式確定：

func2＝es2s1(ct^dr)(3)

其中，func2表示第二函數(shù)，s2表示虛擬電廠規(guī)劃的第二階段，ct^dr為需求響應交易市場中從需求響應供應商購買需求響應服務的成本，drpcd,t,s為時段t內情景s下、基于集中競價交易合約從外部第d個需求響應供應商處購買需求響應服務的成本，d表示需求響應供應商的編號，bid,t,s為時段t內情景s下、基于雙邊協(xié)商交易合約從外部第d個需求響應供應商處購買需求響應服務的成本，nd為需求響應供應商的總量。

完成第二階段模型的建立后，執(zhí)行步驟s230，基于第一階段模型和第二階段模型，建立虛擬電廠規(guī)劃的第三階段模型，第三階段模型包括虛擬電廠調整運行情況的第三函數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第三階段模型以如下公式確定：

func3＝es3s2,s1(im^e+im^dib-ct^g-ct^b-ct^dib)(5)

其中，func3表示第三函數(shù)，s3表示虛擬電廠規(guī)劃的第三階段，im^e為本地零售用戶的售電收入，im^dib為實時市場不平衡電量收入，ct^g為常規(guī)熱電機組的成本，ct^b為儲能電池老化成本，ct^dib為實時市場不平衡電量成本。

進一步地，im^e、im^dib、ct^g、ct^b和ct^dib分別以如下公式確定：

其中，為節(jié)點i處零售用戶集合，e為零售用戶編號，b為節(jié)點集合，為節(jié)點i處時段t內情景s下由于向零售用戶e供電所得的收入，為時段t內情景s下成交盈余電量的實時電價，為時段t內情景s下實時成交的盈余電量，為節(jié)點i處熱電機組的集合，g為熱電機組的編號，分別為節(jié)點i處熱電機組g的啟動成本和停止成本，為節(jié)點i處時段t內情景s下熱電機組g的發(fā)電成本，分別為時段t內節(jié)點i處啟動和停止熱點機組的數(shù)量，為節(jié)點i處儲能電池的集合，b為儲能電池的編號，為節(jié)點i處電池老化成本，分別為節(jié)點i處時段t內情景s下第b個儲能電池的充電功率和發(fā)電功率，分別為節(jié)點i處時段t內情景s下第b個儲能電池的充電效率和發(fā)電效率，為時段t內情景s下實時市場中的不平衡電價，為時段t內情景s下實時市場中的不平衡電量缺口。

當建立好虛擬電廠規(guī)劃的第一階段模型、第二階段模塊和第三階段模型后，在步驟s240中，將第一階段模型、第二階段模型和第三階段模型進行結合，以形成虛擬電廠的多階段規(guī)劃模型，多階段規(guī)劃模型包括實現(xiàn)虛擬電廠利潤最大化的規(guī)劃目標函數(shù)，以及對應的優(yōu)化約束條件。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，多階段規(guī)劃模型以如下公式表示：

其中，max表示求最大值。

在該實施方式中，優(yōu)化約束條件包括電能平衡約束、市場平衡約束、需求響應交易約束、本地用戶的需求彈性約束和虛擬電廠運行約束。對于電能平衡約束，以如下公式確定：

其中，為時段t內情景s下虛擬電廠在連接大電網的參考節(jié)點r處向大電網實時輸送的電能，為節(jié)點i處風電機組的集合，w為風電機組的編號，為節(jié)點i處時段t內情景s下風電機組w的可出力容量，為節(jié)點i處時段t內情景s下風電機組w的削減出力，為節(jié)點i處時段t內情景s下熱電機組g的可出力容量，為節(jié)點i處時段t內情景s下向零售用戶e的供電容量，為節(jié)點i處時段t內情景s下來自零售用戶e的基于集中競價交易合約提供的負荷削減量，為節(jié)點i處時段t內情景s下來自零售用戶e的基于雙邊協(xié)商交易合約提供的負荷削減量。

進一步地，在獲取節(jié)點i處時段t內情景s下風電機組w的可出力容量時，針對風電機組，其風速概率分布服從weibull分布，且忽略風電場的尾流效應。風速的概率密度函數(shù)、分布函數(shù)分別如式(13)和式(14)所示：

其中，為風速的概率密度函數(shù)，為風速的分布函數(shù)，e為自然常數(shù)，v、χ和分別為風速、規(guī)模參數(shù)和尺度參數(shù)。

原始風速的時間序列值借助實際觀測到的數(shù)據(jù)樣本按周計算，進而借助自回歸移動平均模型(arma：autoregressiveintegratedmovingaveragemodel)進行每周風速進行預測。arma(h,k)模型由兩部分組成，即自回歸和移動平均，其中h為自回歸的總階數(shù)，k是移動平均的總階數(shù)，具體如式(15)所示：

其中，為節(jié)點i處時段t內情景s下風電機組w的風速，b為常數(shù)，κh為自回歸第h階參數(shù)，為移動平均第k階參數(shù)，β(t)為通過白噪聲過程產生的以0為均值，σ²為方差的隨機函數(shù)，h＝1,2,...,h，k＝1,2,...,k。在此，通過隨機采樣，借助最小二乘估計(lse：leastsquaresestimation)求得κh及的最優(yōu)估計。繼而，預測未來時間段的平均風速。

基于風速模擬值，得出其與風電機組輸出功率之間的關聯(lián)關系如式(16)所示：

其中，為節(jié)點i處風電機組w的額定輸出功率，和分別為節(jié)點i處風電機組w的切入和切出風速，為節(jié)點i處風電機組w的額定風速。

對于優(yōu)化約束條件中的市場平衡約束，以如下公式確定：

其中，為時段t內情景s下參與競價的電能，為時段t內情景s下實時市場中的不平衡電量的盈余，drd,t,s、分別為時段t內情景s下來自外部第d個需求響應供應商的、基于集中競價交易合約和基于雙邊協(xié)商交易合約提供的負荷削減量。若的差值為正值，則虛擬電廠以時段t內情景s下日前低電價轉售剩余電能，若該差值為負值，則虛擬電廠以時段t內情景s下日前高電價從均衡市場購買額外的電能，或者從在需求響應交易市場中從需求響應供應商處購買負荷削減量。

對于優(yōu)化約束條件中的需求響應交易約束，以如下公式確定：

其中，n為競價曲線的線段編號,nbd為競價曲線的總數(shù)，為基于集中競價交易合約的第d個需求響應供應商、時段t內情景s下在需求響應交易市場中的需求響應成交量，為基于集中競價交易合約的第d個需求響應供應商、時段t內情景s下提供的競價曲線n中需求響應投標量的最大值，分別為基于集中競價交易合約的第d個需求響應供應商、時段t內情景s下在響應交易市場中的需求響應成交量及其成交價格，cpd,t,s為基于集中競價交易合約在時段t內情景s下、從外部第d個需求響應供應商處購買需求響應服務的成本，分別為時段t內情景s下、基于雙邊協(xié)商交易合約從第d個需求響應供應商處購買需求響應服務的價格和電能，為第d個需求響應供應商的需求響應能力。虛擬電廠在基于集中競價交易合約中，每個時段需求響應供應商提供一次價格-投標量的申報，而通過雙邊協(xié)商交易合約從需求響應供應商處購買需求響應服務時，其價格是預先確定且固定不變的，購買需求響應服務量不能超過需求響應供應商可提供的需求響應能力。

對于優(yōu)化約束條件中的本地用戶的需求彈性約束，以如下公式確定：

其中，為節(jié)點i處時段t內情景s下零售用戶e的負荷需求，為節(jié)點i處零售用戶e的競價曲線的線段總數(shù)，為節(jié)點i處時段t內情景s下、零售用戶e的競價曲線n對應的最大負荷需求，為節(jié)點i處時段t內情景s下、基于零售用戶e的競價曲線n計算的0-1變量，為節(jié)點i處零售用戶e的競價曲線n的競價，為節(jié)點i處零售用戶e的總競價，為節(jié)點i處零售用戶e的競價曲線n-1的競價，為節(jié)點i處時段t內情景s下向零售用戶e銷售電能的收入。

對于優(yōu)化約束條件中的虛擬電廠運行約束，其包括直流電網網絡約束、熱電機組出力約束、儲能電池運行約束、風電機組的運行約束和可轉移負荷容量及其平衡約束。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，直流電網網絡約束以如下公式描述：

其中，為節(jié)點i處時段t內情景s下的注入功率，為連接大電網的參考節(jié)點r處時段t內情景s下的注入功率，為參考節(jié)點r處時段t內情景s下風電機組w的可出力容量，為參考節(jié)點r處時段t內情景s下熱電機組g的可出力容量，為參考節(jié)點r處時段t內情景s下向零售用戶e的供電容量，分別為參考節(jié)點r處時段t內情景s下第b個儲能電池的充電功率和發(fā)電功率，為時段t內情景s下虛擬電廠在連接大電網的參考節(jié)點r處向大電網實時輸送的電能，分別代表輸電線路{i,j}的功率下限與功率上限，為輸電線路{i,j}的功率分布變化因子，為節(jié)點m處時段t內情景s下的注入功率，節(jié)點m∈b，b為包括節(jié)點i和參考節(jié)點r的節(jié)點集合,ω為輸電線路{i,j}的線路集合。

對于虛擬電廠運行約束中的熱電機組出力約束，以如下公式描述：

其中，分別為節(jié)點i處熱電機組g的最小和最大發(fā)電功率，為節(jié)點i處時段t-1內情景s下熱電機組g的發(fā)電功率，upi^g、分別為節(jié)點i處熱電機組g的向上和向下爬坡速率，別為節(jié)點i處熱電機組g的最小開機和關機時間，和為布爾變量，表示熱電機組g是否工作、啟動、停機，若是則置1，否則置0，為熱電機組g的初始開機和關機時間，t0為運行的初始時刻，δt為時間間隔，t為時段總周期。

對于虛擬電廠運行約束中的儲能電池運行約束，以如下公式描述：

其中，分別為節(jié)點i處第b個儲能電池的充電和放電功率對于的0-1變量，且和分別為節(jié)點i處時段t內情景s下第b個儲能電池的最大充電功率、最大放電功率、最小充電功率和最小放電功率，為節(jié)點i處時段t內情景s下第b個儲能電池的充電功率，為節(jié)點i處時段t-1內情景s下第b個儲能電池的充電功率，為節(jié)點i處時段t-1內情景s下第b個儲能電池向節(jié)點m處放電功率，分別為節(jié)點i處單位時段內情景s下儲能電池電功率的最大增發(fā)和減發(fā)量。

對于虛擬電廠運行約束中的風電機組的運行約束，以如下公式描述：

其中，分別為節(jié)點i處風電機組w的最小和最大發(fā)電功率。

對于虛擬電廠運行約束中的可轉移負荷容量及其平衡約束，以如下公式描述：

其中，為第a類可轉移負荷的負荷轉移量，nm^a為第a類可轉移負荷的單元數(shù)量，為第a類可轉移負荷的單位轉移量，為轉移時段t1前第a類負荷的負荷量，t1為負荷轉移的開始時間，為需求響應用戶參與度。

最后，執(zhí)行步驟s250，根據(jù)優(yōu)化約束條件對多階段規(guī)劃模型進行求解，以獲取虛擬電廠的最優(yōu)規(guī)劃。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，根據(jù)式(12)、(17)～(46)形成的約束優(yōu)化條件對多階段規(guī)劃模型，即式(11)進行求解，以獲取虛擬電廠的最優(yōu)規(guī)劃。

為獲取上述虛擬電廠的多階段規(guī)劃模型的最終效果，在ieee6節(jié)點測試系統(tǒng)中進行仿真。在進行仿真分析時，首先，抽樣生成10個日前市場價格，針對各日前市場價格情景，生成10個需求響應交易市場中集中競價交易價格情景，再針對各需求響應價格情景，生成10個分布式可再生能源出力與負荷需求情景，最后針對各可再生能源出力與負荷需求情景，生成10個實時電價情景，則生成情景的總數(shù)為10⁴，最終還可借助cplex求解上述構建的多階段規(guī)劃模型，該模型為混合整數(shù)線性規(guī)劃模型。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的ieee6節(jié)點測試系統(tǒng)示意圖。如圖3所示，該系統(tǒng)中包含2臺熱電機組(g)、1臺風電機組(w)和1個儲能系統(tǒng)(s)，且節(jié)點3、5連接商業(yè)用戶、節(jié)點4連接本地工業(yè)、商業(yè)和居民用戶。ieee6節(jié)點測試系統(tǒng)的各機組參數(shù)如表1所示：

表1

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的風電機組出力的預測曲線，圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的零售用戶需求曲線。表2示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的需求響應交易中基于雙邊協(xié)商交易合約的價格示例，具體如下：

表2

基于如表1～2、圖3～5中的基礎數(shù)據(jù)，在風電出力預測誤差為0.1的水平下，在需求響應容量dr^cap分別為0mw、5mw、10mw的條件下獲取虛擬電廠的競標出力。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的虛擬電廠的競標出力曲線。在圖6中，需求響應容量以drcap表示，分別給出了drcap＝0、5、10mw時的競標出力曲線。通過在ieee6節(jié)點系統(tǒng)中的仿真結果，最終得到虛擬電廠的利潤最大值為1.1×10⁵歐元，實現(xiàn)了虛擬電廠規(guī)劃的最優(yōu)。

現(xiàn)有的虛擬電廠規(guī)劃方案多集中于日前市場，且相關研究較少結合需求響應交易市場，從而難以綜合考慮日前市場、實時市場、平衡市場及需求響應市場，以構建虛擬電廠的規(guī)劃模型來獲取最優(yōu)規(guī)劃方案。根據(jù)本發(fā)明實施例的計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化的技術方案，首先建立虛擬電廠規(guī)劃的第一階段模型，基于第一階段模型建立虛擬電廠規(guī)劃的第二階段模塊，再基于第一階段模型和第二階段模型來建立虛擬電廠的第三階段模型，各階段模型具有響應的函數(shù)，將第一階段函數(shù)、第二階段函數(shù)和第三階段函數(shù)結合形成虛擬電廠的多階段規(guī)劃模型，最后求解多階段規(guī)劃模型以獲取虛擬電廠的最優(yōu)規(guī)劃。在上述技術方案中，考慮到在電力市場中，虛擬電廠需要依次參與日前市場、日內需求響應交易市場及實時市場的競價，因此虛擬電廠必須在三個交易層面做出若干決策，為此通過逐步構建第一階段模型、第二階段模型和第三階段模型來形成多階段規(guī)劃模型，即實現(xiàn)虛擬電廠的三階段隨機規(guī)劃，上述多階段規(guī)劃模型包括實現(xiàn)虛擬電廠利潤最大化的規(guī)劃目標函數(shù)以及對應的優(yōu)化約束條件，優(yōu)化約束條件包括能平衡、市場平衡、需求響應交易、本地用戶的需求彈性和虛擬電廠運行約束多種，根據(jù)這些約束對規(guī)劃目標函數(shù)求解，最終得到虛擬電廠的最優(yōu)規(guī)劃，平衡了電力供需，并提高電力系統(tǒng)運行的經濟性和安全性，有助于緩解日益嚴重的能源緊缺和環(huán)境惡化問題。

a9.如a7或8所述的方法，所述市場平衡約束以如下公式確定：

其中，為時段t內情景s下參與競價的電能，為時段t內情景s下實時市場中的不平衡電量的盈余，drd,t,s、分別為時段t內情景s下來自外部第d個需求響應供應商的、基于集中競價交易合約和基于雙邊協(xié)商交易合約提供的負荷削減量。

a10.如a7-9中任一項所述的方法，所述需求響應交易約束以如下公式確定：

其中，n為競價曲線的線段編號,nbd為競價曲線的總數(shù)，為基于集中競價交易合約的第d個需求響應供應商、時段t內情景s下在需求響應交易市場中的需求響應成交量，為基于集中競價交易合約的第d個需求響應供應商、時段t內情景s下提供的競價曲線n中需求響應投標量的最大值，分別為基于集中競價交易合約的第d個需求響應供應商、時段t內情景s下在響應交易市場中的需求響應成交量及其成交價格，cpd,t,s為基于集中競價交易合約在時段t內情景s下、從外部第d個需求響應供應商處購買需求響應服務的成本，分別為時段t內情景s下、基于雙邊協(xié)商交易合約從第d個需求響應供應商處購買需求響應服務的價格和電能，為第d個需求響應供應商的需求響應能力。

a11.如a7-10中任一項所述的方法，所述本地用戶的需求彈性約束以如下公式確定：

其中，為節(jié)點i處時段t內情景s下零售用戶e的負荷需求，為節(jié)點i處零售用戶e的競價曲線的線段總數(shù)，為節(jié)點i處時段t內情景s下、零售用戶e的競價曲線n對應的最大負荷需求，為節(jié)點i處時段t內情景s下、基于零售用戶e的競價曲線n計算的0-1變量，為節(jié)點i處零售用戶e的競價曲線n的競價，為節(jié)點i處零售用戶e的總競價，為節(jié)點i處零售用戶e的競價曲線n-1的競價，為節(jié)點i處時段t內情景s下向零售用戶e銷售電能的收入。

a12.如a7-11中任一項所述的方法，所述虛擬電廠運行約束包括直流電網網絡約束、熱電機組出力約束、儲能電池運行約束、風電機組的運行約束和可轉移負荷容量及其平衡約束。

在此處所提供的說明書中，說明了大量具體細節(jié)。然而，能夠理解，本發(fā)明的實施例可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下被實踐。在一些實例中，并未詳細示出公知的方法、結構和技術，以便不模糊對本說明書的理解。

類似地，應當理解，為了精簡本公開并幫助理解各個發(fā)明方面中的一個或多個，在上面對本發(fā)明的示例性實施例的描述中，本發(fā)明的各個特征有時被一起分組到單個實施例、圖、或者對其的描述中。然而，并不應將該公開的方法解釋成反映如下意圖：即所要求保護的本發(fā)明要求比在每個權利要求中所明確記載的特征更多特征。更確切地說，如下面的權利要求書所反映的那樣，發(fā)明方面在于少于前面公開的單個實施例的所有特征。因此，遵循具體實施方式的權利要求書由此明確地并入該具體實施方式，其中每個權利要求本身都作為本發(fā)明的單獨實施例。

本領域那些技術人員應當理解在本文所公開的示例中的設備的模塊或單元或組間可以布置在如該實施例中所描述的設備中，或者可替換地可以定位在與該示例中的設備不同的一個或多個設備中。前述示例中的模塊可以組合為一個模塊或者此外可以分成多個子模塊。

本領域那些技術人員可以理解，可以對實施例中的設備中的模塊進行自適應性地改變并且把它們設置在與該實施例不同的一個或多個設備中?？梢园褜嵤├械哪K或單元或組間組合成一個模塊或單元或組間，以及此外可以把它們分成多個子模塊或子單元或子組間。除了這樣的特征和/或過程或者單元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何組合對本說明書(包括伴隨的權利要求、摘要和附圖)中公開的所有特征以及如此公開的任何方法或者設備的所有過程或單元進行組合。除非另外明確陳述，本說明書(包括伴隨的權利要求、摘要和附圖)中公開的每個特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征來代替。

此外，本領域的技術人員能夠理解，盡管在此所述的一些實施例包括其它實施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同實施例的特征的組合意味著處于本發(fā)明的范圍之內并且形成不同的實施例。例如，在下面的權利要求書中，所要求保護的實施例的任意之一都可以以任意的組合方式來使用。

此外，所述實施例中的一些在此被描述成可以由計算機系統(tǒng)的處理器或者由執(zhí)行所述功能的其它裝置實施的方法或方法元素的組合。因此，具有用于實施所述方法或方法元素的必要指令的處理器形成用于實施該方法或方法元素的裝置。此外，裝置實施例的在此所述的元素是如下裝置的例子：該裝置用于實施由為了實施該發(fā)明的目的的元素所執(zhí)行的功能。

這里描述的各種技術可結合硬件或軟件，或者它們的組合一起實現(xiàn)。從而，本發(fā)明的方法和設備，或者本發(fā)明的方法和設備的某些方面或部分可采取嵌入有形媒介，例如軟盤、cd-rom、硬盤驅動器或者其它任意機器可讀的存儲介質中的程序代碼(即指令)的形式，其中當程序被載入諸如計算機之類的機器，并被所述機器執(zhí)行時，所述機器變成實踐本發(fā)明的設備。

在程序代碼在可編程計算機上執(zhí)行的情況下，計算設備一般包括處理器、處理器可讀的存儲介質(包括易失性和非易失性存儲器和/或存儲元件)，至少一個輸入裝置，和至少一個輸出裝置。其中，存儲器被配置用于存儲程序代碼；處理器被配置用于根據(jù)該存儲器中存儲的所述程序代碼中的指令，執(zhí)行本發(fā)明的計及需求響應的虛擬電廠多階段競價優(yōu)化方法。

以示例而非限制的方式，計算機可讀介質包括計算機存儲介質和通信介質。計算機可讀介質包括計算機存儲介質和通信介質。計算機存儲介質存儲諸如計算機可讀指令、數(shù)據(jù)結構、程序模塊或其它數(shù)據(jù)等信息。通信介質一般以諸如載波或其它傳輸機制等已調制數(shù)據(jù)信號來體現(xiàn)計算機可讀指令、數(shù)據(jù)結構、程序模塊或其它數(shù)據(jù)，并且包括任何信息傳遞介質。以上的任一種的組合也包括在計算機可讀介質的范圍之內。

如在此所使用的那樣，除非另行規(guī)定，使用序數(shù)詞“第一”、“第二”、“第三”等等來描述普通對象僅僅表示涉及類似對象的不同實例，并且并不意圖暗示這樣被描述的對象必須具有時間上、空間上、排序方面或者以任意其它方式的給定順序。

盡管根據(jù)有限數(shù)量的實施例描述了本發(fā)明，但是受益于上面的描述，本技術領域內的技術人員明白，在由此描述的本發(fā)明的范圍內，可以設想其它實施例。此外，應當注意，本說明書中使用的語言主要是為了可讀性和教導的目的而選擇的，而不是為了解釋或者限定本發(fā)明的主題而選擇的。因此，在不偏離所附權利要求書的范圍和精神的情況下，對于本技術領域的普通技術人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。對于本發(fā)明的范圍，對本發(fā)明所做的公開是說明性的，而非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求書限定。