一种虚拟分类的资源聚合及虚拟聚合体运行特性获取方法

1.本发明涉及能源调控技术领域，尤其涉及一种虚拟分类的资源聚合及虚拟聚合体运行特性获取方法。


背景技术：

2.随着能源转型的推进，地区电网下的分布式资源类型和数量已呈爆发式增长，主要包括以电动汽车、温控负荷、储能为代表的负荷侧分布式资源和以风电、光伏为代表的电源侧分布式资源，比大型水/火电机组等传统可调可控资源，上述分布式资源具有单体容量小、数量众多、潜力巨大、绿色环保、灵活经济等优势，对未来地区电网调控运行具有非常重要的意义。然而，由于主体的隐私保护需求，调度部门无法获悉负荷聚合商系统下分布式资源集群的运行数据。此外，受限于数据传输与信息维护，大量闲散在电网末端的分布式资源无法将自己的运行数据上传到所在辖区的调度部门。因此，分布式资源聚合需要充分考虑信息交互高度不完全情况下的建模方式。
3.本技术中设定的技术场景如下：
4.1)调度部门已知信息包括：地区母线的功率曲线；该地区是否有可控资源参与；一些需求响应场景(如调峰、阻塞消除)的开展情况和时间点。
5.2)调度部门未知信息包括：部分资源成分构成不清；资源出力数据无法得知。
6.3)调度部门想获得的信息：通过对可控资源虚拟分类建模获得分布式资源聚合体的外特性曲线。
7.目前已有部分研究关注可控负荷的分类聚合，有文献]从虚拟电厂运营商的角度出发，设计两个可以量化反映可控负荷时域响应性能差异的指标，将它们分别与谱聚类算法结合，实现了可控负荷的分类聚合，以聚合所形成的虚拟机组作为最小单元，构建了考虑投标资源性能差异的辅助服务优化投标策略，但并未考虑可控资源负荷主体的隐私保护。还有文献则将谱聚类算法融合到负荷管理中，以负荷功率曲线间的欧氏距离、相关性、趋势参数等为依据构造相似度矩阵对可控负荷进行分类聚合，在按照功率调度特性对负荷进行分类的同时也缩减了负荷规模。随着电力市场化改革的不断深入，各类资源不再仅具有纯物理属性，还会反映其背后人或组织的意志，即具有主体特征。作为主体必然会存在隐私保护需求，这样调度中的利益攸关方之间在交互时就会呈现信息高度不完全特征。一方面，市场环境下负荷聚合商的隐私保护使得分布式资源聚合体只能呈现出复杂且时变的聚合外特性，且相关数据由于信息传输、数据处理等限制采集不完全；另一方面，很多闲散在电网各处的分布式资源并未纳入负荷聚合商的管理系统，调度部门难以获悉此类分布式资源的详细信息。
8.因此，本领域的技术人员致力于开发一种虚拟分类的资源聚合及虚拟聚合体运行特性获取方法。充分考虑可控资源分类聚合过程中隐私保护问题，适应目前日益增长的不同分区需求的多样化调度要求。


技术实现要素：

9.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是研究可控资源聚合方法，基于虚拟分类并考虑隐私保护建立对应各类聚合可控负荷的虚拟机组，适应日益增长的不同分区需求的多样化调度要求。
10.为实现上述目的，本发明提供了一种虚拟分类的资源聚合及虚拟聚合体运行特性获取方法，其特征在于，包括以下步骤：
11.步骤1、考虑电价或激励手段下可控资源的执行需求响应的特性，划分各类可控资源，将属于各类资源的负荷或机组聚合，形成各类虚拟聚合体；
12.步骤2、基于虚拟聚合体的定义，面向需求响应业务，实现地区内可控资源的虚拟分类，并从母线功率中获得各类虚拟聚合体的运行外特性曲线。
13.进一步地，所述可控资源指地区内可通过电价或激励手段实现运行功率调整的可控电源或可控负荷。
14.进一步地，所述可控资源的来源包括居民用户、商业用户、以及工业大用户。
15.进一步地，所述可控资源划分为离散可控资源、柔性可控资源和可转移资源3类，将属于各类资源的负荷或机组聚合，形成3类虚拟聚合体：ⅰ类虚拟聚合体、ⅱ类虚拟聚合体、ⅲ类虚拟聚合体，分别对应离散可控资源、柔性可控资源和可转移资源组成的虚拟聚合体；另外有一些资源由于特殊性一般不参与需求响应，在电价或激励手段下运行特性不发生改变，将这类资源的负荷或机组的集合定义为ⅳ类虚拟聚合体。
16.进一步地，所述ⅰ类虚拟聚合体：离散可控资源具有双向调节能力，可快速地调节运行功率，近似实现对运行功率的瞬时调节，调节灵活但调节范围较小，无法频繁调节。
17.进一步地，所述ⅱ类虚拟聚合体：柔性可控资源具有双向连续调节能力，在一定的容量调节范围内，可连续调节；无功率稳定时长要求约束，可随时响应调节需求。
18.进一步地，所述ⅲ类虚拟聚合体：可转移资源具备可时移调节特性，在一定的容量调节范围内，可连续调节；可通过出力转移，响应调节需求，调节速度快速灵活；通过响应峰谷电价，转移负荷用电时间，但需保证负荷转移前后日内总用电量不变。
19.进一步地，所述ⅳ类虚拟聚合体：般不参与需求响应，在电价或激励手段下运行特性不发生改变，调节前后的运行曲线为重叠的一条曲线。
20.进一步地，所述虚拟聚合体的需求响应特性指标，包括可响应系数、响应深度、响应持续时间、响应波动熵、响应时移系数。
21.进一步地，所述步骤2，根据各类聚合体内包含资源的运行和调节特性，定义表征资源执行需求响应的特性指标，实现了各类虚拟聚合体的区分，并用于此后从母线功率中获得各类虚拟聚合体的运行外特性曲线；根据需求响应特性指标，得到特性指标矩阵x，利用模糊c均值聚类方法，计算得到了四类典型虚拟聚合体的聚类中心特性指标矩阵z，并从母线功率中聚类得到虚拟聚合体的运行功率。
22.在本发明的较佳实施方式中，针对未充分考虑可控资源分类聚合过程中隐私保护问题，本发明研究了可控资源聚合，基于虚拟分类并考虑隐私保护建立了对应各类聚合可控负荷的虚拟机组。本发明中可控资源指地区内可通过电价或激励手段实现运行功率调整的可控电源或可控负荷，其来源可包括居民用户、商业用户、以及工业大用户。考虑电价或激励手段下可控资源的执行需求响应的特性，将可控资源划分为离散可控资源、柔性可控
资源和可转移资源3类，将属于各类资源的负荷或机组聚合，形成3类虚拟聚合体：ⅰ类虚拟聚合体、ⅱ类虚拟聚合体、ⅲ类虚拟聚合体，分别对应离散可控资源、柔性可控资源和可转移资源组成的虚拟聚合体。另外有一些资源由于其特殊性一般不参与需求响应，在电价或激励手段下其运行特性不发生改变，将该类资源的负荷或机组的集合定义为ⅳ类虚拟聚合体。ⅰ类虚拟聚合体：离散可控资源具有双向调节能力，可快速地调节运行功率，近似实现对运行功率的瞬时调节，调节灵活但调节范围较小，无法频繁调节。ⅱ类虚拟聚合体：柔性可控资源具有双向连续调节能力，在一定的容量调节范围内，可连续调节；无功率稳定时长要求约束，可随时响应调节需求。ⅲ类虚拟聚合体：可转移资源具备可时移调节特性，在一定的容量调节范围内，可连续调节；可通过出力转移，响应调节需求，调节速度快速灵活；通过响应峰谷电价，转移负荷用电时间，但需保证负荷转移前后日内总用电量不变。ⅳ类虚拟聚合体：该类资源由于其特殊性一般不参与需求响应，在电价或激励手段下其运行特性不发生改变，其调节前后的运行曲线为重叠的一条曲线。
23.现有的聚合方式很难适应目前日益增长的不同分区需求的多样化调度要求。本发明可控资源聚合方法适应目前日益增长的不同分区需求的多样化调度要求。信息不完全情况下，调度部门只能获取到地区母线的总功率曲线，对地区内部分资源的成分构成并不清，其出力数据也无法得知。调度部门可通过对可控资源虚拟分类的方法获得分布式资源聚合体的外特性曲线。基于虚拟聚合体的定义，面向需求响应业务，实现地区内可控资源的虚拟分类，并从母线功率中获得各类虚拟聚合体的运行外特性曲线。选取了包含四类虚拟聚合体的n个样本数据，根据提取的每个样本五个需求响应特性指标，分别为可响应系数、响应深度、响应持续时间、响应波动熵、响应时移系数。根据各类聚合体内包含资源的运行和调节特性，定义表征资源执行需求响应的特性指标，实现了各类虚拟聚合体的区分，并用于此后从母线功率中获得各类虚拟聚合体的运行外特性曲线。根据提取的每个样本五个需求响应特性指标，得到n个样本的特性指标矩阵x，利用模糊c均值聚类方法，计算得到了四类典型虚拟聚合体的聚类中心特性指标矩阵z，并从母线功率中聚类得到虚拟聚合体的运行功率。
24.本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和显著优点：
25.1.本发明解决了可控资源分类聚合过程中隐私保护问题。
26.2.本发明可控资源聚合方法适应目前日益增长的不同分区需求的多样化调度要求
27.以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
28.图1是本发明的一个较佳实施例的具体实施图；
29.图2是本发明的一个较佳实施例的离散可控资源的调节特性曲线；
30.图3是本发明的一个较佳实施例的柔性可控资源的调节特性曲线；
31.图4是本发明的一个较佳实施例的可转移资源的调节特性曲线。
具体实施方式
32.以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
33.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
34.本发明的具体实施图如图1所示。
35.模型库训练：
36.(1)通过已知比例的典型资源运行特性曲线聚合得到虚拟聚合体，通过模糊c聚类的方法找到需求响应特性指标的聚类中心向量，作为待求母线功率分离的依据；
37.(2)计算母线功率对各虚拟聚合体聚类中心的隶属度；
38.(3)训练隶属度与实际占比的映射模型，作为待求母线功率获取虚拟聚合体占比的依据。
39.实际样本求解：
40.(4)对于某地区的实际资源，调度部门对部分资源的构成成分不清，出力数据无法得知，只有总的母线功率运行曲线。此外调度部门已知需求响应发生的具体时间，采取需求响应执行前的一天作为调节前的功率曲线，需求响应当天为调节后的功率曲线。计算母线功率各时段的需求响应特性指标矩阵。
41.(5)根据特性指标矩阵计算各时段的母线功率对各类虚拟聚合体聚类中心的隶属度；
42.(6)通过与训练阶段的映射模型获取各虚拟聚合体各时段的占比；
43.(7)遍历计算一天中所有时段各虚拟聚合体在母线运行功率中的占比，即可获得虚拟聚合体的运行特性曲线。
44.虚拟聚合体执行需求响应的特性图：
45.1)ⅰ类虚拟聚合体。
46.离散可控资源的调节特性曲线如图2所示，图中虚线为离散可控资源未调节时的曲线，实线为响应调节后离散可控资源的功率曲线。
47.2)ⅱ类虚拟聚合体。
48.柔性可控资源具有双向连续调节能力，资源调节灵活，爬坡平缓，调节特性曲线如图3所示。
49.3)ⅲ类虚拟聚合体。
50.如图4所示，可转移资源能够实现日调节，根据电网调度的要求，功率调节的响应速度可达到毫秒级。可转移资源的响应速度快，没有调节时间约束，可转移资源可改变运行时段，实现功率转移，其特点是日内总电能量恒定，仅运行功率的时段发生变化。
51.4)ⅳ类虚拟聚合体。
52.该类资源由于其特殊性一般不参与需求响应，在电价或激励手段下其运行特性不发生改变，其调节前后的运行曲线为重叠的一条曲线。
53.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创
造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种虚拟分类的资源聚合及虚拟聚合体运行特性获取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、考虑电价或激励手段下可控资源的执行需求响应的特性，划分各类可控资源，将属于各类资源的负荷或机组聚合，形成各类虚拟聚合体；步骤2、基于虚拟聚合体的定义，面向需求响应业务，实现地区内可控资源的虚拟分类，并从母线功率中获得各类虚拟聚合体的运行外特性曲线。2.如权利要求1所述的虚拟分类的资源聚合及虚拟聚合体运行特性获取方法，其特征在于，所述可控资源指地区内可通过电价或激励手段实现运行功率调整的可控电源或可控负荷。3.如权利要求1所述的虚拟分类的资源聚合及虚拟聚合体运行特性获取方法，其特征在于，所述可控资源的来源包括居民用户、商业用户、以及工业大用户。4.如权利要求1所述的虚拟分类的资源聚合及虚拟聚合体运行特性获取方法，其特征在于，所述可控资源划分为离散可控资源、柔性可控资源和可转移资源3类，将属于各类资源的负荷或机组聚合，形成3类虚拟聚合体：ⅰ类虚拟聚合体、ⅱ类虚拟聚合体、ⅲ类虚拟聚合体，分别对应离散可控资源、柔性可控资源和可转移资源组成的虚拟聚合体；另外有一些资源由于特殊性一般不参与需求响应，在电价或激励手段下运行特性不发生改变，将这类资源的负荷或机组的集合定义为ⅳ类虚拟聚合体。5.如权利要求4所述的虚拟分类的资源聚合及虚拟聚合体运行特性获取方法，其特征在于，所述ⅰ类虚拟聚合体：离散可控资源具有双向调节能力，可快速地调节运行功率，近似实现对运行功率的瞬时调节，调节灵活但调节范围较小，无法频繁调节。6.如权利要求4所述的虚拟分类的资源聚合及虚拟聚合体运行特性获取方法，其特征在于，所述ⅱ类虚拟聚合体：柔性可控资源具有双向连续调节能力，在一定的容量调节范围内，可连续调节；无功率稳定时长要求约束，可随时响应调节需求。7.如权利要求4所述的虚拟分类的资源聚合及虚拟聚合体运行特性获取方法，其特征在于，所述ⅲ类虚拟聚合体：可转移资源具备可时移调节特性，在一定的容量调节范围内，可连续调节；可通过出力转移，响应调节需求，调节速度快速灵活；通过响应峰谷电价，转移负荷用电时间，但需保证负荷转移前后日内总用电量不变。8.如权利要求4所述的虚拟分类的资源聚合及虚拟聚合体运行特性获取方法，其特征在于，所述ⅳ类虚拟聚合体：般不参与需求响应，在电价或激励手段下运行特性不发生改变，调节前后的运行曲线为重叠的一条曲线。9.如权利要求1所述的虚拟分类的资源聚合及虚拟聚合体运行特性获取方法，其特征在于，所述虚拟聚合体的需求响应特性指标，包括可响应系数、响应深度、响应持续时间、响应波动熵、响应时移系数。10.如权利要求1所述的虚拟分类的资源聚合及虚拟聚合体运行特性获取方法，其特征在于，所述步骤2，根据各类聚合体内包含资源的运行和调节特性，定义表征资源执行需求响应的特性指标，实现了各类虚拟聚合体的区分，并用于此后从母线功率中获得各类虚拟聚合体的运行外特性曲线；根据需求响应特性指标，得到特性指标矩阵x，利用模糊c均值聚类方法，计算得到了四类典型虚拟聚合体的聚类中心特性指标矩阵z，并从母线功率中聚类得到虚拟聚合体的运行功率。

技术总结
本发明公开了一种虚拟分类的资源聚合及虚拟聚合体运行特性获取方法，涉及能源调控技术领域。本发明考虑电价或激励手段下可控资源的执行需求响应的特性，划分各类可控资源，将属于各类资源的负荷或机组聚合，形成各类虚拟聚合体；基于虚拟聚合体的定义，面向需求响应业务，实现地区内可控资源的虚拟分类，并从母线功率中获得各类虚拟聚合体的运行外特性曲线。本发明充分考虑可控资源分类聚合过程中隐私保护问题，适应目前日益增长的不同分区需求的多样化调度要求。的多样化调度要求。的多样化调度要求。


技术研发人员：朱克东 严嘉豪 嵇文路 邓星 杨胜春 艾芊 潘小辉 刘建涛 陈旻昱 李亚平 耿建 吕建虎 高冠中 成梁成 王灿冰 陈风帆
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司南京供电分公司 上海交通大学 国网江苏省电力有限公司
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/8/13