技术领域
[0001] 本发明涉及空调需求响应调度技术领域，尤其涉及一种考虑用户响应意愿的空调需求响应调度方法及系统。
相关背景技术
[0002] 随着经济社会的发展和人们生活水平的提高，电力需求持续攀升，尤其是在夏季高温时段，过大的负荷压力对电网的安全稳定运行构成挑战。为了缓解电网压力，提高电力系统的灵活性和效率，需求响应调度应运而生，其指的是电力用户或电力负荷管理系统根据电力供应情况、电价信号或其他激励措施，自愿地调整其电力消费需求的时间模式，以达到优化电力供需平衡。通过合理的调度策略，可以在对用户舒适度影响较小的前提下，引导用户调整空调使用行为，降低高峰时段的电力负荷，实现电力供需平衡。
[0003] 现有的技术在求解用户空调的下调功率值时仅根据当前用户的功率可调约束、获取收益以及调度后的温度舒适度，没有考虑不同用户参与调节功率意愿的差异性。即使对于相同客观条件的用户，其响应意愿不同，其对于相同下调功率值的执行情况同样存在差异，由此产生较大的调度偏差。
具体实施方式
[0056] 下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0057] 如图1所示，本发明一实施例提供的一种考虑用户响应意愿的空调需求响应调度方法，包括：
[0058] 步骤S101：获取当前调度时段的空调调度参数、当前调度时段开始时的温度参数，以及上一调度时段的历史累计响应准确率；其中，上述空调调度参数包括：总调度功率值、电价、单位激励收益、单位时段的实际时长、用户响应意愿概率值、最大运行功率以及最小运行功率；上述温度参数包括：室内温度、室外温度、室内温度变化的热阻，以及室外温度变化的热容；上述上一调度时段的历史累计响应准确率由需求响应终端设备根据上述当前调度时段开始时的实际空调运行功率、上一调度时段开始时的实际空调运行功率，以及上一调度时段的空调调度功率值计算得到；
[0059] 具体的，一个调度时段为0.25h。上述用户响应意愿概率值的范围为0到1，在调度开始时用户可以根据自身情况在需求响应终端设备里进行设置，在调度过程中用户也可以对已设置好的用户响应意愿概率值进行修改。
[0060] 在一优选的实施例中，根据上述当前调度时段开始时的实际空调运行功率、上一调度时段开始时的实际空调运行功率，以及上一调度时段的空调调度功率值，计算得到上一调度时段的历史累计响应准确率，包括：
[0061] 根据上述当前调度时段开始时的实际空调运行功率、上一调度时段开始时的实际空调运行功率，以及上一调度时段的空调调度功率值，计算得到上一调度时段的响应准确率；
[0062] 具体的，根据以下式子计算得到上一调度时段的响应准确率：
[0063]
[0064] 式中，Accn,t‑1表示上一调度时段第n台空调的响应准确率，pn,t‑1表示上一调度时段第n台空调的实际运行功率，pn,t表示当前调度时段t开始时第n台空调的实际空调运行功率，ξn,t‑1表示上一调度时段第n台空调的空调调度功率值。
[0065] 具体的，从第二个调度时段开始计算上一调度时段的响应准确率。响应准确率是一个处于0到1范围内的值。
[0066] 根据上述上一调度时段的响应准确率，计算得到上述上一调度时段的历史累计响应准确率。
[0067] 具体的，根据以下式子计算得到上一调度时段的历史累计响应准确率：
[0068]
[0069] 式中，Tn,t‑1表示上一调度时段第n台空调的历史累计响应准确率，φ1表示衰减系数，Tn,t‑2表示上一调度时段的上一调度时段第n台空调的历史累计响应准确率。
[0070] 具体的，若当前调度时段为第2个调度时段，则将第一个调度时段的响应准确率作为上一调度时段的历史累计响应准确率；若当前调度时段为第二个调度时段之后的调度时段，则根据上一调度时段的响应准确率、上一调度时段的历史累计响应准确率计算得到上一调度时段的历史累计响应准确率。
[0071] 在这一优选的实施例中，根据当前调度时段开始时的实际空调运行功率、上一调度时段开始时的实际空调运行功率，以及上一调度时段的空调调度功率值，计算得到了上一调度时段的历史累计响应准确率。
[0072] 步骤S102：根据上述当前调度时段的空调调度参数、当前调度时段开始时的温度参数，以及上一调度时段的历史累计响应准确率，以最大化用户参与调度获取的收益，同时最小化用户的室温不满意度为目标，构建需求响应调度模型以及上述需求响应调度模型的约束条件；其中，上述约束条件包括：室温约束、运行功率约束以及总调度响应约束；
[0073] 在一优选的实施例中，上述需求响应调度模型的目标函数为：
[0074] Wn,t＝(ct+πt)·ξn,t·Δt
[0075] Sn,t＝(θn,t,end‑26)2
[0076]
[0077] pn,t,rum＝pn,t‑ξn,t
[0078] θn,t,end＝αnθn,t,in+(1‑αn)(θn,t,out‑Rnpn,t,rum)
[0079]
[0080] 式中，Wn,t表示当前调度时段t下，第n台空调的用户经济性值，ct表示当前调度时段t内的电价，πt表示当前调度时段t内的单位激励收益，Δt表示当前调度时段t的实际时长，为0.25h，Sn,t表示当前调度时段t内第n台空调对应的室温不满意度，θn,t,end表示假设用户严格按照当前调度时段的空调调度功率值进行调度后，当前调度时段t结束时第n台空调对应的的室内温度，αn表示第n台空调的惯性系数，Rn表示第n台空调对应的热阻，Cn表示第n台空调对应的热容，pn,t,rum表示假设用户严格按照当前调度时段的空调调度功率值进行调度后，在当前调度时段t内，第n台空调的空调运行功率，pn,t表示当前调度时段t内第n台空调的实际运行功率，ξn,t表示当前调度时段t下，第n台空调的空调调度功率值，θn,t,in表示当前调度时段t开始时，第n台空调对应的室内温度，θn,t,out表示当前调度时段t开始时，第n台空调对应的室外温度，N表示待调度的空调总数，hn,t表示当前调度时段t下，第n台空调对应的用户可信度，ρn,t表示当前调度时段t下，第n台空调的用户响应意愿概率值，Tn,t‑1表示上一调度时段的第n台空调的历史累计响应准确率， 表示用户响应意愿概率值与上一调度时段的历史累计响应准确率之间的权重系数。
[0081] 具体的，上述目标函数考虑了用户通过参与响应获取的收益，即上述用户经济性值，也考虑了室温不满意度。其中，用户经济性值由通过参与响应所节约的电费支出，即上述电价以及获得的激励补偿收益，即上述单位激励收益组成；室温不满意度为假定用户完全根据空调调度功率值执行空调的调度工作，在当前调度时段结束时室内温度与最佳温度26摄氏度的偏移量。
[0082] 具体的，用户可信度较高的用户在执行响应任务时更加可靠，因此在响应决策时视为更加重视参与响应获取的收益，用户可信度较低的用户则更加重视室内温度舒适程度，在此设置下，即使两台空调其余所有参数相同，但用户可信度较高的用户所分得的响应任务量会高于用户可信度较低的用户，基于此构建得到上述需求响应调度模型的目标函数。
[0083] 具体的，上述需求响应调度模型的目标函数以最大化用户通过参与响应获取的收益，同时最小化用户的不满意度为目标，此外还将所评估的用户可信度以权重方式考虑进目标函数中，用以表示不同用户对经济性和室温不满意度二者重视程度的差异性。
[0084] 在这一优选的实施例中，构建得到了需求响应调度模型的目标函数。
[0085] 在另一优选的实施例中，上述室温约束为：
[0086] 24.8≤θn,t,end≤27.3
[0087] 上述运行功率约束为：
[0088] pmin≤pn,t‑ξn,t≤pmax
[0089] 上述总调度响应约束为：
[0090]
[0091] 式中，pmin表示最小运行功率，pmax表示最大运行功率，ft表示当前调度时段t的总调度功率值，φ3表示可接受的误差系数，取值范围为0到1之间。
[0092] 具体的，每个调度时段所调度的空调调度功率值得总和，都应当尽可能完成电网在该调度时段开始时下达的总调度功率值，因此得到上述总调度响应约束。上述总调度响应约束的左侧采用绝对值给出，是考虑误差存在正负偏差，右侧则是考虑当需要调增时，总调度功率值为一个负值。若上述总调度响应约束无法满足则说明此时的总调度功率值超出了参与空调的累计可调范围，应当对总调度功率值进行重设。
[0093] 具体的，人体对于室内温度可接受范围参考以下PMV公式：
[0094]
[0095] 式中，IPMV表示平均热感觉指数，θ表示温度。
[0096] 具体的，通常认为IPMV小于0.5时对应的温度为人体舒适温度，因此经过上式的计算，可以得到人体舒适温度在24.8℃到27.3℃范围内，因此得到上述室温约束，上述室温约束表明，若用户严格按当前调度时段的空调调度功率值对空调进行调度，则在调度时段结束时，室内温度应当符合上述室温约束。
[0097] 步骤S103：根据上述最大运行功率、最小运行功率以及温度参数，计算得到第一室内温度范围，将上述第一室内温度范围与上述室温约束进行比对；
[0098] 具体的，这一步骤实际上是将上述最大运行功率、最小运行功率以及温度参数代入以下式子中：
[0099] θ′n,t,end＝αnθn,t,in+(1‑αn)(θn,t,out‑Rnpn,t,rum)
[0100] pn,t,rum＝pn,t‑ξn,t
[0101]
[0102] pmin≤pn,t‑ξn,t≤pmax
[0103] 具体的，计算后得到的θ′n,t,end的值作为上述第一室内温度，判断这一室内温度是否符合上述室温约束，根据比对结果来判断当前的这一空调在参与调度后的实际运行功率的范围是否能使室内温度满足上述室温约束对应的舒适度区间。
[0104] 步骤S104：在上述第一室内温度范围符合上述室温约束的情况下，在各上述约束条件下对上述需求响应调度模型进行求解，得到在上述收益最大，且上述室温不满意度最小时，当前调度时段各空调的空调调度功率值，并将上述空调调度功率值发送至上述需求响应终端设备，以使上述需求响应终端设备根据上述空调调度功率值对各空调的运行功率进行调度。
[0105] 具体的，若上述第一室内温度范围符合上述室温约束，则表明这一空调在参与调度后的实际运行功率范围内可以使室内温度满足上述室温约束对应的舒适度区间。
[0106] 具体的，上述约束条件均为线性约束的二次规划问题，将决策变量ξn,t表示为向量形式ξ，并将上述目标函数以及上述约束条件转化为如下式所示的二次型形式：
[0107]
[0108] 式中，P、Q、G、H、A以及B均表示转化后的矩阵。
[0109] 具体的，在python上通过cvxopt中的qp求解器对上述二次型形式的目标函数以及约束条件进行求解，得到在上述收益最大，且上述室温不满意度最小时，当前调度时段各空调的空调调度功率值。
[0110] 在这一优选的实施例中，各上述约束条件下对上述需求响应调度模型进行求解，得到在上述收益最大，且上述室温不满意度最小时，当前调度时段各空调的空调调度功率值，并将得到的空调调度功率值发送至需求响应终端设备，以对各空调进行对应运行功率的调整。
[0111] 在另一优选的实施例中，还包括：
[0112] 在上述第一室内温度范围不符合上述室温约束的情况下；
[0113] 将上述第一室内温度范围不符合上述室温约束的空调，作为目标空调，将目标空调对应的空调调度功率值作为0；
[0114] 在各上述约束条件下对上述需求响应调度模型进行求解，得到在上述收益最大，且上述室温不满意度最小时，当前调度时段除目标空调外的其余空调的空调调度功率值，并将上述空调调度功率值发送至上述需求响应终端设备，以使上述需求响应终端设备根据上述空调调度功率值对各空调的运行功率进行调度。
[0115] 具体的，若上述第一室内温度范围不符合上述室温约束，则表明这一空调在参与调度后是实际运行功率范围内无法使室内温度满足上述室温约束对应的舒适度区间。此时不再对这些不符合室温约束的空调进行调度。
[0116] 在这一优选的实施例中，在第一室内温度范围不符合室温约束的情况下，将目标空调的空调调度功率值作为0后，在各上述约束条件下对上述需求响应调度模型进行求解，得到当前调度时段除目标空调外的其余空调的空调调度功率值，并将其与空调调度功率值发送至需求响应终端设备，以进行功率调度。
[0117] 在另一优选的实施例中，上述需求响应终端设备在根据上述空调调度功率值对各空调的运行功率进行调度之后，还包括：
[0118] 获取各空调在进行调度之后的当前调度时段的运行功率；
[0119] 将当前调度时段的运行功率，以及当前调度时段的空调调度功率值进行存储。
[0120] 具体的，需求响应终端在按空调调度功率值对对应的空调的运行功率进行调度之后，存储当前调度时段的空调调度功率值以及当前调度时段对应的空调在调度之后的运行功率。
[0121] 在这一优选的实施例中，需求响应终端设备在对各空调的运行功率进行调度之后，还存储了各空调当前调度时段对应的空调调度功率值，和空调在调度之后的运行功率。
[0122] 在上述方法项实施例的基础上，本发明对应提供了装置项实施例；
[0123] 本发明提供了一种考虑用户响应意愿的空调需求响应调度系统，包括：
[0124] 需求响应终端设备以及需求响应服务平台；
[0125] 上述需求响应终端设备，用于获取上一调度时段开始时的实际空调运行功率，上一调度时段的空调调度功率值、当前调度时段开始时的实际空调运行功率、当前调度时段的用户响应意愿概率值、当前调度时段开始时的温度参数、当前调度时段的最大运行功率以及最小运行功率；根据上述当前调度时段开始时的实际空调运行功率、上一调度时段开始时的实际空调运行功率，以及上一调度时段的空调调度功率值，计算得到上一调度时段的历史累计响应准确率，并将上述上一调度时段的历史累计响应准确率、当前调度时段开始时的温度参数、当前调度时段的用户响应意愿概率值、当前调度时段的最大运行功率以及最小运行功率，发送至上述需求响应服务平台；其中，上述温度参数包括：室内温度、室外温度、室内温度变化的热阻，以及室外温度变化的热容；
[0126] 上述需求响应服务平台，用于获取当前调度时段的空调调度参数、当前调度时段开始时的温度参数，以及上述上一调度时段的历史累计响应准确率；其中，上述空调调度参数包括：总调度功率值、电价、单位激励收益、单位时段的实际时长、用户响应意愿概率值、最大运行功率以及最小运行功率；根据上述当前调度时段的空调调度参数、当前调度时段开始时的温度参数，以及上一调度时段的历史累计响应准确率，以最大化用户参与调度获取的收益，同时最小化用户的室温不满意度为目标，构建需求响应调度模型以及上述需求响应调度模型的约束条件；其中，上述约束条件包括：室温约束、运行功率约束以及总调度响应约束；根据上述最大运行功率、最小运行功率以及温度参数，计算得到第一室内温度范围，将上述第一室内温度范围与上述室温约束进行比对；在上述第一室内温度范围符合上述室温约束的情况下，在各上述约束条件下对上述需求响应调度模型进行求解，得到在上述收益最大，且上述室温不满意度最小时，当前调度时段各空调的空调调度功率值，并将上述空调调度功率值发送至上述需求响应终端设备；
[0127] 上述需求响应终端设备，还用于根据上述空调调度功率值对各空调的运行功率进行调度。
[0128] 在一优选的实施例中，上述上一调度时段的历史累计响应准确率的计算，包括：
[0129] 根据上述当前调度时段开始时的实际空调运行功率、上一调度时段开始时的实际空调运行功率，以及上一调度时段的空调调度功率值，计算得到上一调度时段的响应准确率；
[0130] 根据上述上一调度时段的响应准确率，计算得到上述上一调度时段的历史累计响应准确率。
[0131] 在另一优选的实施例中，上述需求响应服务平台，还用于：
[0132] 在上述第一室内温度范围不符合上述室温约束的情况下；
[0133] 将上述第一室内温度范围不符合上述室温约束的空调，对应的空调调度功率值作为0；
[0134] 将上述第一室内温度范围不符合上述室温约束的空调，作为目标空调，将目标空调对应的空调调度功率值作为0；
[0135] 在各上述约束条件下对上述需求响应调度模型进行求解，得到在上述收益最大，且上述室温不满意度最小时，当前调度时段除目标空调外的其余空调的空调调度功率值，并将上述空调调度功率值发送至上述需求响应终端设备，以使上述需求响应终端设备根据上述空调调度功率值对各空调的运行功率进行调度。
[0136] 在另一优选的实施例中，上述需求响应终端设备在根据上述空调调度功率值对各空调的运行功率进行调度之后，还用于：
[0137] 获取各空调在进行调度之后的当前调度时段的运行功率；
[0138] 将当前调度时段的运行功率，以及当前调度时段的空调调度功率值进行存储。
[0139] 需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中上述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。上述示意图仅仅是一种考虑用户响应意愿的空调需求响应调度系统的示例，并不构成对一种考虑用户响应意愿的空调需求响应调度系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。
[0140] 与现有技术相比，通过实施本发明上述各个实施例，可以能充分考虑不同用户参与空调调度的响应意愿的差异性，继而减小了空调调度的偏差。
[0141] 上述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
