申请/专利权人：沈阳工业大学;国网辽宁省电力有限公司;沈阳工程学院

申请日：2021-06-07

公开（公告）日：2024-03-26

公开（公告）号：CN113361923B

主分类号：G06Q10/0639

分类号：G06Q10/0639;G06Q10/0631;G06Q50/04;G06Q50/06;G06F17/16;G06F17/18

优先权：["20210329 CN 2021103322929"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.26#授权;2021.09.24#实质审查的生效;2021.09.07#公开

摘要：本发明涉及工业园区负荷领域，具体涉及一种基于SPA和TOPSIS耦合的工业园区负荷灵活度量化方法。具体步骤为：采集工业园区负荷参与调度后大电网的供给侧与需求侧的电气数据；将数据代入系统优化模型，根据影响灵活度的因素构造评价指标，确定系统的约束条件，得出不同评价指标下的运行模拟结果；将运行模拟结果导入到基于SPA和TOPSIS耦合的灵活度量化评估模型中得到标准化矩阵；用改进的组合赋权法动态确定各评价指标的权重；运用SPA理论中的多元联系度计算决策矩阵中的每一列要素与最优解、中间解和最劣解的同一度、差异度和对立度；得到灵活度的量化评估模型。本发明可有效解决电网企业在量化评估工业园区负荷灵活度时评估结果不准确、不够直观的问题。

主权项：1.一种基于SPA和TOPSIS耦合的工业园区负荷灵活度量化方法，其特征在于：按照以下步骤执行：步骤一：采集工业负荷参与调度后大电网的供给侧与需求侧的电气数据，包括电气运行参数、电能产出量和电能需求量；步骤二：根据影响工业园区负荷灵活度的因素，得出评价指标，构建工业园区灵活度评估体系，将步骤一中采集的数据带入到评估体系中，得出不同评价指标下的运行模拟结果；步骤三：将步骤二中的各评价指标下的运行模拟结果导入到SPA和TOPSIS耦合的工业园区负荷灵活度量化评估模型中，得到标准化矩阵；步骤四：根据步骤三中得到的标准化矩阵，用改进的组合赋权法确定各评价指标的权重；步骤五：将步骤四中确定的各评价指标的权重与步骤三得到的标准化矩阵相乘得到决策矩阵；步骤六：将步骤五得到的决策矩阵代入TOPSIS模型得到决策矩阵的最优解、中间解和最劣解；步骤七：运用SPA理论中的多元联系度，计算决策矩阵中的每一列要素与第六步中所得的最优解、中间解和最劣解的同一度、差异度和对立度；步骤八：根据步骤七中的同一度、差异度和对立度计算指标之间的联系度，得到工业园区负荷灵活度的量化评估模型；在步骤二所述的评估指标方面包括：经济性、优质性、安全性、高效性；经济性包含非线性的电价敏感度和用电成本；优质性包含可调节深度、响应偏差率和故障率；高效性包含最大可调节速率、最大可调节时间和能耗率；安全性包含用电安全记录、用电违规记录和调节电压对电网稳定性的影响，量化工业园区负荷的灵活度；在步骤四中所述的改进的组合赋权法，引入灰色关联系数对熵权法进行改进，考虑指标之间的关联程度，并且将改进后的熵权法和层次分析法相组合，以得到各个指标的权重；在步骤四中所述的改进的组合赋权法如下：①改进熵权法确定工业园区负荷灵活度的客观权重；数据选取后，用初始矩阵A表示，针对具有不同的量纲和数量级的评价指标体系，数据进行规范化处理，以实现实际值到指标评价值的转化；采用初值化、均值化和区间相对化的方法； 对初始矩阵A进行正向化、无量纲、规范化处理后，得到矩阵B： 参考矩阵取：B0＝{maxb11,b12...b1n,maxb21,b22...b2n,...maxbm1,bm2...bmn}T5灰色关联系数的计算： 式中：i＝1,2,…,m；为m个评价指标，j＝1,2,…，n；为n个工业园区负荷用户，ρ取0.5；对矩阵C进行标准化的矩阵Z： 计算第j项指标下第i个样本值占该指标的比重： 计算各项指标的熵： 式中，k＝1lnn0计算各项指标的权重： 式中：为所有ej不等于1的平均值，ωi为第i个指标对应的权重，ωi1，ωi2为第i个指标的分权重；②层次分析法确定权重： 式中：bij为因素指标bi对因素指标bj的重要性，υi为层次分析法所确定的第i个指标所对应的权重；最终的各个指标的组合权重： 式中：Wi为第i个指标的组合权重；根据上述公式，得到各项评价指标的综合权重向量：W＝W1,W2,...,WmT15；在步骤六中将决策矩阵代入TOPSIS模型得到决策矩阵的最优解、中间解和最劣解；采用改进组合赋权法的SPA和TOPSIS耦合后的工业园区负荷灵活度量化模型，将所有评价指标正向化后，构建正向化矩阵： 式中：xij为第j个工业园区负荷的第i个评价指标；将正向化矩阵标准化，构建标准化矩阵Z，Z中的每一个元素为： 构建加权决策矩阵：将无量纲矩阵Zij与各指标对应的权重相乘，得到加权决策矩阵：Vij＝Wi×Zij,i＝1,2,...,m；j＝1,2,...,n18确定评价体系的正理想解Smax、负理想解Smin和中间理想解Smid；Smax为m个工业园区负荷各评价指标的最优值组成的集合，Smin为m个工业园区负荷各评价指标的最劣值组成的集合，Smid为m个工业园区负荷各评价指标数据的平均值；计算工业园区负荷A的灵活度；计算工业园区负荷Aj与理想解Smax、中间理想解Smid和最劣理想解Smin的欧氏距离； 式中：djmax、djmid、djmin为决策矩阵中的第j个工业园区负荷与理想解Smax、中间理想解Smid和最劣理想解Smin的欧氏距离；在步骤八中，引入SPA对TOPSIS模型进行改进，从同、异、反三个方面考虑工业园区负荷的灵活度；在步骤八中所述的基于SPA和TOPSIS耦合的工业园区负荷灵活度量化模型为：uAj,A0＝a+bIj+cj20 式中j＝-1，uAj,A0为第j个工业园区负荷的灵活度；评价指标和对应的约束条件的定义如下：经济性包含电价敏感度和用电成本；指标C1：非线性的电价敏感度： 式中：a为工业园区负荷i能够有所转移最小电价差，b为工业园区负荷i极限转移率所对应的最大电价差，λgd为该负荷的极限转移率；x为实时电价差；指标C2：用电成本： 式中：Tl为工业园区负荷i的平均设备寿命期；为工业园区负荷i在第t年的设备利用小时数；Ci,t为工业园区负荷i在第t年的装机规模，分别为工业园区负荷i的建成成本、运维成本和折损成本；优质性包含可调节深度、响应偏差率和故障率；指标C3：可调节深度： 式中：为调节前t时刻的标准化后负荷用电功率；为调节后t时刻的标准化负荷用电功率；指标C4：响应偏差率： 式中：Pi,need为第i个工业园区负荷所需要响应的量，Pi,sj为第i个工业园区负荷所实际响应的量；指标C5：故障率： 式中：ji为工业园区负荷i的故障停机时间，ti，z为工业园区负荷i的额定运行时间；高效性包含负荷的最大可调节速率、最大可调节时间、能耗率；指标C6：最大可调节速率： 式中；Δi为工业园区负荷i的调节速率；λ＝1表示负荷进行上调节，λ＝0表示负荷进行下调节；Prated为可调节负荷的额定值；Pmax、Pmin分别为负荷可调节能力上、下限；指标C7：最大可调节时间：tadj，max＝tret-ton＝maxtret，i-ton，i式中：ton为初始调节时间；tret为返回时间；tret，itret，i分别为工业园区负荷i的返回时间、初始调节时间；指标C8：能耗率： 式中：WZ为第i个工业园区负荷的能源消耗量，WC为第i个工业园区负荷的产量；安全性包含用电安全记录、用电违规记录和调节电压对电网稳定性的影响；指标C9：参与电网需求响应的完成率： 式中：Ri,N1为第i个工业园区负荷完成电网需求响应的次数，Ri,N为第i个工业园区负荷参与电网需求响应的总次数；指标C10：参与电网需求响应的违规率：Ri,V＝1-Ri,se式中：Ri,se为第i个工业园区负荷参与电网需求响应的完成率；指标C11：调节电压对电网稳定性的影响： 式中：UI为线路过负荷程度，UI值越高，电压冲击性越强，对电力系统安全运行影响越大；Ui为第i个工业园区负荷的调节电压，U-i为第i个工业园区负荷的调节电压的平均值；约束条件如下：1电压限制；Umin≤Ut≤UmaxUmax代表可调节电压的最大值；Umin代表可调节电压的最小值；2热平衡约束；热平衡是提供灵活性关键的问题,如果温度过高，冰晶石会融化到罐壁上，腐蚀罐，为了保证生产过程的安全，需要将温度限制在一定范围内；热平衡约束表示为： 式中：为Tkeep小时维持温度所需的最小输入能量，Q0i,t'为时间段时第i个工业园区负荷的功率；3调节持续时长约束：TLH,min≤TKeep≤TLH,maxTLH,min、TLH,max分别为可调节的允许的调节持续最小、最大时长；4可调节负荷功率约束：0≤ΔQLH≤ΔQLHmax式中：ΔQLHmax为调节工业园区负荷最大上调功率；5环保约束：化石能源产生的各类排放满足区域相关环保目标要求： 式中：为工业园区负荷i在第t年的单位碳排放系数；为工业园区负荷i在第t年的度电耗能系数；为第t年的碳排放上限。

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