基于時(shí)間耦合約束的居民用戶用電負(fù)載調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于時(shí)間耦合約束的用戶用電負(fù)載 調(diào)度方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)大型的互聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)施，負(fù)責(zé)把電能從發(fā)電站輸送到千家萬戶。 為了應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)能源短缺和傳統(tǒng)電網(wǎng)的弊病，智能電網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生，已成為當(dāng)前國際國內(nèi)新技 術(shù)和新產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn)。在過去的幾十年間，雖然信息技術(shù)和控制技術(shù)發(fā)生了很大的變化，但日 漸老化的電力網(wǎng)絡(luò)并沒有跟上技術(shù)變革的步伐。作為新一代的電力網(wǎng)絡(luò)，智能電網(wǎng)以自動(dòng) 化的方式應(yīng)用信息與通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)靈活、可靠、有效、安全、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境友好的目標(biāo)。配用 電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的咽喉，保證智能配用電網(wǎng)中實(shí)時(shí)可靠的信息接入與合理優(yōu)化的負(fù)載調(diào)度 也是建設(shè)我國"堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)"的基石。需求側(cè)響應(yīng)是在未來智能電網(wǎng)的一個(gè)重要組成部 分，它具有響應(yīng)快，排放少，成本低等優(yōu)點(diǎn)。能夠降低系統(tǒng)高峰期電價(jià)、減少電價(jià)波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)、 優(yōu)化資源配置和保證市場穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)電力工業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及環(huán)保等方面都有著重要的 戰(zhàn)略作用。來自智能電表的抄表數(shù)據(jù)將會(huì)多達(dá)數(shù)以萬計(jì)的太字節(jié)，這對(duì)于智能電網(wǎng)通信網(wǎng) 絡(luò)收集、傳輸和存儲(chǔ)如此大規(guī)模的數(shù)據(jù)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。亟需先進(jìn)的無線通信技術(shù)，如認(rèn) 知無線電技術(shù)，以保證抄表數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可靠的傳輸。隨著目前智能電網(wǎng)的進(jìn)一步推進(jìn)，由于其 整合了高級(jí)的信息、控制及通信技術(shù)，為用戶側(cè)響應(yīng)措施中實(shí)時(shí)電價(jià)的實(shí)施奠定了技術(shù)基 礎(chǔ)。智能電網(wǎng)采用即插即用的簡化互聯(lián)方式可以實(shí)現(xiàn)家庭儲(chǔ)能裝置與電網(wǎng)之間的無縫銜 接。而家庭端等儲(chǔ)能設(shè)備的廣泛使用，也給未來實(shí)時(shí)電價(jià)下的用戶端設(shè)備調(diào)度帶來新挑戰(zhàn)。 另一方面，在未來的幾十年里，用戶的用電量還將繼續(xù)增長。此外，電動(dòng)汽車的廣泛應(yīng)用還 可能使得電能需求量翻倍，合理的負(fù)載調(diào)度迫在眉睫。
[0003] 中國發(fā)明專利CN201210431915. 9公開了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能電網(wǎng)負(fù) 載動(dòng)態(tài)控制和分析方法，包括以下步驟：通信網(wǎng)絡(luò)分析：根據(jù)負(fù)載的周期性傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結(jié) 合實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，對(duì)智能電網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行分析，獲取當(dāng)前影響智能電網(wǎng)性能的 要素的性能；動(dòng)態(tài)負(fù)載分析和控制模型建立：根據(jù)獲取負(fù)載的信息和通信網(wǎng)絡(luò)的性能，建 立相應(yīng)的動(dòng)態(tài)負(fù)載分析和控制模型，對(duì)負(fù)載的當(dāng)前數(shù)據(jù)和所存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)加以分析，預(yù) 測負(fù)載未來的用電狀況；負(fù)載處理：基于所述動(dòng)態(tài)負(fù)載分析和控制模型預(yù)測的結(jié)果，對(duì)負(fù) 載的用電調(diào)配進(jìn)行優(yōu)化控制。但是該方法只是進(jìn)行了動(dòng)態(tài)負(fù)載分析，沒有考慮時(shí)間耦合約 束可能對(duì)系統(tǒng)造成的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種高效、可靠的基于時(shí)間耦合約束的居民用戶用電負(fù)載 調(diào)度方法，從計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬資源兩個(gè)維度動(dòng)態(tài)按需分配資源，以充分挖掘智能配用 電網(wǎng)中可用的硬件和軟件資源。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種基于時(shí)間耦合約束的居民用戶用電負(fù)載 調(diào)度方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1、智能配用電網(wǎng)中工作節(jié)點(diǎn)收集用戶的可用資源；
[0007] 步驟2、智能配用電網(wǎng)中工作節(jié)點(diǎn)收集用戶的任務(wù)請(qǐng)求；
[0008] 步驟3、智能配用電網(wǎng)中工作節(jié)點(diǎn)采用混合蛙跳算法對(duì)智能電網(wǎng)中的資源進(jìn)行分 配。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：（1)本發(fā)明的基于時(shí)間耦合約束的居民 用戶用電負(fù)載調(diào)度方法進(jìn)行資源分配，同時(shí)考慮了用戶之間的博弈關(guān)系以及時(shí)間耦合的約 束，有效的轉(zhuǎn)移高峰負(fù)載和降低峰均比，并能在多個(gè)用戶的情況下應(yīng)用，能滿足基于時(shí)間耦 合約束的居民用戶用電負(fù)載調(diào)度要求；(2)本發(fā)明在解決基于時(shí)間耦合約束的居民用電負(fù) 載調(diào)度問題上，采用了混合蛙跳算法，有算法模型簡單、求解速度快、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)；（3) 本發(fā)明基于時(shí)間耦合約束的居民用電負(fù)載調(diào)度內(nèi)能得到全局最優(yōu)解，為保障所有終端用戶 收益最大化提供技術(shù)支持。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明基于時(shí)間耦合約束的居民用戶用電負(fù)載調(diào)度方法的流程圖。
[0011] 圖2為本發(fā)明基于時(shí)間耦合約束的居民用戶用電負(fù)載調(diào)度方法示意圖。
[0012] 圖3為本發(fā)明基于混合蛙跳算法的資源分配方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0014] 結(jié)合圖1，一種基于時(shí)間耦合約束的居民用戶用電負(fù)載調(diào)度方法，包括以下步驟：
[0015] 步驟1、智能配用電網(wǎng)中工作節(jié)點(diǎn)收集用戶的可用資源；所述可用資源包括終端 用戶的用電設(shè)備所需電能及用戶與用戶之間的約束關(guān)系；
[0016] 步驟2、智能配用電網(wǎng)中工作節(jié)點(diǎn)收集用戶的任務(wù)請(qǐng)求；所述任務(wù)請(qǐng)求為用戶希 望最高的滿意度及最少的用電費(fèi)用；
[0017] 步驟3、智能配用電網(wǎng)中工作節(jié)點(diǎn)采用混合蛙跳算法對(duì)智能電網(wǎng)中的資源進(jìn)行分 配；結(jié)合圖3,具體步驟為：
[0018] 步驟3. 1、初始化混合娃跳算法的參數(shù)；初始化下述參數(shù)：青娃種群個(gè)體數(shù)量N、子 群數(shù)量k、子群內(nèi)候選解個(gè)數(shù)n、最大子群迭代次數(shù)M，最大迭代次數(shù)N g。
[0019] 步驟3. 2、隨機(jī)初始化青蛙種群；具體為：
[0020] 隨機(jī)產(chǎn)生N個(gè)青蛙組成初始種群，青蛙需滿足公式（1)和公式（2):
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于時(shí)間耦合約束的居民用戶用電負(fù)載調(diào)度方法，其特征在于，包括以下步 驟： 步驟1、智能配用電網(wǎng)中工作節(jié)點(diǎn)收集用戶的可用資源； 步驟2、智能配用電網(wǎng)中工作節(jié)點(diǎn)收集用戶的任務(wù)請(qǐng)求； 步驟3、智能配用電網(wǎng)中工作節(jié)點(diǎn)采用混合蛙跳算法對(duì)智能電網(wǎng)中的資源進(jìn)行分配。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)間耦合約束的居民用戶用電負(fù)載調(diào)度方法，其特征在 于，步驟1中所述可用資源包括終端用戶的用電設(shè)備所需電能及用戶與用戶之間的約束關(guān) 系。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)間耦合約束的居民用戶用電負(fù)載調(diào)度方法，其特征在 于，步驟2中所述任務(wù)請(qǐng)求包括用戶希望最高的滿意度和最少的用電費(fèi)用。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)間耦合約束的居民用戶用電負(fù)載調(diào)度方法，其特征在 于，步驟3所述的智能配用電網(wǎng)中工作節(jié)點(diǎn)采用混合蛙跳算法對(duì)智能電網(wǎng)中的資源進(jìn)行分 配，具體步驟如下： 步驟3. 1、初始化混合蛙跳算法的參數(shù)； 步驟3. 2、隨機(jī)初始化青蛙種群； 步驟3. 3、將青蛙種群按適應(yīng)度分為若干子群，對(duì)每個(gè)個(gè)體進(jìn)行評(píng)價(jià)； 步驟3. 4、更新每個(gè)子群中的最差個(gè)體，直到最大子群迭代次數(shù)； 步驟3. 5、重復(fù)步驟3. 3~步驟3. 4,直到最大迭代次數(shù)，輸出最優(yōu)個(gè)體解。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于時(shí)間耦合約束的居民用戶用電負(fù)載調(diào)度方法，其特征在 于，步驟3. 1中，初始化混合蛙跳算法的參數(shù)，具體為： 初始化下述參數(shù)：青蛙種群個(gè)體數(shù)量N、子群數(shù)量k、子群內(nèi)候選解個(gè)數(shù)n、最大子群迭 代次數(shù)M，最大迭代次數(shù)Ng。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于時(shí)間耦合約束的居民用戶用電負(fù)載調(diào)度方法，其特征在 于，步驟3. 2中，隨機(jī)初始化青蛙種群，具體為： 隨機(jī)產(chǎn)生N個(gè)青蛙組成初始種群，青蛙需滿足公式（1)和公式（2):
tfLT 其中，4表不用戶i在時(shí)隙t的用電量，1 <i<N，2^、；分別表不用戶i最小與最大 用電水平，1表示用戶i為完成給定任務(wù)總共需要的電能，T表示一天的周期被分為的時(shí)隙 集，T= 24。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于時(shí)間耦合約束的居民用戶用電負(fù)載調(diào)度方法，其特征在 于，步驟3. 3中，將青蛙種群按適應(yīng)度分為若干子群，對(duì)每個(gè)個(gè)體進(jìn)行評(píng)價(jià)；具體為： 將N只青蛙按適應(yīng)度降序排列成k個(gè)子群：第一只青蛙進(jìn)入第一個(gè)子群，第二只青蛙進(jìn) 入第二個(gè)子群，第k個(gè)青蛙進(jìn)入第k個(gè)子群，第k+1個(gè)候選解又進(jìn)入第1子群，第k+2個(gè)青 蛙進(jìn)入第2子群，依次重復(fù)直到N個(gè)青蛙分配完畢；對(duì)個(gè)體的評(píng)價(jià)按公式（3)進(jìn)行： (3) 其中，每只青蛙的向量表示該優(yōu)化問題的一個(gè)候選解；設(shè)第i只青蛙表示為J^(/) = (4,4,'"，J^)，彳表示用戶i在時(shí)隙t的用電量；示用戶i，l彡i彡N，p表示 電價(jià)向量，WiO^p)表示用戶i一天的收益，T表示一天的周期被分為的時(shí)隙集，T= 24， U穴 <)表示效用函數(shù)：用戶i在時(shí)隙t的用電滿意度，pt為實(shí)時(shí)電價(jià)，則為用戶i在時(shí) 隙t的電費(fèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于時(shí)間耦合約束的居民用戶用電負(fù)載調(diào)度方法，其特征在 于，步驟3. 4中，所述的更新每個(gè)子群中的最差個(gè)體，直到最大子群迭代次數(shù)；具體為： 更新每個(gè)子群中適應(yīng)度最差的青蛙，即按照式（4)所示的搜索策略： X，=Xw+RX(Xb-Xw) (4) 其中，xb為一個(gè)子群中適應(yīng)度最好的候選解，xwS-個(gè)子群中適應(yīng)度最差的候選解，x' 為式⑷產(chǎn)生的新解，R是0到1的隨機(jī)數(shù)； 如果X'適應(yīng)度優(yōu)于xw，則xw=x' ；否則，式⑷中用全局最優(yōu)解替代xb，重復(fù)執(zhí)行搜索 策略，若X'適應(yīng)度仍然不能優(yōu)于xw^lj從整個(gè)種群中隨機(jī)產(chǎn)生一個(gè)新候選解取代xw;重復(fù)上 述步驟，到搜索次數(shù)大于設(shè)定的最大子群內(nèi)部搜索次數(shù)時(shí)終止。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于時(shí)間耦合約束的居民用戶用電負(fù)載調(diào)度方法，步驟為：首先智能配用電網(wǎng)中工作節(jié)點(diǎn)收集各物理節(jié)點(diǎn)的可用資源；收集用戶的任務(wù)請(qǐng)求；最后采用基于混合蛙跳算法對(duì)智能電網(wǎng)中的資源進(jìn)行分配；本發(fā)明是基于時(shí)間耦合約束的高效、可靠的居民用戶用電負(fù)載調(diào)度方法，充分挖掘了智能電網(wǎng)中的可用資源，從用戶收益最大化為目標(biāo)按需分配資源；能夠高效利用資源，并保障用戶終端的服務(wù)質(zhì)量要求；采用混合蛙跳算法，具有算法模型簡單、求解速度快、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G06Q50-06, G06Q10-04
【公開號(hào)】CN104700162
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510102050
【發(fā)明人】徐雷, 錢芳, 李千目, 楊余旺, 張小飛, 李亞平
【申請(qǐng)人】南京理工大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年3月9日