本发明涉及电力系统调度，尤其是指一种考虑电解铝负荷的网荷协调控制方法、装置、系统及计算机可读存储介质。
背景技术：
1、在当前电源结构与运行方式下，功率灵活调节资源的短缺将会是影响高比例可再生能源消纳与电网安全稳定运行的关键问题。因此，挖掘具备功率调节能力的灵活性资源为电网平衡提供支撑，是解决局部地区电力缺口问题的有力手段。
2、目前，电网调节灵活性资源主要由火电机组承担，一方面，火电机组的爬坡能力相对其他功率调节资源较慢，另一方面，未来煤电机组的装机比例将不断下降。因此以火电机组作为调节主力的模式将难以持续。当前，较为可行的解决方式为充分挖掘负荷侧的灵活性资源，通过源网荷储互动，实现系统平衡。随着电力市场改革的进行，负荷侧调节资源成为辅助服务市场的主体之一是必然趋势。在负荷侧，工业能源消费量占全社会能源消费总量的65％左右,工业负荷容量基数巨大，在金属冶炼、水泥、造纸等典型行业中部分工艺对电能的实时平衡要求并不严格，存在大量具有可转移特性的电负荷，具有良好的功率调节潜质，是改造为廉价灵活性资源的理想载体。仅冶金行业中电解类、电弧炉类负荷用电就占全社会用电量16-18％，若参与调节可大幅提高电网灵活性。且工业负荷中的高耗能负荷具有可调容量大、调节速度快、集中易改造、短暂调节对生产影响小等突出特点，因此，在利用高耗能负荷弥补源侧在高比例可再生能源引起的电力系统调峰问题上的不足这一方向上具有重大的研究意义。
3、以高耗能负荷中的电解铝负荷为例，电解液温度是电解铝功率调节过程中的重要影响因素。一般情况下，电解铝输入功率越高，电解液温度越高；但过高的温度可能会使电解槽侧壁的冰晶石冷冻层融化，导致侧壁受损，从而影响生产效率和安全。现有技术在利用电解铝负荷进行源侧网荷储协调优化时，只是给出了对电解槽中电解液的温度约束，但并未给出电解液温度对负荷功率的影响，因此无法得到电解铝负荷可以安全生产的功率调节范围和时间，进而无法将电力系统中产生的未被消纳从而需要被迫放弃的电力，进行合理调度与利用，造成资源浪费。
技术实现思路
1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中由于无法准确计算出电解率负荷的功率调节范围与调节时间，导致无法合理利用电力系统中产生的未被消纳、需要被迫放弃的电力资源的问题。
2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种考虑电解铝负荷的网荷协调控制方法，包括：
3、获取电力系统中的电源侧运行数据与电解铝负荷侧运行数据；
4、基于电源侧运行数据与电解铝负荷侧运行数据，计算电力系统总成本；以电力系统总成本最小为优化目标，构建目标函数；
5、构建电源侧约束；
6、基于电解铝负荷侧电解槽处于能量平衡状态时的能量关系式、比热容公式，以及满足电解槽生产条件的预设最小温度值与预设最大温度值，获取电解铝负荷的最小调控功率与最大调控功率，构建电解铝负荷功率约束；
7、基于目标函数、电源侧约束与电解铝负荷功率约束，构建日前经济调度模型；
8、通过分段线性化将日前经济调度模型转换为混合整数线性规划问题，并求解，获取目标函数收敛时电力系统中电源侧各机组与电解铝负荷侧在各时段的预测功率值；
9、基于电力系统中电源侧各机组与电解铝负荷侧在各时段的预测功率值，对电力系统中各电力资源进行调度。
10、优选地，以电力系统总成本最小为优化目标，构建目标函数，表示为：
11、minf＝f1+f2+f3+f4+f5+fal；
12、其中，f为电力系统总成本；
13、f1为火电机组燃料成本，表示为：ui,t为0-1变量，表示第i个火电机组在t时段的开停机状态，当ui,t为0时，表示第i个火电机组处于关机状态，当ui,t为1时，表示第i个火电机组处于开机状态；表示第i个火电机组在t时段的出力功率；ai、bi与ci为第i个火电机组的燃料成本系数；1≤i≤n，n表示火电机组总数；1≤t≤t，t表示调度总时段；
14、f2为火电机组的启停成本，表示为：表示第i个火电机组在t时段的开机成本系数，表示第i个火电机组在t时段的停机成本系数；
15、f3为火电机组的备用成本，表示为：与分别表示第i个火电机组的向上备用成本系数与向下备用成本系数；与分别表示第i个火电机组在t时段的向上备用与向下备用；
16、f4为电力系统弃风成本，表示为：cwind表示弃风惩罚系数，表示第j个风电机组在t时段的预测出力值，表示第j个风电机组在t时段的实际出力值；1≤j≤w，w表示风电机组总数；
17、f5为电力系统切负荷成本，表示为：cload表示切负荷成本系数，表示t时段的预测负荷值，表示t时段的实际负荷值；
18、fal为电解铝负荷参与电力系统的调控成本，表示为：与分别表示电解铝负荷单次上调响应补贴成本与单次下调响应补贴成本；与分别表示电解铝负荷的上调量和下调量。
19、优选地，电源侧约束条件，包括系统功率平衡约束、火电机组输出功率、爬坡约束、最小启停时间约束、机组启停成本约束、直流潮流约束、备用约束、风电机组出力约束与常规负荷约束，分别表示为：
20、系统功率平衡约束，表示为：表示第i个火电机组在t时段的出力功率；表示第j个风电机组在t时段的实际出力值；表示t时段的实际负荷值；表示第k个电解铝负荷在t时段的功率；1≤i≤n，n表示火电机组总数；1≤j≤w，w表示风电机组总数；1≤k≤nal，nal表示调度总时段；
21、火电机组输出功率，表示为：ui,t为0-1变量，表示第i个火电机组在t时段的开停机状态，当ui,t为0时，表示第i个火电机组处于关机状态，当ui,t为1时，表示第i个火电机组处于开机状态；与分别表示第i个火电机组在t时段允许的最小出力和最大出力；
22、爬坡约束，包括向上爬坡约束与向上爬坡约束，分别表示为：
23、向下爬坡约束，表示为：
24、向上爬坡约束，表示为：
25、vd,i与vu,i分别表示第i个火电机组的向下爬坡速率与向上爬坡速率；sd,i与su,i分别表示第i个火电机组的停机爬坡速率和开机爬坡速率；
26、最小启停时间约束，表示为：和分别表示第i个火电机组在t时段的连续开机时间与连续停机时间；和分别表示第i个火电机组的最小开机时间与最小停机时间；
27、机组启停成本约束，包括：
28、启动成本约束，表示为：
29、停机成本约束，表示为：
30、表示第i个火电机组在t时段的启动成本，表示第i个火电机组在t时段的停机成本；
31、直流潮流约束，表示为：|tf(kthpth-kldpld-kalpal)|≤pl,max；tf表示预设转移因子矩阵，kth表示火电分布系数矩阵，kld表示常规负荷潮流分布系数矩阵，kal表示电解铝负荷潮流分布系数矩阵；pth表示火电注入向量，pld表示常规负荷需求向量，pal表示电解铝负荷需求向量，pl,max表示线路潮流约束向量；
32、备用约束，表示为：与分别表示第i个火电机组在t时段的向上备用与向下备用；
33、风电机组出力约束，表示为：表示第j个风电机组在t时段的预测出力值，表示第j个风电机组在t时段预测的最大出力值；
34、常规负荷约束，表示为：表示t时段的预测负荷值，表示t时段的实际负荷值。
35、优选地，所述基于电解铝负荷侧电解槽处于能量平衡状态时的能量关系式、比热容公式，以及满足电解槽生产条件的预设最小温度值与预设最大温度值，获取电解铝负荷的最小调控功率与最大调控功率，构建电解铝负荷功率约束，包括：
36、获取电解槽处于能量平衡状态时的能量关系式；
37、利用比热容公式，对电解槽的能量输入表达式进行转换，并忽略焓变与散失热量变化量，获取电解铝功率调节量表达式；
38、基于电解铝功率调节量表达式，以及满足电解槽生产条件的预设最小温度值与预设最大温度值，获取电解铝功率调节量约束；
39、基于电解铝功率调节量约束，获取电解铝负荷的最小调控功率与最大调控功率。
40、优选地，电解铝负荷的最小调控功率与最大调控功率的获取，包括：
41、获取电解槽处于能量平衡状态时的能量关系式，表示为：qin＝h0+qout；
42、qin为电解槽的能量输入，电解槽的能量输入表达式为：qin＝pt；
43、利用比热容公式，可得：∫δpaldt-δh0-δqout＝cmδt；
44、忽略焓变与散失热量变化量，可得：∫δpaldt＝cmδt；
45、基于满足电解槽生产条件的预设最小温度值tmin与预设最大温度值tmax，可得电解铝功率调节量约束，表示为：cmδtmin≤∫δpaldt≤cmδtmax；
46、基于电解铝功率调节量约束，计算在温度t下电解铝负荷的最小调控功率与最大调控功率分别表示为：
47、
48、
49、其中，h0表示电解铝反应所需的总焓值；qout表示电解槽散失到环境中的散失热量；p表示电解铝负荷功率，t表示第t个时间段；δpal表示电解铝负荷功率变化量，δh0表示电解铝反应的焓变，δqout表示散失热量变化量，c表示熔融电解质的比热容，m表示熔融电解质的质量，δt表示电解槽的温度变化量；pal,t表示t时间段的电解铝负荷出力。
50、优选地，将网荷协同优化调度模型转换为混合整数线性规划问题，表示为：
51、
52、其中，x为待优化变量，包括；y表示火电机组的启停状态；fi(x,y)＝0表示等式约束，包括系统功率平衡约束；hj(x,y)≤0表示不等式约束，包括火电机组输出功率、爬坡约束、最小启停时间约束、机组启停成本约束、直流潮流约束、备用约束、风电机组出力约束与常规负荷约束、温度约束与电解铝负荷功率约束。
53、优选地，利用cplex求解器对所述混合整数线性规划问题进行求解。
54、优选地，所述基于电力系统中电源侧各机组与电解铝负荷侧在各时段的预测功率值，对电力系统中各电力资源进行调度，包括：将电力系统电源侧各风电机组的产生的未消纳电量，输送至电力系统负荷侧的电解铝负荷中。
55、本实施例还提供了一种考虑电解铝负荷的网荷协调控制装置，包括：
56、数据获取模块，用于获取电力系统中的电源侧运行数据与电解铝负荷侧运行数据；
57、目标函数构建模块，用于基于电源侧运行数据与电解铝负荷侧运行数据，计算电力系统总成本；以电力系统总成本最小为优化目标，构建目标函数；
58、电源侧约束构建模块，用于构建电源侧约束；
59、负荷侧约束构建模块，用于基于电解铝负荷侧电解槽处于能量平衡状态时的能量关系式、比热容公式，以及满足电解槽生产条件的预设最小温度值与预设最大温度值，获取电解铝负荷的最小调控功率与最大调控功率，构建电解铝负荷功率约束；
60、模型构建模块，用于基于目标函数、电源侧约束与电解铝负荷功率约束，构建日前经济调度模型；
61、求解调度模块，通过分段线性化将日前经济调度模型转换为混合整数线性规划问题，并求解，获取目标函数收敛时电力系统中电源侧各机组与电解铝负荷侧在各时段的预测功率值；基于电力系统中电源侧各机组与电解铝负荷侧在各时段的预测功率值，对电力系统中各电力资源进行调度。
62、优选地，以电力系统总成本最小为优化目标，构建目标函数，表示为：
63、minf＝f1+f2+f3+f4+f5+fal；
64、其中，f为电力系统总成本；
65、f1为火电机组燃料成本，表示为：ui,t为0-1变量，表示第i个火电机组在t时段的开停机状态，当ui,t为0时，表示第i个火电机组处于关机状态，当ui,t为1时，表示第i个火电机组处于开机状态；表示第i个火电机组在t时段的出力功率；ai、bi与ci为第i个火电机组的燃料成本系数；1≤i≤n，n表示火电机组总数；1≤t≤t，t表示调度总时段；
66、f2为火电机组的启停成本，表示为：表示第i个火电机组在t时段的开机成本系数，表示第i个火电机组在t时段的停机成本系数；
67、f3为火电机组的备用成本，表示为：与分别表示第i个火电机组的向上备用成本系数与向下备用成本系数；与分别表示第i个火电机组在t时段的向上备用与向下备用；
68、f4为电力系统弃风成本，表示为：cwind表示弃风惩罚系数，表示第j个风电机组在t时段的预测出力值，表示第j个风电机组在t时段的实际出力值；1≤j≤w，w表示风电机组总数；
69、f5为电力系统切负荷成本，表示为：cload表示切负荷成本系数，表示t时段的预测负荷值，表示t时段的实际负荷值；
70、fal为电解铝负荷参与电力系统的调控成本，表示为：与分别表示电解铝负荷单次上调响应补贴成本与单次下调响应补贴成本；与分别表示电解铝负荷的上调量和下调量。
71、优选地，电源侧约束条件，包括系统功率平衡约束、火电机组输出功率、爬坡约束、最小启停时间约束、机组启停成本约束、直流潮流约束、备用约束、风电机组出力约束与常规负荷约束，分别表示为：
72、系统功率平衡约束，表示为：表示第i个火电机组在t时段的出力功率；表示第j个风电机组在t时段的实际出力值；表示t时段的实际负荷值；表示第k个电解铝负荷在t时段的功率；1≤i≤n，n表示火电机组总数；1≤j≤w，w表示风电机组总数；1≤k≤nal，nal表示调度总时段；
73、火电机组输出功率，表示为：ui,t为0-1变量，表示第i个火电机组在t时段的开停机状态，当ui,t为0时，表示第i个火电机组处于关机状态，当ui,t为1时，表示第i个火电机组处于开机状态；与分别表示第i个火电机组在t时段允许的最小出力和最大出力；
74、爬坡约束，包括向上爬坡约束与向上爬坡约束，分别表示为：
75、向下爬坡约束，表示为：
76、向上爬坡约束，表示为：
77、vd,i与vu,i分别表示第i个火电机组的向下爬坡速率与向上爬坡速率；sd,i与su,i分别表示第i个火电机组的停机爬坡速率和开机爬坡速率；
78、最小启停时间约束，表示为：和分别表示第i个火电机组在t时段的连续开机时间与连续停机时间；和分别表示第i个火电机组的最小开机时间与最小停机时间；
79、机组启停成本约束，包括：
80、启动成本约束，表示为：
81、停机成本约束，表示为：
82、表示第i个火电机组在t时段的启动成本，表示第i个火电机组在t时段的停机成本；
83、直流潮流约束，表示为：|tf(kthpth-kldpld-kalpal)|≤pl,max；tf表示预设转移因子矩阵，kth表示火电分布系数矩阵，kld表示常规负荷潮流分布系数矩阵，kal表示电解铝负荷潮流分布系数矩阵；pth表示火电注入向量，pld表示常规负荷需求向量，pal表示电解铝负荷需求向量，pl,max表示线路潮流约束向量；
84、备用约束，表示为：与分别表示第i个火电机组在t时段的向上备用与向下备用；
85、风电机组出力约束，表示为：表示第j个风电机组在t时段的预测出力值，表示第j个风电机组在t时段预测的最大出力值；
86、常规负荷约束，表示为：表示t时段的预测负荷值，表示t时段的实际负荷值。
87、优选地，所述基于电解铝负荷侧电解槽处于能量平衡状态时的能量关系式、比热容公式，以及满足电解槽生产条件的预设最小温度值与预设最大温度值，获取电解铝负荷的最小调控功率与最大调控功率，构建电解铝负荷功率约束，包括：
88、获取电解槽处于能量平衡状态时的能量关系式；
89、利用比热容公式，对电解槽的能量输入表达式进行转换，并忽略焓变与散失热量变化量，获取电解铝功率调节量表达式；
90、基于电解铝功率调节量表达式，以及满足电解槽生产条件的预设最小温度值与预设最大温度值，获取电解铝功率调节量约束；
91、基于电解铝功率调节量约束，获取电解铝负荷的最小调控功率与最大调控功率。
92、优选地，电解铝负荷的最小调控功率与最大调控功率的获取，包括：
93、获取电解槽处于能量平衡状态时的能量关系式，表示为：qin＝h0+qout；
94、qin为电解槽的能量输入，电解槽的能量输入表达式为：qin＝pt；
95、利用比热容公式，可得：∫δpaldt-δh0-δqout＝cmδt；
96、忽略焓变与散失热量变化量，可得：∫δpaldt＝cmδt；
97、基于满足电解槽生产条件的预设最小温度值tmin与预设最大温度值tmax，可得电解铝功率调节量约束，表示为：cmδtmin≤∫δpaldt≤cmδtmax；
98、基于电解铝功率调节量约束，计算在温度t下电解铝负荷的最小调控功率与最大调控功率分别表示为：
99、
100、
101、其中，h0表示电解铝反应所需的总焓值；qout表示电解槽散失到环境中的散失热量；p表示电解铝负荷功率，t表示第t个时间段；δpal表示电解铝负荷功率变化量，δh0表示电解铝反应的焓变，δqout表示散失热量变化量，c表示熔融电解质的比热容，m表示熔融电解质的质量，δt表示电解槽的温度变化量；pal,t表示t时间段的电解铝负荷出力。
102、优选地，将网荷协同优化调度模型转换为混合整数线性规划问题，表示为：
103、
104、其中，x为待优化变量，包括；y表示火电机组的启停状态；fi(x,y)＝0表示等式约束，包括系统功率平衡约束；hj(x,y)≤0表示不等式约束，包括火电机组输出功率、爬坡约束、最小启停时间约束、机组启停成本约束、直流潮流约束、备用约束、风电机组出力约束与常规负荷约束、温度约束与电解铝负荷功率约束。
105、优选地，利用cplex求解器对所述混合整数线性规划问题进行求解。
106、优选地，所述基于电力系统中电源侧各机组与电解铝负荷侧在各时段的预测功率值，对电力系统中各电力资源进行调度，包括：将电力系统电源侧各风电机组的产生的未消纳电量，输送至电力系统负荷侧的电解铝负荷中。
107、本实施例还提供了一种考虑电解铝负荷的网荷协调控制系统，包括：
108、电源侧运行数据采集装置，与电力系统中火电机组和风电机组通讯连接，用于获取电力系统中的电源侧运行数据；
109、负荷侧运行数据采集装置，与电力系统中电解铝负荷通讯连接，获取电力系统中电解铝负荷侧运行数据；
110、考虑电解铝负荷的网荷协调控制装置，与所述电源侧运行数据采集装置、负荷侧运行数据采集装置通讯连接，获取电力系统中的电源侧运行数据与电解铝负荷侧运行数据，执行如上述所述的考虑电解铝负荷的网荷协调控制方法，对电力系统中各电力资源进行调度。
111、本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上述所述的考虑电解铝负荷的网荷协调控制方法中的步骤。
112、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下有益效果：
113、本发明所述的考虑电解铝负荷的网荷协调控制方法，基于电力系统电源侧与负荷侧的运行数据，以电力系统总成本最小为优化目标，构建电源侧的系统功率平衡约束、火电机组输出功率、爬坡约束、最小启停时间约束、机组启停成本约束、直流潮流约束、备用约束、风电机组出力约束与常规负荷约束，以及电解铝负荷侧的温度约束与电解铝负荷功率约束。基于电力系统内电源侧和负荷侧的成本模型及运行约束，基于电解铝负荷的能量平衡，将电解铝功率与电解槽温度结合，得到电解铝负荷功率的调节边界；并以电力系统控制成本之和最小为目标函数，建立了考虑电解铝负荷参与的网荷协同控制模型，进行求解，进而获取电力系统中火电机组、风电机组以及电解铝的预测功率值，对电力系统进行资源调度；且本技术基于电解铝功率调节量约束，准确计算出电解铝负荷的最小调控功率与最大调控功率，作为功率调节边界，进而将电力系统中产生的未被消纳、需要被迫放弃的电力资源，进行合理调度与利用，提高电力系统资源利用率。
1.一种考虑电解铝负荷的网荷协调控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的考虑电解铝负荷的网荷协调控制方法，其特征在于，以电力系统总成本最小为优化目标，构建目标函数，表示为：
3.根据权利要求1所述的考虑电解铝负荷的网荷协调控制方法，其特征在于，电源侧约束条件，包括系统功率平衡约束、火电机组输出功率、爬坡约束、最小启停时间约束、机组启停成本约束、直流潮流约束、备用约束、风电机组出力约束与常规负荷约束，分别表示为：
4.根据权利要求1所述的考虑电解铝负荷的网荷协调控制方法，其特征在于，所述基于电解铝负荷侧电解槽处于能量平衡状态时的能量关系式、比热容公式，以及满足电解槽生产条件的预设最小温度值与预设最大温度值，获取电解铝负荷的最小调控功率与最大调控功率，构建电解铝负荷功率约束，包括：
5.根据权利要求4所述的考虑电解铝负荷的网荷协调控制方法，其特征在于，电解铝负荷的最小调控功率与最大调控功率的获取，包括：
6.根据权利要求1所述的考虑电解铝负荷的网荷协调控制方法，其特征在于，将网荷协同优化调度模型转换为混合整数线性规划问题，表示为：
7.根据权利要求6所述的考虑电解铝负荷的网荷协调控制方法，其特征在于，利用cplex求解器对所述混合整数线性规划问题进行求解。
8.根据权利要求1所述的考虑电解铝负荷的网荷协调控制方法，其特征在于，所述基于电力系统中电源侧各机组与电解铝负荷侧在各时段的预测功率值，对电力系统中各电力资源进行调度，包括：将电力系统电源侧各风电机组的产生的未消纳电量，输送至电力系统负荷侧的电解铝负荷中。
9.一种考虑电解铝负荷的网荷协调控制装置，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的考虑电解铝负荷的网荷协调控制装置，其特征在于，以电力系统总成本最小为优化目标，构建目标函数，表示为：
11.根据权利要求9所述的考虑电解铝负荷的网荷协调控制装置，其特征在于，电源侧约束条件，包括系统功率平衡约束、火电机组输出功率、爬坡约束、最小启停时间约束、机组启停成本约束、直流潮流约束、备用约束、风电机组出力约束与常规负荷约束，分别表示为：
12.根据权利要求9所述的考虑电解铝负荷的网荷协调控制装置，其特征在于，所述基于电解铝负荷侧电解槽处于能量平衡状态时的能量关系式、比热容公式，以及满足电解槽生产条件的预设最小温度值与预设最大温度值，获取电解铝负荷的最小调控功率与最大调控功率，构建电解铝负荷功率约束，包括：
13.根据权利要求12所述的考虑电解铝负荷的网荷协调控制装置，其特征在于，电解铝负荷的最小调控功率与最大调控功率的获取，包括：
14.根据权利要求9所述的考虑电解铝负荷的网荷协调控制装置，其特征在于，将网荷协同优化调度模型转换为混合整数线性规划问题，表示为：
15.根据权利要求14所述的考虑电解铝负荷的网荷协调控制装置，其特征在于，利用cplex求解器对所述混合整数线性规划问题进行求解。
16.根据权利要求9所述的考虑电解铝负荷的网荷协调控制装置，其特征在于，所述基于电力系统中电源侧各机组与电解铝负荷侧在各时段的预测功率值，对电力系统中各电力资源进行调度，包括：将电力系统电源侧各风电机组的产生的未消纳电量，输送至电力系统负荷侧的电解铝负荷中。
17.一种考虑电解铝负荷的网荷协调控制系统，其特征在于，包括：
18.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至8任意一项所述的考虑电解铝负荷的网荷协调控制方法中的步骤。
