半月刊

ISSN 1000-1026

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  • 2019年第43卷第5期文章目次
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    • >专题报告
    • IEC 62351国际互操作的总结与思考

      2019, 43(5):1-6. DOI: 10.7500/AEPS20180827009

      摘要 (1306) HTML (0) PDF 1.25 M (706) 收藏

      摘要:IEC 62351标准为变电站自动化系统通信协议提供协议层级的网络安全防护能力。为了研究IEC 62351标准的工程化应用实施方法,提升数字化变电站的网络安全通信能力,参加了由公共设施通信协议体系用户协会举办的国际互操作大会,实现了IEC 62351标准在IEC 61850站控层安全通信领域的互操作。依据此次互操作的过程与成果,介绍了互操作的基本情况与测试用例,总结了互操作的成功经验,从认证、加密以及兼容性等多个方面提炼了影响互操作的关键技术细节,并对此次互操作中遇到的问题以及原因进行了深层次的分析。

    • >学术研究
    • 电力系统输电运行弹性空间建模与效益评估

      2019, 43(5):7-13. DOI: 10.7500/AEPS20180903007

      摘要 (1286) HTML (0) PDF 1.32 M (713) 收藏

      摘要:电力负荷增长和新能源接入给电网安全、经济运行带来了新的挑战。为提高电网运行安全裕度,在更大空间内实现资源优化配置,需要在现有设备基础上,挖掘电网的电能输送潜力。为此,提出输电环节运行弹性空间的概念,以挖掘输电线路与联络线的运行弹性空间。文中提出两种提高输电运行弹性空间的方式及其建模方法:(1)基于转移分布因子,建立线路故障短时增容弹性模型;(2)基于互联外网静态等值模型,建立考虑外网运行约束的联络线调整弹性模型。在此基础上,提出考虑输电运行弹性空间的N-1安全经济调度优化模型。最后,通过IEEE 30节点与IEEE 9节点互联系统评估了输电运行弹性空间的效益。仿真表明,考虑输电运行弹性空间的调度方法相较于常规调度方法可有效提高风电消纳,降低电网运行成本。

    • 基于Minkowski Sum的热泵负荷调度灵活性聚合方法

      2019, 43(5):14-21. DOI: 10.7500/AEPS20180830010

      摘要 (874) HTML (0) PDF 1.36 M (515) 收藏

      摘要:随着“煤改电”工程的实施,配电网中的热泵负荷显著增加。站在热泵用户的角度,采用合作博弈模式联盟热泵的调度灵活性参与配电网日前调度。为准确刻画该热泵负荷集群的聚合灵活性,采用基于Minkowski Sum的约束空间叠加方法,并通过寻找其最大内接正方体或直角棱锥简化约束而将热泵集群刻画为“虚拟同步机”或“虚拟储能”模型。进一步地,提出基于近似Shapley Value的用户间收益分配方法。基于IEEE 33节点系统的算例证明了本方法的有效性。

    • 基于一致性理论的独立微电网分布式动态经济调度

      2019, 43(5):22-29. DOI: 10.7500/AEPS20180214001

      摘要 (1019) HTML (0) PDF 1.38 M (659) 收藏

      摘要:独立微电网是提高可再生能源利用率的有效途径,动态经济调度是微电网系统运行的重要环节。文中给出了独立微电网动态经济调度模型,提出了一套基于一致性理论的分布式实现方法,各参与者依靠本地计算以及邻居间的少量信息交互实现系统优化。计算分为两个阶段:在第一阶段,各单元通过平均一致性算法获得全网信息,并以最大化利用可再生能源为目标预设可控负荷的用电计划;在第二阶段,各单元通过更新发电机或储能系统时段间的出力上下限,将原问题解耦为一系列单时段经济调度问题,再采用一致性牵引算法根据等微增率准则逐个计算每个时段的最优出力。通过仿真算例验证了所提模型与算法的有效性。

    • 含冰蓄冷空调的冷热电联供型微网多时间尺度优化调度

      2019, 43(5):30-38. DOI: 10.7500/AEPS20180417007

      摘要 (999) HTML (0) PDF 1.92 M (528) 收藏

      摘要:冷热电联供型微网(CCHP-MG)对实现能源可持续发展和构建绿色低碳社会具有重要的应用价值,而内部复杂的能源结构与设备耦合关系、可再生能源的消纳和负荷波动的平抑给其优化运行带来了挑战。文中提出含冰蓄冷空调的CCHP-MG多时间尺度优化调度模型,研究冰蓄冷空调的不同运行方式对优化调度的影响。日前计划中通过多场景描述可再生能源的不确定性,侧重于一个运行优化周期内CCHP-MG的经济运行;日内调度基于日前计划方案,根据冷热电在不同时间尺度上的相关性和互补性,提出考虑冷热负荷变化的双层滚动优化平抑模型,求解各联供设备的调整出力。仿真结果表明:冰蓄冷空调的运行方式关系到CCHP-MG的综合效益的提高;多时间尺度优化调度模型不仅可以满足用户的冷、热、电能的需求,还能有效平抑日内阶段供需侧随机性波动,实现CCHP-MG经济及稳定运行。

    • 基于vine-Copula的发电商运营损益动态风险VaR评估方法

      2019, 43(5):39-45. DOI: 10.7500/AEPS20180612006

      摘要 (809) HTML (0) PDF 1.55 M (460) 收藏

      摘要:电力市场环境下,负荷和电价的波动、可再生电源的随机出力、网络拓扑结构的变化、系统运行方式的调整等大量不确定因素为发电商的运营收益增加了不同程度的风险。为了帮助发电商准确评估自身风险并以此制定合适的报价策略及机组发电计划,提出了基于vine-Copula理论的发电商损益风险价值(VaR)评估模型。首先,基于交流潮流,建立了电网日前动态经济调度最优潮流模型,用以计算节点边际电价;随后,引入pair-Copula理论构建了多个发电商损益函数的高维vine-Copula相依结构;最后,通过VaR的定义求出不同置信度下发电商运营组合风险的VaR值。基于IEEE 39节点系统的算例验证了所提模型和方法的有效性。

    • 基于经验模态分解与特征相关分析的短期负荷预测方法

      2019, 43(5):46-52. DOI: 10.7500/AEPS20180404008

      摘要 (912) HTML (0) PDF 1.57 M (534) 收藏

      摘要:提出了一种基于经验模态分解与特征相关分析的短期负荷预测新方法。该方法从分解负荷序列入手,采用经验模态分解将原始负荷时间序列分解成不同频率的本征模函数(IMF)分量和残差分量,以弱化复杂影响因素环境下原始序列的波动性,获取更具规律性的分量。然后运用最小冗余度最大相关性标准(mRMR)技术分析各IMF分量和日类型、天气、电价等特征信息之间的相关性,获得最佳特征集。最后采用基于智能算法的最小二乘支持向量机(LSSVM)负荷预测模型对各经验模态分量进行预测,并将各分量预测结果叠加得到最终负荷预测值。以某电网实际数据进行算例分析,结果表明所提出的组合模型能够更准确地对外部因素敏感的短期负荷进行预测。

    • 基于GRU-NN模型的短期负荷预测方法

      2019, 43(5):53-58. DOI: 10.7500/AEPS20180620003

      摘要 (992) HTML (0) PDF 1.30 M (567) 收藏

      摘要:目前基于统计分析和机器学习的预测方法难以同时兼顾负荷数据的时序性和非线性特点。文中提出了一种基于GRU-NN模型的短期电力负荷预测方法。该方法基于深度学习思想处理不同类型的负荷影响因素,引入门控循环单元(GRU)网络处理具有时序性特点的历史负荷序列,建模学习负荷数据内部动态变化规律,其输出结果与其他外部影响因素(天气、日类型等)融合为新的输入特征,使用深度神经网络进行处理,整体分析特征与负荷变化的内在联系,最后完成负荷预测。以美国某公共事业部门提供的公开数据集和中国某地区的负荷数据作为实际算例,该方法预测精度分别达到了97.30%和97.12%,并与长短期记忆神经网络、多层感知机以及GRU神经网络方法进行对比,实验结果表明所提方法具有更高的预测精度和更快的预测速度。

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    • 城市负荷空间分布的聚类群簇分析

      2019, 43(5):59-65. DOI: 10.7500/AEPS20180318002

      摘要 (886) HTML (0) PDF 2.77 M (511) 收藏

      摘要:城市电力负荷的空间分布提供负荷大小及其空间位置,是配电网现状评价和空间负荷预测的基础和前提条件。提出了一种城市负荷空间分布的聚类群簇分析方法,基于Python爬虫技术利用百度地图收集规划区域用户开源信息,并采用正则匹配识别用户所在的建筑体及其属性,依据建筑体单位面积用电功率估计电力负荷,构建具有时间、空间和负荷功率的负荷空间分布样本集合。采用样本局部密度和样本间距两个指标进行中低压用户负荷的聚类,依据群簇属性计算得到负荷群簇的负荷中心坐标、局部负荷密度大小以及分布半径以分析负荷空间分布特征。针对某城市供电网格算例,对比分析群簇属性与规划数据的一致性,开展变电站配置的合理性分析,说明所提方法的准确有效性。

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    • 三相不平衡有源配电网鲁棒动态重构

      2019, 43(5):66-74. DOI: 10.7500/AEPS20180427002

      摘要 (895) HTML (0) PDF 1.64 M (514) 收藏

      摘要:考虑配电网的三相不平衡运行和注入功率不确定性可以提高网络重构方案的优化效果和应用价值。首先,对考虑不确定性的分布式电源和负荷注入功率进行仿射数建模,划分重构时段,以有功网损最优为目标函数,基于三相Distflow潮流方程建立含不确定性预算的配电网两阶段鲁棒动态重构数学模型。为高效求解该模型,引入最佳等距分段线性逼近法对模型进行精度可控的线性松弛,并使用列约束生产算法迭代求解。采用标准化配电测试系统验证所提鲁棒动态重构模型的可行性和有效性,通过控制不确定性预算可进一步调节重构方案的保守性和鲁棒性。

    • 暂态稳定视角下的强关联输电断面及其识别方法

      2019, 43(5):75-82. DOI: 10.7500/AEPS20180712001

      摘要 (1253) HTML (0) PDF 1.54 M (457) 收藏

      摘要:多个交流输电断面暂态稳定极限功率相互耦合,给电网安全稳定运行控制带来了极大挑战。文中深入挖掘受扰系统中暂态响应轨迹特征与稳定模式的对应关系,提出了暂态稳定视角下关键输电断面及关联断面的概念,并将关联输电断面分为模式共存机理决定的关联断面和模式演化机理决定的关联断面两类。提出了基于电网电气量变化来反映系统稳定模式的支路同步力系数指标,并结合该指标、图论和暂态稳定模式识别方法,提出了关键断面及关联断面识别的实用算法,有利于克服人工经验方法中因机理分析不足而可能导致的识别不准和效率低下的缺陷,为基于输电断面准确识别的稳定分析或运行监控提供了基础。基于IEEE 10机39节点系统的算例阐明了所提方法的原理及有效性。

    • 高比例变流型电源并网的输电系统三相短路电流计算

      2019, 43(5):83-91. DOI: 10.7500/AEPS20180106004

      摘要 (977) HTML (0) PDF 2.16 M (616) 收藏

      摘要:高比例变流型电源接入输电系统可能提高系统短路电流水平,导致电力设备选型面临更高的动热稳定要求。通过分析变流型电源实验平台的短路电流测试波形的包络线变化规律,获取其三相短路电流表达式。根据变流型电源在故障不同阶段呈现的短路电流输出特性,提出故障暂态和稳态阶段的等值电路。应用叠加定理分别计算含变流型电源电网短路电流交流分量和直流分量,并对冲击电流进行评估,其结果可用于电网规划及设备选型;最后用6节点的500 kV淮南电网和35节点的220 kV淮宿电网实际算例,将所述方法、常规电压源等值法的计算结果与电磁暂态仿真结果进行对比,验证了所述方法的有效性。

    • 基于变步长功率跟踪的有功备用式PV-VSG控制策略

      2019, 43(5):92-100. DOI: 10.7500/AEPS20180720001

      摘要 (846) HTML (0) PDF 1.92 M (580) 收藏

      摘要:传统光伏发电系统多以最大功率跟踪方式并网,不具备有功调频能力,而将其改造的光伏虚拟同步发电机多以配备储能的方式实现虚拟同步功能,但储能设备过于昂贵,主电路改造成本较大。针对上述问题,在不改造传统集中式光伏逆变器主电路的情况下,提出一种基于变步长功率跟踪的有功备用式光伏虚拟同步发电机策略,通过有功备用方式实现虚拟同步功能,节省改造成本,所提方法克服了固定步长跟踪方法快速性和稳定性不能兼容的问题,并且使光伏虚拟同步发电机快速精确地提供惯性及阻尼支撑控制。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

    • >研制与开发
    • 基于限流级差配合的城市配电网高选择性继电保护方案

      2019, 43(5):101-106. DOI: 10.7500/AEPS20180327002

      摘要 (865) HTML (0) PDF 1.30 M (500) 收藏

      摘要:为了解决供电半径短的城市配电网继电保护配合困难问题,提出了一种基于限流级差配合高选择性继电保护方案。在变电站出线断路器和联络开关配置限流保护装置,发生相间短路故障时,出线断路器限流保护装置迅速限流并与配置于馈线分段开关的保护装置实现多级级差继电保护配合;若为永久性故障,联络开关配置限流保护装置可以在限流条件下实现故障区域的隔离和健全区域恢复供电。结合实例详细论述了限流保护装置的组成和工作原理,着重论述了参数整定方法。分析结果表明:所建议的方法能够有效降低故障处理期间的短路电流水平和对设备的损害,不仅适用于架空配电网,而且也适用于电缆配电网。

    • 柔性直流电网重合闸过电流和过电压抑制

      2019, 43(5):107-113. DOI: 10.7500/AEPS20180721001

      摘要 (874) HTML (0) PDF 1.34 M (505) 收藏

      摘要:基于架空线路的柔性直流电网多发瞬时性故障,重合闸是提高系统供电可靠性的必要手段,但容易造成系统二次过流和过压危害,严重影响系统安全运行。文中首先提出了一种简单、有效的重合闸限流电阻计算方法,通过估计桥臂最大电流来建立限流电阻和桥臂电流之间的约束关系,从而将桥臂电流限制在一定过流水平,减少重合闸期间换流站的闭锁时间。然后,分析了换流站端口过电压的产生原因,并提出了一种由晶闸管和吸能电阻构成的限压电路。该电路并联在桥臂电抗两端,能够在直流断路器动作时刻为桥臂电抗提供额外的电流通路,有效抑制系统的暂态过电压。最后,基于PSCAD软件搭建一个三端环形测试系统,大量仿真结果证明了所提方法的有效性。

    • 海上双馈感应发电机定子绕组匝间短路容错技术可行性分析

      2019, 43(5):114-120. DOI: 10.7500/AEPS20180328005

      摘要 (857) HTML (0) PDF 1.62 M (413) 收藏

      摘要:受海洋恶劣环境影响,海上双馈感应发电机(DFIG)定子绕组匝间短路故障频发,伴随海上可及性差引起的故障维修困难、停运损失巨大,使得容错技术需求日趋迫切。文中根据DFIG定子绕组匝间短路故障特点,构建精确通用的定子绕组匝间短路模型。针对故障后定子电流负序分量幅值增大而严重影响DFIG正常运行的问题,分离各序分量并提取定子负序电流,通过在转子侧输入相应的谐波电压来抵消定子侧负序电流,构建负序电流控制器以抑制故障后定子相电流的负序分量。仿真与实验结果验证了该方法可以有效降低DFIG定子绕组匝间短路故障后的定子负序电流幅值与输出功率脉动。

    • 基于时频矩阵相似度的输电线路暂态保护方法

      2019, 43(5):121-128. DOI: 10.7500/AEPS20180806002

      摘要 (885) HTML (0) PDF 1.99 M (501) 收藏

      摘要:为提高传统暂态保护方法的可靠性,综合运用宽频带暂态信号在时域和频域上的故障信息,提出一种输电线路保护新方法。该方法利用S变换提取宽频带暂态信号在不同时段不同频带下的故障信息,通过构造时频矩阵来反映暂态信号的时频变化特性;利用奇异值分解提取时频矩阵的时频特征,并减少矩阵冗余量;将奇异值矩阵与样本库矩阵进行时频特征匹配,计算矩阵相似度;根据矩阵相似度判别区内外故障。仿真结果表明,该暂态保护方法能准确快速识别区内外故障。

    • 基于电压电流协同控制的微网运行模式无缝切换策略

      2019, 43(5):129-135. DOI: 10.7500/AEPS20180616001

      摘要 (803) HTML (0) PDF 2.09 M (433) 收藏

      摘要:主从型微网从并网切换到孤岛时,主逆变器由电流控制模式切换到电压控制模式,需改变控制器结构,并且孤岛检测期间电压不可控。针对上述问题,提出一种电压电流协同控制策略,在整个运行过程中用电压控制器对微网内负载的电压进行控制。并网时电压控制器经调节后平衡微网内负载功率并达到稳定输出;同时附加上电流控制器控制输出电流,保持微网和电网间功率平衡。孤岛后电流控制器退出运行,电压控制器继续控制微网内负载电压,保证微网内负载功率始终处于平衡状态,控制器输出具有连续性,控制模式也平滑切换到电压控制。根据所述电压电流协同控制策略设计了相应的电压控制器和电流控制器。最后进行Simulink仿真及实验验证,结果证明了协同控制策略能实现微网运行模式的无缝切换。

    • 基于微分前馈自抗扰的逆变器控制策略

      2019, 43(5):136-142. DOI: 10.7500/AEPS20180615014

      摘要 (774) HTML (0) PDF 1.51 M (492) 收藏

      摘要:传统的自抗扰控制主要针对阶跃信号进行快速和无静差跟踪,而逆变器的输出为周期性信号,导致传统自抗扰控制的逆变器存在较大跟踪误差,使得自抗扰控制在逆变器上的应用受限。文中将逆变器的已知模型加入控制器中,系统未建模动态及外部扰动视为总扰动并加以抑制。常规的模型补偿自抗扰控制器虽然能实现较好的波形质量,但是存在较大的稳态误差,文中对稳态误差存在的原因进行了理论分析,提出微分前馈的自抗扰控制策略以减小逆变器的稳态误差。通过内模控制器等效法,对基于微分前馈自抗扰的逆变器进行稳定性分析。仿真与实验结果验证了所提方法的有效性。

    • 实现相位和频率检测解耦的快速锁相环

      2019, 43(5):143-151. DOI: 10.7500/AEPS20180625015

      摘要 (837) HTML (0) PDF 1.44 M (534) 收藏

      摘要:同步旋转坐标锁相环(SRF-PLL)及其改进型锁相环的相位与频率紧密耦合,电压相位发生突变而频率不变的情况下,检测得到的频率会经历一个暂态过程,导致频率检测的不准确。为此,在准一阶锁相环(QT1-PLL)结构基础上,增设解耦单元,提出改进型准一阶锁相环(MT1-PLL),实现相位与频率检测的解耦。为提高MT1-PLL对不对称、谐波等的抗干扰能力,将级联延迟信号消除法(CDSC)滤波与数学运算滤波结合成前置滤波模块,提取基波正序电压。该前置滤波模块能够滤除2次谐波,且整个滤波过程耗时仅为0.635个周期。同时,考虑了电网频率偏移、信号采样频率的影响,采用误差前馈的方法补偿它们在滤波模块造成的相位误差。最后,在PSCAD/EMTDC中设置各种工况,仿真验证了MT1-PLL、滤波模块以及相位误差消除方法的有效性。

    • 矩阵算法和优化算法相结合的配电网故障定位

      2019, 43(5):152-158. DOI: 10.7500/AEPS20180115002

      摘要 (1038) HTML (0) PDF 1.32 M (672) 收藏

      摘要:区段定位是配电网故障处理和供电恢复的重要环节。针对现有矩阵算法容错性差,而优化算法定位速度慢的问题,将两者进行优势互补,提出一种矩阵算法和优化算法相结合的配电网故障定位方法。首先,从故障告警的因果关联关系出发,建立配电网的矩阵描述并构建故障区段定位的改进矩阵判据,在告警信息正常时能够快速准确定位故障区段。其次,考虑存在告警信息畸变时,根据矩阵判据结果筛选可疑区段,并在此基础上构建优化模型进行容错判断,有效实现高容错性故障定位。最后,通过不同配电网系统算例仿真验证了所提定位方法的有效性和容错性。

    • 不对称电网单相接地故障中性点位移电压轨迹分析及应用

      2019, 43(5):159-166. DOI: 10.7500/AEPS20180811004

      摘要 (838) HTML (0) PDF 1.40 M (539) 收藏

      摘要:忽略不对称电压方向的任意性,不能准确表达配电网单相接地时中性点位移电压随过渡电阻变化的轨迹。考虑系统对地泄露电导及不对称电压方向,建立单相接地故障精确模型,准确分析出非全补偿状态下中性点位移电压随过渡电阻变化的轨迹是一段圆弧,全补偿状态下中性点位移电压随过渡电阻变化的轨迹是一条直线段。分析中性点位移电压轨迹,得到以下结论:接地后故障相电压幅值降低,欠补偿状态下接地后故障相电压超前于故障前该相电压,过补偿状态下接地后故障相电压相位滞后于故障前该相电压,全补偿状态下接地前后故障相电压相位保持不变。比较故障前后三相电压幅值与相位的相对变化关系可实现接地故障相辨识。最后,通过MATLAB/Simulink仿真验证了分析结果。

    • >工程应用
    • 分频输电应用于深远海风电并网的技术经济性分析

      2019, 43(5):167-174. DOI: 10.7500/AEPS20180725005

      摘要 (906) HTML (0) PDF 2.81 M (546) 收藏

      摘要:全球海上风电发展呈现大规模化、集群化及深远海化的特点。离岸距离大于100 km的大规模深远海风电的输电与并网方式成为海上风电发展和研究的热点方向。通过分析电缆等电气设备的传输极限和损耗,采用等年值法,综合考虑设备投资成本、维护成本、损耗费用及电缆选型,建立了系统的比较各种并网方式的技术经济评价方法.以某400 MW海上风电场为例,对高压交流输电技术、高压直流输电技术和分频输电系统3种并网方式进行技术经济分析。论证说明分频输电技术通过降低频率,既可提高电缆载流量,又显著降低了交流电缆中的充电电流,因此传输距离显著增加,表明分频输电技术在远距离、大规模深远海风电并网方面具有技术经济优势。

    • 促进负备用跨省调剂的华东电力调峰辅助服务市场设计

      2019, 43(5):175-182. DOI: 10.7500/AEPS20180711007

      摘要 (1335) HTML (0) PDF 1.41 M (629) 收藏

      摘要:由于区外清洁能源来电不断增加、区内新能源发展迅猛、低谷负荷增长缓慢以及用电峰谷差逐年增加等影响,因此华东电网低谷负荷时段调峰困难问题日益凸显,迫切需要市场化机制促进调峰资源建设。文中重点介绍了华东电力调峰辅助服务市场设计的市场定位、基本原则、市场运营规则,并针对优先使用省内调峰资源的原因、统一边际电价出清机制、“谁引起,谁分摊”的分摊方式、各方收益以及与其他省级市场的衔接方式等关键问题进行了探讨。基于调峰困难典型日算例分析了华东调峰辅助服务市场的组织过程、结算方式和分摊原则;基于实际模拟调电分析了华东调峰辅助服务市场的运行效率、市场出清量价相关性。通过实际系统的仿真和实践运行表明,所设计的电力调峰辅助服务跨省调剂机制有效且有助于促进调峰资源在省间优化配置。

    • >综述
    • 深度强化学习在需求响应中的应用

      2019, 43(5):183-191. DOI: 10.7500/AEPS20180110007

      摘要 (1163) HTML (0) PDF 1.77 M (961) 收藏

      摘要:随着中国电力市场化改革的推进,需求响应业务在向着多元化、常态化发展,新环境对需求响应的可靠性与精准性的要求越来越高,亟须完善的技术支撑。深度强化学习能够对复杂的外部环境做出较为准确的识别,并做出最优决策,能够满足需求响应的相关要求。基于此,文中对深度强化学习技术在需求响应中的应用进行了研究与探讨。首先对深度强化学习的发展历程及研究现状进行了梳理,同时分析了需求响应的研究现状与未来发展需求。在此基础上,对深度强化学习应用于需求响应业务的可行性与方法进行了探讨。提出了基于深度强化学习的需求响应业务开展架构,并对深度强化学习的实现流程进行了较为深入的分析,为需求响应技术的发展提供了参考。