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  • 考慮需求響應不確定性的多時間尺度源荷互動決策方法

    2018-03-13 14:39:39 萬選通資訊  點擊量: 評論 (0)
    1 研究背景源荷互動作為源-網(wǎng)-荷互動體系的重要組成部分,旨在借助多類電源、負荷時空分布的廣泛性,促進電力資源的合理利用。國內(nèi)外學者

    1 研究背景

    源荷互動作為“源-網(wǎng)-荷”互動體系的重要組成部分,旨在借助多類電源、負荷時空分布的廣泛性,促進電力資源的合理利用。國內(nèi)外學者在發(fā)用電聯(lián)合調(diào)度優(yōu)化方面開展了大量研究,隨著負荷調(diào)度研究和應用的深入,部分學者已考慮到需求響應(DR)不確定性及其對調(diào)度計劃的影響,初步總結(jié)并驗證了用戶響應偏差的變化規(guī)律,但尚未從多時間尺度決策的視角對DR不確定性的應用展開研究。借助于源、荷兩側(cè)資源隨時間尺度變化表現(xiàn)的不同調(diào)節(jié)特性,能進一步挖掘互動潛力。

    本文將用戶響應偏差的規(guī)律,應用于價格型DR的分析建模與激勵型DR的機制設計;然后,將價格型和激勵型DR與常規(guī)機組、風電、緊急調(diào)峰資源進行綜合配置,提出了“日前-日內(nèi)”時間尺度的源荷互動決策方法。通過算例驗證源荷互動的效果,并進一步討論了DR不確定性條件下多時間尺度源荷互動決策應關(guān)注的問題。

    2 需求響應不確定性的應用

    2.1 需求響應偏差規(guī)律的表述

    通過負荷響應率的大小和偏差來綜合表述DR行為,有助于全面反映用戶對電力需求的主觀性、隨機性。已有研究表明,負荷響應率的偏差與負荷響應量呈正相關(guān)、與彈性系數(shù)呈正相關(guān)、與經(jīng)濟激勵呈負相關(guān)的關(guān)系。因此,DR的偏差區(qū)間隨著負荷響應率和經(jīng)濟激勵強度的增大,具有“先增大、后減小”的規(guī)律特征。

    2.2 考慮不確定性的價格型DR分析建模

    基于消費者心理學原理的價格型DR行為建模,將用戶對分時電價(TOU)的響應情況劃分為死區(qū)、線性區(qū)和飽和區(qū),利用分段線性函數(shù)表述不同時段之間的負荷轉(zhuǎn)移率。將負荷轉(zhuǎn)移率解構(gòu)為固定分量和偏差分量,固定分量與傳統(tǒng)模型相同,偏差分量根據(jù)DR響應的偏差規(guī)律表述。綜合考慮“峰谷”、“峰平”和“平谷”負荷轉(zhuǎn)移情況,可模擬得到響應后的時段負荷,并基于此進行調(diào)度決策。

    2.3 考慮不確定性的激勵型DR機制設計

    考慮到DR合同條款的約束,已有研究通常將激勵型DR作為確定量處理。然而,激勵型DR實際響應與預期也可能存在偏差,主要受到基線負荷的估算、用戶的響應執(zhí)行等因素影響。為保證實際效果滿足合同的要求,通常將約定的響應容量限定在一個較為保守的范圍內(nèi)。將激勵型DR作為確定量的處理方式,并不利于挖掘響應潛力。

    本文基于不同時間尺度決策的視角,設計了一種剛性約束和彈性約束相結(jié)合的激勵機制,其基本原理如下。

    1)將可中斷負荷(IL)分為基準響應檔和彈性響應檔,基準響應檔設定為剛性約束,其實際響應容量應等于計劃響應容量;彈性響應檔設定為彈性約束,實際響應容量允許在計劃響應容量的某一范圍內(nèi)波動。

    2)對用戶而言,滿足剛性約束的中斷負荷容量有限,在系統(tǒng)運行對中斷負荷需求較大的時期,可通過提高激勵水平、松弛響應容量的約束條件,進一步挖掘響應潛力。

    3)基準響應檔的IL對應基準補貼,在此基礎上的響應增量屬于彈性響應檔的IL,分別對應不同的補貼標準;各彈性響應檔的補貼標準和允許的實際響應容量偏差范圍,可參考前述DR偏差規(guī)律進行設置。

    4)實際執(zhí)行中,在前一時間尺度內(nèi)將IL作為確定量參與決策優(yōu)化,確定并下達用戶各檔IL的計劃響應容量,且不應超過合同約定的響應容量上限;隨著運行時間點的迫近,考慮實際響應容量與計劃響應容量存在偏差的可能,在后一時間尺度上將IL作為不確定參量進行決策優(yōu)化,并通過源、荷資源的配合,在滿足系統(tǒng)運行可靠性要求的前提下,增強決策的經(jīng)濟性。

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    綜上所述,考慮響應不確定性的IL合同應約定:①用戶的基準檔的響應容量上限及補貼標準;②用戶各彈性檔的響應容量上限、實際執(zhí)行允許的偏差比例以及補貼標準。

    3 多時間尺度源荷互動決策方法

    3.1 “日前-日內(nèi)”時間尺度的源荷互動決策框架

    DR能促進間歇性能源消納,緩解系統(tǒng)調(diào)峰壓力;也應考慮到用戶響應具有不確定性,通過不同時間尺度上的協(xié)調(diào)優(yōu)化增強源荷互動效果。基于此,本文提出了一種考慮DR不確定性的“日前-日內(nèi)”時間尺度的源荷互動決策方法,框架如表1所示。

    表1 “日前-日內(nèi)”源荷互動決策框架

    2.jpg

    日前決策中,基于不確定性價格型DR模型擬合時段負荷,然后根據(jù)用戶申報的激勵型DR合同分檔信息,將激勵型DR與風電、常規(guī)機組進行聯(lián)合優(yōu)化,確定常規(guī)機組組合、激勵型DR的調(diào)用狀態(tài)和計劃響應容量。日前決策優(yōu)化得到的目標值是預調(diào)度成本。

    日內(nèi)決策中,根據(jù)日前決策確定的常規(guī)機組組合、激勵型DR調(diào)用狀態(tài)和計劃響應量等信息,進一步考慮日內(nèi)時間尺度上源、荷資源的不確定性,進行風電、常規(guī)機組、緊急調(diào)峰資源以及DR資源的優(yōu)化配置,由此確定實際調(diào)度總成本。

    3.2 決策建模和求解

    日前調(diào)度決策建模以常規(guī)機組發(fā)電、棄風和IL的調(diào)度成本之和最小化為目標,考慮系統(tǒng)有功平衡和備用約束、機組約束、激勵型DR約束,求解確定常規(guī)機組組合、激勵型DR的調(diào)用狀態(tài)和計劃響應容量,并將上述結(jié)果作為確定量代入日內(nèi)決策模型。

    日內(nèi)調(diào)度決策建模以常規(guī)機組發(fā)電、棄風、緊急調(diào)峰和IL調(diào)度成本之和最小化為目標,考慮響應不確定性的影響,激勵型DR的實際響應容量以計劃響應容量為標準,根據(jù)合同要求允許其在約定的范圍內(nèi)波動。

    模型中,將風電和負荷的不確定量采用三角隸屬度函數(shù)的模糊參量表示。根據(jù)不確定規(guī)劃理論將約束條件和目標函數(shù)轉(zhuǎn)化為其清晰等價類,借助YALMIP調(diào)用優(yōu)化軟件ILOG CPLEX進行求解。

    4 算例分析與討論

    4.1 源荷互動效果分析

    選取四種場景對比分析(無DR,僅有TOU,僅有IL,含TOU和IL),結(jié)果表明,價格型和激勵型DR與發(fā)電側(cè)資源的有效整合,能夠避免部分邊際成本較高的機組運行,緩解機組的頻繁啟停,減少棄風和降低調(diào)峰需求,具有突出的經(jīng)濟效益。

    日前決策確定機組組合和IL計劃響應容量的前提下,緊急調(diào)峰資源參與日內(nèi)決策發(fā)揮了其快速靈活的特點,有助于緩解短時間尺度上負荷變化引起的矛盾;此外,其與常規(guī)機組可調(diào)出力的配合,增強了發(fā)電資源的靈活性,有利于規(guī)避IL響應不確定性對系統(tǒng)運行的影響,在保證調(diào)度決策滿足置信度要求的前提下,增強決策的經(jīng)濟性。

    4.2 不同時間尺度上置信度的選取

    考慮源、荷不確定性的決策中,總成本與置信度呈正相關(guān)的關(guān)系;多時間尺度的決策還面臨不同時間尺度置信度配合選擇的問題。為滿足最終決策方案的置信度要求,日前決策并非一定要達到相同的置信度,可以在等于或低于該置信度的范圍內(nèi)選取。算例結(jié)果表明,日前決策置信度要求過高時,可能會過度調(diào)用單位補償成本不太高但日內(nèi)可調(diào)范圍相對較大的IL資源,實際運行中需要部分邊際成本較高的發(fā)電側(cè)資源進行彌補,導致最終成本略為上升。

    系統(tǒng)有功和備用充足的條件下,可通過適當降低日前決策的置信度,尋找經(jīng)濟最優(yōu)方案;反之,應充分考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運行的需要,不宜將置信水平設置過低。考慮不同時間尺度上決策置信度的配合,可以進一步增強互動效果。

     

    4.3 拉開電價差對決策效果的影響分析隨著電價差的逐步拉大,決策成本總體呈下降趨勢,尤其在起始階段,效應顯著;出現(xiàn)決策成本低點后,隨著電價差繼續(xù)拉大,總成本小幅增加并趨于穩(wěn)定。因此,多種資源參與并考慮不確定性影響的條件下,不建議過度追求TOU的響應強度,還應關(guān)注如何在適度的電價差下,通過有效的源、荷資源整合達到良好的互動效果。

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    責任編輯:售電衡衡

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