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考虑需求响应不确定性的多时间尺度源荷互动决策方法

2018-02-27 08:44:01
作者: 孙宇军 王岩等
来源: 万选通资讯
分类: 技术应用
导读

本文将用户响应偏差的规律,应用于价格型DR的分析建模与激励型DR的机制设计;然后,将价格型和激励型DR与常规机组、风电、紧急调峰资源进行综合配置,提出了“日前-日内”时间尺度的源荷互动决策方法。通过算例验证源荷互动的效果,并进一步讨论了DR不确定性条件下多时间尺度源荷互动决策应关注的问题。

孙宇军,王岩,王蓓蓓,李扬,肖勇,李秋硕

1 研究背景

源荷互动作为“源-网-荷”互动体系的重要组成部分,旨在借助多类电源、负荷时空分布的广泛性,促进电力资源的合理利用。国内外学者在发用电联合调度优化方面开展了大量研究,随着负荷调度研究和应用的深入,部分学者已考虑到需求响应(DR)不确定性及其对调度计划的影响,初步总结并验证了用户响应偏差的变化规律,但尚未从多时间尺度决策的视角对DR不确定性的应用展开研究。借助于源、荷两侧资源随时间尺度变化表现的不同调节特性,能进一步挖掘互动潜力。

本文将用户响应偏差的规律,应用于价格型DR的分析建模与激励型DR的机制设计;然后,将价格型和激励型DR与常规机组、风电、紧急调峰资源进行综合配置,提出了“日前-日内”时间尺度的源荷互动决策方法。通过算例验证源荷互动的效果,并进一步讨论了DR不确定性条件下多时间尺度源荷互动决策应关注的问题。

2 需求响应不确定性的应用

2.1 需求响应偏差规律的表述

通过负荷响应率的大小和偏差来综合表述DR行为,有助于全面反映用户对电力需求的主观性、随机性。已有研究表明,负荷响应率的偏差与负荷响应量呈正相关、与弹性系数呈正相关、与经济激励呈负相关的关系。因此,DR的偏差区间随着负荷响应率和经济激励强度的增大,具有“先增大、后减小”的规律特征。

2.2 考虑不确定性的价格型DR分析建模

基于消费者心理学原理的价格型DR行为建模,将用户对分时电价(TOU)的响应情况划分为死区、线性区和饱和区,利用分段线性函数表述不同时段之间的负荷转移率。将负荷转移率解构为固定分量和偏差分量,固定分量与传统模型相同,偏差分量根据DR响应的偏差规律表述。综合考虑“峰谷”、“峰平”和“平谷”负荷转移情况,可模拟得到响应后的时段负荷,并基于此进行调度决策。

2.3 考虑不确定性的激励型DR机制设计

考虑到DR合同条款的约束,已有研究通常将激励型DR作为确定量处理。然而,激励型DR实际响应与预期也可能存在偏差,主要受到基线负荷的估算、用户的响应执行等因素影响。为保证实际效果满足合同的要求,通常将约定的响应容量限定在一个较为保守的范围内。将激励型DR作为确定量的处理方式,并不利于挖掘响应潜力。

本文基于不同时间尺度决策的视角,设计了一种刚性约束和弹性约束相结合的激励机制,其基本原理如下。

1)将可中断负荷(IL)分为基准响应档和弹性响应档,基准响应档设定为刚性约束,其实际响应容量应等于计划响应容量;弹性响应档设定为弹性约束,实际响应容量允许在计划响应容量的某一范围内波动。

2)对用户而言,满足刚性约束的中断负荷容量有限,在系统运行对中断负荷需求较大的时期,可通过提高激励水平、松弛响应容量的约束条件,进一步挖掘响应潜力。

3)基准响应档的IL对应基准补贴,在此基础上的响应增量属于弹性响应档的IL,分别对应不同的补贴标准;各弹性响应档的补贴标准和允许的实际响应容量偏差范围,可参考前述DR偏差规律进行设置。

4)实际执行中,在前一时间尺度内将IL作为确定量参与决策优化,确定并下达用户各档IL的计划响应容量,且不应超过合同约定的响应容量上限;随着运行时间点的迫近,考虑实际响应容量与计划响应容量存在偏差的可能,在后一时间尺度上将IL作为不确定参量进行决策优化,并通过源、荷资源的配合,在满足系统运行可靠性要求的前提下,增强决策的经济性。

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综上所述,考虑响应不确定性的IL合同应约定:①用户的基准档的响应容量上限及补贴标准;②用户各弹性档的响应容量上限、实际执行允许的偏差比例以及补贴标准。

3 多时间尺度源荷互动决策方法

3.1 “日前-日内”时间尺度的源荷互动决策框架

DR能促进间歇性能源消纳,缓解系统调峰压力;也应考虑到用户响应具有不确定性,通过不同时间尺度上的协调优化增强源荷互动效果。基于此,本文提出了一种考虑DR不确定性的“日前-日内”时间尺度的源荷互动决策方法,框架如表1所示。

表1 “日前-日内”源荷互动决策框架

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日前决策中,基于不确定性价格型DR模型拟合时段负荷,然后根据用户申报的激励型DR合同分档信息,将激励型DR与风电、常规机组进行联合优化,确定常规机组组合、激励型DR的调用状态和计划响应容量。日前决策优化得到的目标值是预调度成本。

日内决策中,根据日前决策确定的常规机组组合、激励型DR调用状态和计划响应量等信息,进一步考虑日内时间尺度上源、荷资源的不确定性,进行风电、常规机组、紧急调峰资源以及DR资源的优化配置,由此确定实际调度总成本。

3.2 决策建模和求解

日前调度决策建模以常规机组发电、弃风和IL的调度成本之和最小化为目标,考虑系统有功平衡和备用约束、机组约束、激励型DR约束,求解确定常规机组组合、激励型DR的调用状态和计划响应容量,并将上述结果作为确定量代入日内决策模型。

日内调度决策建模以常规机组发电、弃风、紧急调峰和IL调度成本之和最小化为目标,考虑响应不确定性的影响,激励型DR的实际响应容量以计划响应容量为标准,根据合同要求允许其在约定的范围内波动。

模型中,将风电和负荷的不确定量采用三角隶属度函数的模糊参量表示。根据不确定规划理论将约束条件和目标函数转化为其清晰等价类,借助YALMIP调用优化软件ILOG CPLEX进行求解。

4 算例分析与讨论

4.1 源荷互动效果分析

选取四种场景对比分析(无DR,仅有TOU,仅有IL,含TOU和IL),结果表明,价格型和激励型DR与发电侧资源的有效整合,能够避免部分边际成本较高的机组运行,缓解机组的频繁启停,减少弃风和降低调峰需求,具有突出的经济效益。

日前决策确定机组组合和IL计划响应容量的前提下,紧急调峰资源参与日内决策发挥了其快速灵活的特点,有助于缓解短时间尺度上负荷变化引起的矛盾;此外,其与常规机组可调出力的配合,增强了发电资源的灵活性,有利于规避IL响应不确定性对系统运行的影响,在保证调度决策满足置信度要求的前提下,增强决策的经济性。

4.2 不同时间尺度上置信度的选取

考虑源、荷不确定性的决策中,总成本与置信度呈正相关的关系;多时间尺度的决策还面临不同时间尺度置信度配合选择的问题。为满足最终决策方案的置信度要求,日前决策并非一定要达到相同的置信度,可以在等于或低于该置信度的范围内选取。算例结果表明,日前决策置信度要求过高时,可能会过度调用单位补偿成本不太高但日内可调范围相对较大的IL资源,实际运行中需要部分边际成本较高的发电侧资源进行弥补,导致最终成本略为上升。

系统有功和备用充足的条件下,可通过适当降低日前决策的置信度,寻找经济最优方案;反之,应充分考虑到系统稳定、可靠运行的需要,不宜将置信水平设置过低。考虑不同时间尺度上决策置信度的配合,可以进一步增强互动效果。

4.3 拉开电价差对决策效果的影响分析随着电价差的逐步拉大,决策成本总体呈下降趋势,尤其在起始阶段,效应显著;出现决策成本低点后,随着电价差继续拉大,总成本小幅增加并趋于稳定。因此,多种资源参与并考虑不确定性影响的条件下,不建议过度追求TOU的响应强度,还应关注如何在适度的电价差下,通过有效的源、荷资源整合达到良好的互动效果。

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作者介绍

孙宇军,硕士,南网科研院助理工程师。主要研究方向:智能用电,电力系统经济运行。

王岩,硕士,南网科研院高级工程师。主要研究方向:智能用电,电力系统规划与运行。

王蓓蓓,博士,东南大学电气工程学院副教授,博士生导师。主要研究方向:电力系统经济运行,智能用电,电力市场。

李扬,博士,东南大学电气工程学院教授,博士生导师。主要研究方向:电力系统运行与控制,智能用电,电力市场。

肖勇,博士,南网科研院智能用电与计量技术研究所副所长,教授级高级工程师。主要研究方向:智能用电,智能量测。

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