基于低碳经济优化调度的电-碳联合需求响应改进策略研究

随着中国双碳目标的提出以及全国碳市场的快速发展,探索碳市场环境下电力系统的发展和优化调度策略具有十分重要的意义。以电力系统最小化成本和碳排放量为目标,提出了一种基于低碳经济优化调度的电-碳联合需求响应改进策略,该策略将碳排放权交易市场中的碳成本引入到需求响应目标中,通过日前模拟优化调控的方法,获得系统各节点参与需求响应的最优策略。研究结果显示,所提改进策略能够在满足需求响应要求的条件下有效减少碳排放。

计及多重需求响应的综合能源系统多时间尺度低碳运行

为挖掘需求侧资源响应潜力,文中提出一种计及多重需求响应的综合能源系统(integrated energy system,IES)多时间尺度低碳调度策略。首先,考虑到需求侧资源在不同时间尺度下的响应差异性,建立计及价格型和激励型的多重综合需求响应(integrated demand response,IDR)模型。然后,为减少源、荷预测误差对IES运行的影响,分别构建日前低碳经济调度模型和日内双时间尺度滚动优化平抑模型。最后,算例仿真设置不同场景进行对比分析。结果表明,相比传统IDR,多重IDR能有效挖掘用户响应潜力,提升系统经济性。此外,计及多重IDR的多时间尺度调度策略能有效缓解源、荷误差带来的功率波动并降低系统碳排放量,实现IES低碳、经济和稳定运行。

考虑超碳需求响应的综合能源系统低碳优化调度

西北地区新能源发展迅速,充分利用当地独有的光热资源优势,同时结合火电低碳化改造与新能源协同运行,有利于推动当地能源系统绿色低碳转型。为尽最大限度地提升系统的减碳能力,提出一种基于源荷协同降碳的超碳需求响应模型,将动态碳排放因子作为分时电价的惩罚因子,从而将源侧碳信号传递至荷侧,驱使用户侧进行低碳性状态转移。首先,在日前调度阶段,构建预调度-再调度两阶段调度运行机制,再调度根据预调度的系统状态信息进行超碳需求响应,来深度降低系统碳排量。其次,将光热电站引入综合能源系统,与风电场、碳捕集电厂协同运行,从而构建高比例新能源场景,来验证超碳需求响应在此场景下的减碳效益。最后,建立了基于超碳需求响应的预调度-再调度两阶段低碳调度模型。经算例仿真分析表明,所提源荷协同降碳的新思路能有效提高系统的减碳能力,深入挖掘系统的降碳空间,提升系统的经济效益。

考虑含HRD的光热电站和综合需求响应的综合能源系统低碳经济调度

在“双碳”的背景下,为进一步提升综合能源系统(Integrated Energy System, IES)的经济性和环境效益,文中提出一种在奖惩阶梯型碳交易机制下考虑含热回收装置(Heat Recycling Device, HRD)的光热电站和综合需求响应的IES系统低碳经济调度方法。首先,在源侧构建含热回收装置的光热电站与加装碳捕集的热电联产机组联合运行的IES架构,并分析电转气两阶段的运行原理,建立计及余热回收的电转气设备模型。其次,考虑到负荷侧电、热、气三种负荷的柔性特性,在负荷侧建立电热气综合需求响应模型。最后,引入奖惩阶梯型碳交易机制,进一步减小系统碳排放量,构建调度周期内以含购能成本、运维成本、碳交易成本等系统总运行成本最小为目标的综合能源系统低碳优化调度模型。通过算例分析结果表明,所提方法不仅能提高机组的运行潜力,而且有效降低了系统总运行成本与碳排放量。

考虑用户比价行为的综合需求响应低碳优化策略

在我国“双碳”背景下,建立综合能源系统(integrated energy system,IES)已经成为实现“碳达峰”、“碳中和”目标,加快能源结构转型的重要举措,而综合需求响应(integrated demand response,IDR)是综合能源系统减少碳排放、缓解供需双侧不平衡的有效途径。然而,现有关于IDR的研究大多仅考虑其经济效益,未考虑其环境效益,忽略了需求侧用户对不同时段激励价格的比价行为以及不同用户的差异化响应特性。该文提出了基于碳排放因子的IDR碳排放折算模型,并将碳排放成本加入综合能源系统服务商(integrated energy system provider,IESP)的目标函数中;通过建立激励交叉弹性耦合矩阵对用户的比价行为进行了有效建模以提升模型的精确性;同时计及用户的差异化响应特性,通过制定差异化的激励策略以充分挖掘用户的响应潜力。所提模型被建立为一个IESP-用户双层优化模型,并将该模型转化为了一个单层的凸优化模型以实现高效地求解。最后通过仿真算例验证了模型的有效性,不仅减少了碳排放量,同时降低了IESP的响应成本并提升了用户的舒适度,实现了多方共赢。

基于节点碳势需求响应的电力系统双层优化调度

为实现电力系统低碳排放、助力经济提升,在建立碳势引导多元柔性负荷模型的基础上,提出一种基于节点碳势需求响应的双层优化调度策略。首先,利用比例共享原则追踪碳排放流,搭建碳排放流模型,从时空维度感知各节点的碳势变化规律。其次,将碳流分析纳入负荷侧需求响应机制中,利用节点碳势建立负荷聚合商需求响应碳排放模型,并厘清不同碳势强度下负荷聚合商调度差异,构建基于节点碳势需求响应的电力系统双层优化调度模型。模型上层为电网运营商最优经济调度,模型下层为负荷聚合商需求响应经济调度。最后,以改进IEEE 30节点系统为例,验证了所提方法的有效性。

基于多类需求响应的配电网优化调度

针对当前激励型定价补偿机制无法满足多类型负荷差异化需求的问题,提出了一种分段式补偿价格形式的可中断负荷补偿方法,同时引入负荷转移时间和负荷转移功率的二维交变函数,建立了量化负荷转移成本的可转移负荷补偿模型;计及可中断负荷不确定性,建立了多类型需求响应参与配电网优化运行模型,针对模型中非凸非线性的约束,利用二阶锥松弛方法将模型转化为混合整数二阶锥规划模型,采用CPLEX求解器对模型进行求解,并引入贡献度和置信度作为评估用户响应能力的评价指标。仿真结果表明,新型补偿机制能更加合理地指导用户调整用电负荷,平滑负荷曲线,提高配电网运行经济性。

考虑需求响应和热能梯级利用的园区综合能源系统多目标优化调度

园区综合能源系统(Park-level Integrated Energy System,PIES)供能设备多样,能源耦合机制复杂,是典型的复杂能源系统。为实现PIES低碳经济运行并提升风电消纳量以及解决系统因用能结构不合理导致的能源利用效率偏低问题,文中建立了电热需求响应模型优化负荷,并充分考量能量的“质”与“量”,基于热力学第一、第二定律建立了对系统碳排放约束性较强的综合能效模型,并将系统的热负荷根据能源品位进行细化区分,依据热能梯级利用理论,建立了能量耦合设备的数学模型。最后结合系统经济成本目标及系统综合能效目标建立了园区综合能源系统多目标优化调度模型,实现针对系统内各设备出力的调度。算例分析表明,文中提出的优化调度方案能够在提升系统风电消纳率及运行经济性的同时兼顾系统的低碳高效运行。

大规模车网互动需求响应策略及潜力评估综述

大量电动汽车的接入为电网带来了新的挑战与机遇,电动汽车作为具有负荷与储能双重属性的特殊灵活性资源,车网互动过程中需要实施调度方案及需求响应策略对其进行引导。针对现有问题,全面综述了相关研究。首先,为综述电动汽车有序充放电模型,基于用户出行习惯探讨了电动汽车聚类方法,并得出了考虑特征变量聚类可有效提高聚类模型精确度的结论。其次,梳理了现有的需求响应策略,通过权衡协调各类需求响应策略,能有效激发用户调度潜力。然后,基于策略研究,从数据与机理两类评估角度总结了如何提高需求响应评估精度。最后对未来研究做出展望:未来电网侧可聚焦峰谷时段细化研究、聚合商侧可针对不同用户聚类建立更适宜的调度策略、未来仍需探寻多市场主体有效商业模式等。

考虑氢能利用与需求响应的综合能源系统低碳优化调度

综合能源系统(IES)对提高能源利用效率、减少碳排放具有重要意义.为了更好地实现这一目标,提出一种考虑氢能利用与需求响应的IES低碳优化调度方法.在源侧,构建以氢能利用为核心的IES模型来优化设备运行灵活性;在负荷侧,考虑到用户用能特征,建立基于Logistic函数的需求响应模型来优化负荷曲线、协助降碳;同时,为进一步挖掘系统的碳减排潜力,在优化模型中引入阶梯式碳交易机制;最后,综合考虑系统购能成本、运维成本、碳交易成本以及弃风成本,以IES日运行总成本最小为目标函数进行优化调度.算例验证结果表明,所构建模型不仅达到负荷削峰填谷的效果,同时可以有效地降低IES的运行总成本和碳排放,具有较好的低碳经济性.

面向战区联合作战的空间需求响应任务规划

针对战区联合作战中的空间需求响应问题,描述了面向战区联合作战的空间需求响应任务规划的背景;从空间资源能力、空间需求响应机制、空间需求响应效益和代价等方面,分析了空间需求响应任务规划所需考虑的主要因素;定义并描述了任务规划模型,设计了任务规划计算方法,并结合战区联合作战实际进行了案例仿真与分析,验证了模型和方法的有效性,为战区联合作战中空间需求的有效响应提供了理论和方法支撑。

极端灾害下基于综合需求响应的电-水-气综合能源系统负荷恢复策略

在地震等极端自然灾害下,电-水-气综合能源系统的元件故障概率会大幅提升,进而严重影响系统的正常运行。针对目前忽略用户在提升系统弹性上的潜力,基于综合需求响应对电-水-气综合能源系统负荷恢复策略进行研究。首先基于多能源之间的耦合特性与用户的动态响应特性建立综合需求响应模型。其次设计系统与用户协同的需求响应参与机制,将用户的综合需求响应作为灵活性资源融入极端灾害下的负荷恢复策略中,有效、合理地提升系统弹性。最后建立电-水-气综合能源系统负荷恢复优化模型,通过改造的电-水-气综合能源系统对所提出的方法进行了模拟和验证。结果表明,所提出的负荷恢复策略能够提高灾后系统负荷的恢复比例,有效增强系统的弹性。

市场环境下需求响应行为特性及模型研究综述

研究市场环境下需求响应(DR)行为,挖掘需求侧灵活资源参与市场的真实动因和特点,有利于促进负荷侧灵活资源参与电网运行,修正和优化电力市场机制,增强新型电力系统的灵活调节能力。首先,针对市场环境下DR行为特性及模型研究进行回顾和综述,分别从欧美成熟电力市场和中国电力市场建设两个角度梳理了DR资源参与的多样化市场环境;其次,从偏好多样性、效用趋优性、行为关联性、行为博弈性、价格弹性和响应不确定性6个方面分析市场环境下需求侧灵活资源的响应行为特性;然后,结合行为经济学原理,构建了DR行为的通用数学模型,从响应机理和数据驱动两个角度梳理适应不同行为特征的市场响应行为建模方法,并进行适应性分析;最后,从社交影响、信息不充分、用户有限理性、多市场最优决策、综合DR等角度展望了后续研究方向。

计及需求响应的光热电站参与深度调峰的分层优化调度策略

从源、荷两侧挖掘系统调峰潜力,建立计及需求响应的光热电站参与深度调峰的分层优化调度模型。上层从负荷侧出发,提出一种基于负荷分类的价格需求响应模型,可有效缓解系统调峰压力;中层从电源侧出发,利用光热电站灵活的调节特性在深度调峰时段协调火电机组参与辅助调峰,构建以运行总成本最小为目标函数的日前调度模型;下层提出一种基于模型预测控制的日内动态调整模型,在滚动优化的同时,通过状态反馈环节实时调整光热电站储热装置充放热修正日前调度计划。仿真结果表明,所提调度策略在降低系统调峰成本的同时能有效抑制风光以及负荷的短时功率波动,在保证系统安全稳定运行的前提下提升风光消纳率。

基于消费者耦合行为的综合需求响应建模与主从博弈运行策略研究

多种异质能源的集成利用在带来互补耦合效益的同时,通常忽略了需求侧多能耦合转换对用户用能满意度的影响,并且当前主流的需求响应单边定价机制大多难以应对系统与用户间复杂的利益交互与迭代关系。据此,提出一种考虑消费者耦合行为的综合需求响应建模与主从博弈运行策略。首先,考虑消费者耦合行为对用户满意度的影响,建立一种适用于综合能源系统负荷聚合商的综合需求响应改进模型。其次,以系统运营商为领导者、多个负荷聚合商为跟随者,提出一种基于主从博弈的综合能源系统优化运行策略,并对所建立的一主多从互动模型的Nash均衡解存在性与唯一性进行了证明。最后,结合标准IEEE33节点系统与比利时20节点天然气系统构建算例分析系统,所得结论验证了所提出的消费者耦合行为需求响应模型的准确性与所提策略方法在兼顾博弈主体双方利益方面的有效性。

面向系统灵活性提升的大用户激励型需求响应优化策略

针对大规模可再生能源接入电力系统所导致的灵活爬坡产品(FRP)需求激增问题,提出一种大用户激励型需求响应(DR)策略,为独立系统运营商(ISO)获取需求侧灵活性资源提供有效途径。采用用户需求管理行为模型(CDMBM),估计能够反映DR行为差异化的用户响应成本函数;构建ISO与多个大用户之间的激励型DR主从博弈模型,以ISO为决策主体的电能与FRP联合出清优化模型作为上层模型,以大用户参与联合市场DR决策的优化模型作为下层模型,通过将主从博弈问题转换为带均衡约束的数学优化问题,求解博弈均衡解进而得到具有差异化的用户DR单位补偿费用。通过算例分析,验证了所提策略的有效性。

基于需求响应的家庭负荷优化调度算法研究

为提升电力需求侧负荷需求响应能力,降低家庭用户的用电成本和电网日负荷曲线峰谷差,提出一种基于改进多目标粒子群算法的家庭负荷优化调度策略。首先,分析家庭负荷的运行特性并对其分类建模,采用功率平衡和储能充放电功率为约束,建立以用电成本和负荷峰值平均功率比为目标的负荷优化调度模型;其次,以自适应惯性权重和均值欧氏距离等策略对多目标粒子群算法进行改进,并用改进算法对建立的模型进行优化求解;最后,用实际算例进行仿真,验证所提模型和算法的可行性与有效性,为用户参与需求响应提供了多种参考方案。

基于热电解耦CCHP和综合需求响应协同优化的配电网韧性提升策略

针对灾后紧急恢复阶段,提出一种基于热电解耦燃气冷热电三联供(CCHP)和综合需求响应协同优化的配电网韧性提升策略。该策略在提升韧性的同时计及资源利用效能,通过刻画计及不确定性的冷热用户响应意愿曲线,得到其可用调温范围,并基于此提出衡量用户舒适度的温度偏离度指标,最终以停电周期内电负荷恢复价值量最大和冷热负荷温度偏离度最小为目标构建多目标优化模型,利用ε-约束模型将其转换为单目标模型进行求解。以IEEE-69电力系统与比利时20节点天然气网络耦合系统进行仿真模拟,验证策略的有效性。

考虑需求响应及不确定性的综合能源优化调度

如何在区域综合能源系统中建立有效的需求侧模型,对于需求响应政策的实施至关重要。为提高用户参与需求响应积极性,引入实时定价机制,同时考虑系统的经济低碳性和电气热用户的用能满意度,构建兼顾系统和用户利益的综合需求响应主从博弈模型。针对用户参与需求响应的不确定性,引入贝叶斯方法更新负荷曲线。算例分析表明,所提博弈模型及贝叶斯方法能够有效平衡系统和用户之间的利益,提高了综合需求响应的可靠性。

考虑需求响应和共享储能的微网联盟两阶段优化调度

随着共享储能的推广,能源信息的流动与共享得到进一步发展,为促进能源管理和提升利用效率,提出一种基于共享储能和需求响应的微网联盟两阶段优化调度策略。首先,建立多微网联盟-共享储能系统运行框架,并基于综合贡献度对微网利益分配过程进行建模;其次,建立两阶段优化调度模型,第一阶段以多微网联盟-共享储能系统净收益最大为目标,第二阶段考虑用户的需求响应,求解耗能用户的最低购能费用;再次,利用求解器对两阶段模型分别进行求解,得到多微网系统的分时能源价格、各微网设备的运行状态、需求响应后负荷和各微网利益;最后,设置4个方案作为算例,验证所提优化策略在提高各微网收益和激励用户需求响应的有效性。