基于需求響應的大規(guī)模風電消納調度策略研究

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1、東南大學東南大學 電氣工程學院電氣工程學院2013/12/022013/12/02基于基于需求響應的大規(guī)模風需求響應的大規(guī)模風電消納調度策略研究電消納調度策略研究l 成立于成立于1999年，年，國內最早開展需求側管理研究的高校之一國內最早開展需求側管理研究的高校之一；l 在國內率先提出在國內率先提出“能效電廠能效電廠”和和“智能需求側管理智能需求側管理”的概念和構架。的概念和構架。l 國際國際合作合作，和美國弗吉尼亞理工大學、田納西州立大學、美國能源基金和美國弗吉尼亞理工大學、田納西州立大學、美國能源基金會、美國自然資源保護委員會等建立了長期穩(wěn)定的科研和人才交流合作會、美國自然資源保護委員會等

2、建立了長期穩(wěn)定的科研和人才交流合作；l 國內國內合作合作，和，和國家科技部、國家科技部、國家國家電網電網公司公司、南方電網公司、南方電網公司、江蘇省電力江蘇省電力監(jiān)管辦公室、江蘇省經貿委、江蘇省電力公司等相關企事業(yè)單位和政府監(jiān)管辦公室、江蘇省經貿委、江蘇省電力公司等相關企事業(yè)單位和政府部門建立長期穩(wěn)定的合作和聯(lián)系部門建立長期穩(wěn)定的合作和聯(lián)系機制機制東南大學需求側管理研究所東南大學需求側管理研究所l 完成了有關完成了有關DSM項目項目20多項，科研經費多項，科研經費1000多萬，發(fā)表全國重點期刊多萬，發(fā)表全國重點期刊文章文章70多篇多篇。l 開設了有關需求側管理理論與應用研究生課程。開設了有關需

3、求側管理理論與應用研究生課程。l 參加了中國電力出版社電力需求側管理實用技術、電力需求側管參加了中國電力出版社電力需求側管理實用技術、電力需求側管理工作指南部分章節(jié)、中國電力百科全書理工作指南部分章節(jié)、中國電力百科全書“需求側管理分支需求側管理分支”的的編寫工作。編寫工作。l 協(xié)助國家電網公司電力需求側指導中心辦理電力需求側管理雙月刊協(xié)助國家電網公司電力需求側指導中心辦理電力需求側管理雙月刊和有關技術管理工作。和有關技術管理工作。東南大學需求側管理研究所東南大學需求側管理研究所4圍繞有關基金項目和973基礎研究項目，開展了有關DSM的基礎理論研究；建立了DSM的多目標模型，提出了模糊動態(tài)規(guī)劃的

4、解決方法；為規(guī)避電力市場下的電價不確定性，引入金融衍生工具制定可中斷合同，并應用博弈論理論，制定激勵機制建立了需求響應（DSM在電力市場環(huán)境下的新形式）分析模型，研究需求響應對于市場清算價的影響、對消除系統(tǒng)阻塞的作用、對系統(tǒng)備用的作用。研究了用戶電力使用和設備調查和數(shù)據(jù)分析的方法；建立了負荷特性分析和DSM項目經濟評估體系和潛力分析模型和算法；給出了根據(jù)實施DSM的目標和指標，制定實施DSM規(guī)劃的方法。數(shù)據(jù)采集與管理子系統(tǒng)負荷特性分析子系統(tǒng)需求側管理決策分析子系統(tǒng)系統(tǒng)管理子系統(tǒng)用戶管理子系統(tǒng)基于需求響應的大規(guī)模風電消納基于需求響應的大規(guī)模風電消納調度策略研究調度策略研究研究背景研究背景12研究

5、內容研究內容總結與展望總結與展望3 全球能源短缺、能源供應安全形勢的日趨嚴峻；可再生能源具有資源分布廣、開發(fā)潛力大、清潔、安全、可永續(xù)利用的特點；可再生能源是保障能源安全、加強環(huán)境保護、應對氣候變化的重要措施，已成為各國能源體系的重要組成部分；預計到2050年，可再生能源可開發(fā)總量的2.5%將能滿足全球大約80%的能源需求。可再生能源在能源戰(zhàn)略中的地位不斷提升可再生能源在能源戰(zhàn)略中的地位不斷提升風電是發(fā)展較快的重要可再生能源風電是發(fā)展較快的重要可再生能源 成本較低 技術較成熟 可靠性較高中國風電產業(yè)快速發(fā)展2012年我國風電累計并網容量達6237萬千瓦，取代美國成為世界第一風電大世界第一風電大

6、國國。風電發(fā)展風電發(fā)展“十二五十二五”規(guī)劃規(guī)劃：2015 年，我國投入運行的風電裝機容量達到1億千瓦，年發(fā)電量達到1900億千瓦時，風電發(fā)電量在全部發(fā)電量中的比重超過3%。風電并網消納風電并網消納-風電發(fā)展過程中面臨的突出問題之一風電發(fā)展過程中面臨的突出問題之一風電發(fā)展“十二五”規(guī)劃中指出：風電發(fā)展已從過去設備制造能力的制約轉變?yōu)槭袌鱿{能力消納能力的制約。風電并網消納面臨的關鍵問題分析風電并網消納面臨的關鍵問題分析 風電具有隨機性、波動性、間歇性等特點，具有明顯的反調峰特性；風電預測精度有待提高，現(xiàn)有預測精度難以滿足電網調控需求；風電并網容量快速增加，風電發(fā)展與系統(tǒng)安全運行的矛盾逐步顯現(xiàn)。風

7、電的大規(guī)模接入給電網的調度計劃與運行控制帶來了新的風電的大規(guī)模接入給電網的調度計劃與運行控制帶來了新的挑戰(zhàn)，需提高挑戰(zhàn)，需提高系統(tǒng)的靈活調節(jié)能力配合風電出力的系統(tǒng)的靈活調節(jié)能力配合風電出力的變化變化。促進風電并網消納的調度策略促進風電并網消納的調度策略 提高風電預測精度 間歇性電源預測誤差必然存在，風電預測精度短時間內難以大幅提高。發(fā)電側資源協(xié)調優(yōu)化：風火互濟系統(tǒng)、風水互濟系統(tǒng) 過分依賴傳統(tǒng)機組增加碳排放，降低了風電接入的環(huán)境效益；發(fā)電側調節(jié)能力有限，不能滿足大容量風電接入要求?；瘜W儲能裝置 化學儲能成本昂貴，同等容量下成本約為DR的8-15倍。發(fā)電側和用電側協(xié)調優(yōu)化：需求響應 DR資源與傳統(tǒng)

8、發(fā)電技術相比，更具環(huán)保效益；與價格昂貴的儲能裝置相比，DR經濟性較好，因此DR成為消納可再生能源技術上與經濟上都極佳的解決方案。改進傳統(tǒng)調度方式需求響應（需求響應（Demand ResponseDemand Response）消納風電的新途徑消納風電的新途徑概念概念電力電力市場中的用戶根據(jù)價格信號或激勵機制做出響應，并市場中的用戶根據(jù)價格信號或激勵機制做出響應，并改變正常電力消費模式的市場參與行為改變正常電力消費模式的市場參與行為。作用作用降低峰荷、平緩負荷曲線降低峰荷、平緩負荷曲線、提供調峰、備用等輔助服務、提供調峰、備用等輔助服務特點特點能效高、分布廣、響應能效高、分布廣、響應穩(wěn)定、經濟性

9、高。穩(wěn)定、經濟性高。DR資源可以靈活部署和迅速替代發(fā)電資源，從而可以響應可再生能源變化，降低可再生能源接入的負面影響，維持電力平衡，成為配合風電運行，降低風電波動性的影響，維持電力平衡的新途徑。研究背景研究背景12研究內容研究內容總結與展望總結與展望3研究內容1面向大容量風電接入考慮用戶側互動的日前調度和運行模擬研究需求響應促進風電消納的可行性分析研究內容2考慮網絡約束的大規(guī)模風電接入系統(tǒng)中需求響應資源的優(yōu)化分布研究研究內容3基于需求響應的大規(guī)模風電消納隨機機組組合模型網絡約束、風電接入位置風電不確定影響需求響應促進大規(guī)模風電消納的優(yōu)化調度策略研究分時電價可中斷負荷引導用戶移峰填谷，與風電在夜

10、間負荷低谷時段出力較多的特性對應，由峰時段轉移至谷時段的負荷可以消納多余的風電出力，提高風能利用效率。在系統(tǒng)峰荷或故障時，可以減少負荷需求量，等效于增加了備用容量，從而降低風電接入對系統(tǒng)可靠性的影響。考慮風考慮風電接入電接入的日前的日前調度計調度計劃模型劃模型運行模擬模型運行模擬模型評估蒙特卡洛模型概述模型概述用戶響應模型用戶響應模型分時電價基于消費者心理學的用戶響應原理基于消費者心理學的用戶響應原理可中斷負荷用戶申報容量成本和電量成本用戶申報容量成本和電量成本數(shù)學模型數(shù)學模型目標函數(shù)目標函數(shù)：約束條件約束條件：功率平衡約束：系統(tǒng)正旋轉備用約束：系統(tǒng)負旋轉備用約束：機組約束條件，如爬坡速率、機

11、組輸出功率范圍等。1rewind,111Min(,)Min()(1)()ILtNTNttttttiiILjii tiiiILLjtijF P UCf PCUUfPC 1GitftyILtPPLupwind,up11ILNNttttttjILjisztijiI QU PRRdownwind,down11pNNtttttisftiiiiU PPRR機組運行成本機組運行成本機組啟停成本機組啟停成本機組備用成本機組備用成本可中斷負荷補可中斷負荷補償成本償成本成本類型成本類型 總成本總成本/元元發(fā)電成本發(fā)電成本/元元啟停成本啟停成本/元元ILIL容量容量/MW/MW ILIL成本成本/元元風電備用成風電

12、備用成本本/元元不考慮不考慮風電備用風電備用無無DRDR646 646 800.88800.88641 641 949.77949.774 851.114 851.11融入融入DRDR616 616 143.56143.56594 594 825.34825.34 924.1 924.112012020 394.1220 394.12考慮考慮風電備用風電備用無無DRDR 709 709 980.6980.6646 646 845.37845.374 298.134 298.1358 837.158 837.1融入融入DR(DR(本文本文模型模型)649 649 653.85653.85606

13、606 273.15273.153 049.963 049.9612012020 615.5120 615.51 19 715.2319 715.23成本對比 電力不足電力不足均值均值/MW/MW電力不足電力不足最大值最大值/MW/MW電力不電力不足時段足時段最大值最大值/h/h可中斷備可中斷備用成本均用成本均值值/元元可中斷備可中斷備用成本最用成本最大值大值/元元無無DRDR7.587.58106.97106.974 4融入融入DRDR0 00 00 01455.91455.9 22245.2222245.22 棄風量棄風量均值均值/MW/MW棄風量棄風量最大值最大值/MW/MW棄風時段棄風

14、時段最大值最大值/h/h無無DRDR1.941.9424.524.52 2融入融入DRDR0 00 00 0電力不足分析棄風分析風電機組對電力系統(tǒng)可靠性貢獻對比 無需求響應無需求響應融入需求響應融入需求響應保持系統(tǒng)可靠性水平下，風電場能替代保持系統(tǒng)可靠性水平下，風電場能替代的常規(guī)機組容量的常規(guī)機組容量124MW124MW317MW317MW風電容量可信度風電容量可信度0.2060.2060.5280.528風電對電量不足期望值貢獻系數(shù)風電對電量不足期望值貢獻系數(shù)0.1960.1960.08710.0871結論結論需求響應可以有效降低風電波動性對系統(tǒng)的影響，提高系統(tǒng)經濟性、風電利用效率和風電容量

15、利用水平。大規(guī)模風電消納系統(tǒng)經濟調度模型大規(guī)模風電消納系統(tǒng)經濟調度模型線路傳輸容量限制風電接入位置需求響應的優(yōu)化分布 探討在考慮網絡約束的條件下，風電接入位置是否會影響DR的優(yōu)化分布；探討在考慮網絡約束的條件下，系統(tǒng)中是否存在DR的相對最優(yōu)部署位置；探討考慮網絡約束條件下，DR技術支撐體系的最佳部署位置。數(shù)學模型數(shù)學模型目標函數(shù)目標函數(shù)：約束條件約束條件：功率平衡約束：網絡約束：響應負荷相關約束：機組約束條件，如爬坡速率、機組輸出功率范圍等。111t 000min(),)(max_)iiiTTTnnitiitn Nti Ii Iti IP gt tWccurtCcDflexEcddecreas

16、e,()()()()_nititijiji tititn ij i ijg tWGcurtBttDemdincreaseddecreaseTtIjiPttBijjiij,|)()(|_max,_max,itiitidincreaseDflexddecreaseDflexiI tT maxLmaxiiiDflexrDiI FlexDflexIiimax機組運行成本機組運行成本系統(tǒng)切風成本系統(tǒng)切風成本響應負荷容量成本響應負荷容量成本響應負荷電量成本響應負荷電量成本算算例條件例條件算算例例結果結果風電接入不同節(jié)點成本降低情況線路4-5不同傳輸容量下風電接入不同節(jié)點成本差值DR容量優(yōu)化分布示意圖（PJ

17、M5）不同DR分布的成本對比（PJM5）不同節(jié)點負荷變化示意圖（PJM5）不同節(jié)點負荷變化示意圖（IEEE118）結論結論需求響應可以降低網絡約束對風電接入系統(tǒng)的影響；網絡約束相較于風電接入位置對DR優(yōu)化分布影響更大；考慮網絡約束的系統(tǒng)中，DR應優(yōu)先部署在接近網絡阻塞線路的區(qū)域。大規(guī)模風電消納系統(tǒng)經濟調度模型大規(guī)模風電消納系統(tǒng)經濟調度模型線路傳輸容量限制風電不確定性需求響應的優(yōu)化分布隨機模型涵蓋所有可能風電預測場景，通過兩階段決策確定調度方案，包括：機組啟停、機組出力、切風量、需求響應資源的優(yōu)化分布情況等，應對風電的不確定性；模型中機組啟停為第一階段變量，與場景信息無關；其他變量為第二階段變量

18、，是場景特定的，但在得知風電場景信息后才能確定實際的調度方案。隨機規(guī)劃數(shù)學模型數(shù)學模型目標函數(shù)目標函數(shù)：約束條件約束條件：功率平衡約束：啟停成本約束：響應負荷約束：機組約束條件，如爬坡速率、機組輸出功率范圍等。,111111Pr(p)*_cosggsNNNNTTs tn t st sn tstntnMinfCCcurtstartt,()()n t st st siji t sj t si ti t sn iij i ijpwindcurtBLoaddem,1_cos*()n tnn tn tstarttSCuu,_cos0n tstartt,*(1)_i t si t sii tpricede

19、mLoadpriceref,10Ti t stdem機組運行成本機組運行成本系統(tǒng)切風成本系統(tǒng)切風成本機組啟停成本機組啟停成本場景概率場景概率場景2下 機組出力對比（DR vs Without DR）風電場景與負荷預測算算例條件例條件PJM5-bus運行機組臺數(shù)示意圖（DR vs Without DR）算算例結果例結果不同場景下節(jié)點DR優(yōu)化分布TotalCost($)CurtailmentCost($)StochasticDeterministicStochasticDeterministic=016813.5416860.3450.7164.07=-0.116694.0416741.7033.

20、8746.36=-0.216615.9216661.5420.0332.52=-0.316559.3116597.4110.9319.83系統(tǒng)運行成本對比結論結論隨機模型中涵蓋了風電可能的多種場景，可以協(xié)調優(yōu)化調度方案，合理決策機組運行基點，降低系統(tǒng)期望運行成本。DR可以靈活部署，配合系統(tǒng)運行要求，特別是可以根據(jù)不同場景要求，與發(fā)電機協(xié)調優(yōu)化，有利于機組位于更加經濟的運行基點上。研究背景研究背景12研究內容研究內容總結與展望總結與展望3需求響應可以靈活部署，配合可再生能源的消納需需求響應可以靈活部署，配合可再生能源的消納需求，實現(xiàn)與發(fā)電側的協(xié)調優(yōu)化，有效求，實現(xiàn)與發(fā)電側的協(xié)調優(yōu)化，有效應對風電

21、出力應對風電出力隨機波動性、不確定性隨機波動性、不確定性等對電網運行的影響。等對電網運行的影響。需求側資源的參與可以有效需求側資源的參與可以有效降低系統(tǒng)成本降低系統(tǒng)成本，提高風提高風電利用電利用效率效率，是，是促進大規(guī)?？稍偕茉聪龠M大規(guī)模可再生能源消納的有效納的有效途徑。途徑。促進可再生能源消納的需求響應運行促進可再生能源消納的需求響應運行機制創(chuàng)新研究機制創(chuàng)新研究計及不確定性的需求響應模型及應用研究計及不確定性的需求響應模型及應用研究基于需求響應的系統(tǒng)合理消納風電原則基于需求響應的系統(tǒng)合理消納風電原則9、靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。22.8.3022.8.30Tuesday,August 30

22、,202210、雨中黃葉樹，燈下白頭人。23:07:3223:07:3223:078/30/2022 11:07:32 PM11、以我獨沈久，愧君相見頻。22.8.3023:07:3223:07Aug-2230-Aug-2212、故人江海別，幾度隔山川。23:07:3223:07:3223:07Tuesday,August 30,202213、乍見翻疑夢，相悲各問年。22.8.3022.8.3023:07:3223:07:32August 30,202214、他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國見青山。2022年8月30日星期二下午11時7分32秒23:07:3222.8.3015、比不了得就不比，得不到的就不要

23、。2022年8月下午11時7分22.8.3023:07August 30,202216、行動出成果，工作出財富。2022年8月30日星期二23時07分32秒23:07:3230 August 202217、做前，能夠環(huán)視四周；做時，你只能或者最好沿著以腳為起點的射線向前。下午11時7分32秒下午11時7分23:07:3222.8.309、沒有失敗，只有暫時停止成功！。22.8.3022.8.30Tuesday,August 30,202210、很多事情努力了未必有結果，但是不努力卻什么改變也沒有。23:07:3223:07:3223:078/30/2022 11:07:32 PM11、成功就是

24、日復一日那一點點小小努力的積累。22.8.3023:07:3223:07Aug-2230-Aug-2212、世間成事，不求其絕對圓滿，留一份不足，可得無限完美。23:07:3223:07:3223:07Tuesday,August 30,202213、不知香積寺，數(shù)里入云峰。22.8.3022.8.3023:07:3223:07:32August 30,202214、意志堅強的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。2022年8月30日星期二下午11時7分32秒23:07:3222.8.3015、楚塞三湘接，荊門九派通。2022年8月下午11時7分22.8.3023:07August 30,20

25、2216、少年十五二十時，步行奪得胡馬騎。2022年8月30日星期二23時07分32秒23:07:3230 August 202217、空山新雨后，天氣晚來秋。下午11時7分32秒下午11時7分23:07:3222.8.309、楊柳散和風，青山澹吾慮。22.8.3022.8.30Tuesday,August 30,202210、閱讀一切好書如同和過去最杰出的人談話。23:07:3223:07:3223:078/30/2022 11:07:32 PM11、越是沒有本領的就越加自命不凡。22.8.3023:07:3223:07Aug-2230-Aug-2212、越是無能的人，越喜歡挑剔別人的錯兒。

26、23:07:3223:07:3223:07Tuesday,August 30,202213、知人者智，自知者明。勝人者有力，自勝者強。22.8.3022.8.3023:07:3223:07:32August 30,202214、意志堅強的人能把世界放在手中像泥塊一樣任意揉捏。2022年8月30日星期二下午11時7分32秒23:07:3222.8.3015、最具挑戰(zhàn)性的挑戰(zhàn)莫過于提升自我。2022年8月下午11時7分22.8.3023:07August 30,202216、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。2022年8月30日星期二23時07分32秒23:07:3230 August 202217、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。下午11時7分32秒下午11時7分23:07:3222.8.30MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit,eleifend nulla ac,fringilla purus.Nulla iaculis tempor felis amet,consectetur adipiscing elit.Fusce id urna blanditut cursus.感 謝 您 的 下 載 觀 看感 謝 您 的 下 載 觀 看專家告訴