需求响应对经济调度模型的影响.pdf
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1、50第 52 卷2024 年 1 月Vol.52 No.1Feb.2024云南电力技术YUNNAN ELECTRIC POWER需求响应对经济调度模型的影响李硕(云南电网有限责任公司昆明供电局,云南 昆明 650011)摘要:电力市场的引入使传统的经济调度模型无法满足当前调度需求,由此在市场竞争中引入需求响应机制,使其协调发电机组与负荷完成经济调配,保证系统稳定并最大化经济效益。基于上述的背景,本文对相关问题作了如下的研究:首先,文中介绍了传统模式下的经济调度模型,以线性化的发电机成本函数最小为优化目标,考虑功率平衡及线路安全约束等条件建立模型,以三机三节点系统进行求解分析。其次,在考虑将可中
2、断负荷作为系统备用的前提下,将其等效为发电厂中的虚拟机组,并参照常规机组的模型对其建模。最后,在传统经济模型的基础上,加入可中断负荷,以可中断负荷与机组成本之和最小为优化目标,更新了约束条件,并根据可中断负荷定义对先前算例进行故障模拟,由求解结果分析可中断负荷对经济调度的影响。综上,通过建模与算例分析,本文得出,引入需求响应使系统调度更加灵活,增强了需求侧弹性与系统稳定性。关键词:优化调度;需求响应;可中断负荷;安全约束The Impact of Demand Response on Economic Scheduling ModelsLi Shuo(Kunming Power Supply
3、Company of Yunnan Electric Power Corporation,Kunming 650011,China)Abstract:The introduction of the electricity market makes the traditional economic dispatching model unable to meet the current dispatching requirements,thus introducing a demand response mechanism in the market competition,so that it
4、 can coordinate the generatorsetandtheloadtocompletetheeconomicdeployment,toensurethesystemstabilityandmaximizeeconomicbenefits.Based on the above background,this paper has done the following research on related issues:Firstly,the paper introduces the economic dispatching model under the traditional
5、 mode.The linearized generator cost function is the optimization target,and the model is established considering the conditions of power balance and line safety constraints.The three-machine three-node system is used to solve the problem.Secondly,considering the use of interruptible load as a system
6、 backup,it is equivalent to the virtual unit in the power plant,and it is modeled with reference to the model of the conventional unit.Finally,on the basis of the traditional economic model,the interruptible load is added,and the sum of the interruptible load and the unit cost is minimized.The condi
7、tional constraintsareupdated,andthefaultissimulatedaccordingtothedefinitionoftheinterruptibleload.Theresultsanalyzetheimpactof interrupted load on economic dispatch.In summary,through modeling and example analysis,this paper concludes that the introductionofdemandresponsemakessystemschedulingmorefle
8、xible,andenhancesdemandsideelasticityandsystemstability.Key words:optimal scheduling;demand response;interruptable load;safety constrain中图分类号:TM74文献标识码:B文章编号:1006-7345(2024)01-0050-070前言随着我国工业化的发展,电力需求在不断扩大,电力系统规模也日益增大。为此,要建设更多的发电厂,加强与完善输电网建设。但是众多且分散的发电厂以及供电质量,都对现代化电网提出了更高的要求。盲目增加发电量将带来环境问题、造成资源浪费以及
9、增加发电的成本。因此,可以考虑通过发电侧的优化调度,合理分配和利用发电资源来减少发电成本,增加经济效益1。在当前电网中,由于用户众多,电力负荷的峰谷差值被拉得很大,进一步加大了电力调峰的难度,而用户对电能质量的要求与日俱增,必须保证供电的可靠性2。加之电能需保证供需之间的实时平衡。发电侧在用电低谷时产生51第 52 卷2024 年第 1 期需求响应对经济调度模型的影响 冗余,而在用电高峰期时供应不足,无法满足用户需求,若只采用拉闸限电等方式来应对,既不利于经济的发展,也无法从根源上解决问题,还会造成不良的社会影响3。综上所述,需求响应加入电力系统调节可以优化与补足传统的电力系统经济调度,提高生
10、产效率,降低运行成本,同时带来更大的经济效益。电力市场机制的出现以及需求响应的引入,使得用户的概念从传统意义上的终端负荷延伸到需求侧资源。需求响应的概念为:在用电高峰期或者电网安全存在风险时,用户根据电价信号或者激励协议书的要求做出相应的行为,具体表现为增加或减少某一时段内的用电量。需求响应能够补足容量差额;减缓电网的升级建设进度;降低电价的波动程度,高效利用资源的分布4。需求响应可按照用户的响应方式进行分类,即基于价格的需求响应和基于激励的需求响应。其中,可中断负荷就是一种基于激励的需求响应,调度部门会在系统用电高峰或者发生事故时向参与需求响应的用户发出信号,用户据此来减少甚至中断用电,并按
11、照签订的协议获得补偿,减轻系统的负担,这将有利于增加电力系统的可靠性5。电力市场理念的出现改变了传统模式下对于需求侧的看法,用户得到重视,将需求侧的资源考虑纳入电力系统调度优化是重要的发展方向。近年来,需求响应(Demand Response,DR)作为需求侧管理的拓展和补充,在各种新能源并入电网的今天,表现出巨大的价值与潜力,并且得到学术界与工业界的高度认可及重视,也成为现下研究的热点与重点6。DR 的定义如下:在具有竞争行为的电力市场中,电力用户根据市场所反映的电价以及同企业所签订的关于规避电力系统运行风险与用电高峰的激励政策,从而调整自身用电量以及用电习惯的行为7。2016 年,江苏省电
12、网中,开始就需求响应关系进行分析,具体涵盖到用户侧的权责问题,并以此为参考,制定了江苏省电力需求响应实施细则,研发出涵盖多方面的 DR 全业务电力平台,实现了电力 DR 工作的全系统化、网络化运行8。关于可中断负荷的研究,文献 9 中提出了一种考虑可中断负荷作为系统备用的经济调度模型。模型考虑了负荷突增和机组故障的情况,将可中断负荷视为虚拟发电厂中的机组来参与到常规调度中,目标函数为调度费用期望值最小。本文研究内容为需求响应参与到电力经济调度中的模型及方法。在参考了现阶段的研究成果后,构建出与之相匹配的经济调度模型,为了保证结果正确性,选了合适的算例来进行验证。研究的对象为基于激励的需求响应中
13、的可中断负荷,在模型中将其考虑为目标函数并进行优化,从而得出最优解。1不考虑需求响应的经济调度模型及方法电力系统运行时,必须要实时满足供需两侧的平衡,而实际中,供需两侧的行为都会因为不确定因素而产生随机的波动,势必对输电网造成影响。此外,电网公司还要兼顾整个电力系统的经济效益,所以有必要对电力系统的调度进行优化。无论是传统还是现代的经济调度优化,发电机组的组合方案都是研究的主要内容,机组的启停及运行时间、运行方式等都是调度要考虑的重点和难点。1.1经济调度模型1.1.1目标函数发电调度中核心的问题是发电机组的出力优化,本文中的经济调度模型将简单以发电成本最低为优化目标,目标函数如式(1)所示:
14、1minminNGGiiff=(1)式中,i 为发电机编号,fGi为发电机成本函数,发电机的成本函数一般表示为二次函数,其形式如式(2)所示:fGi=aGiPGi2+bGiPGi+cGi+SCGi(2)其中 aGi、bGi、cGi为机组的运行成本系数,SCGi为机组的开机成本。1.1.2约束条件1)功率平衡约束 11NGNLGiLjijPP=(3)52云南电力技术第 52 卷2024 年第 1 期式中 PG为发电机出力,PL为该时段系统中节点的负荷预测值,由于在目标函数中未计及到线路中的线路损耗以及无功潮流,所以该约束条件中可认为发电机的出力全都可以供给到负荷一侧。2)机组出力上下限约束 PG
15、imin PGi PGimax(4)式中 PGimin和 PGimax分别为发电机组 i 在该时段内的出力上下限。3)机组爬坡约束 rdit PGi(t)PGi(t 1)ruit(5)其中 rdi、rui分别为机组 i 的上下行爬坡速率,t 为调度的时间间隔,PGi(t)为调整后的发电机出力,PGi(t 1)为发电机调整前的出力。4)线路潮流约束本模型中以直流潮流为考虑对象。线路潮流安全约束可以保证调度结果不发生线路安全越限,符合实际中的调用需求。本算例中采用的是极坐标形式的牛顿拉夫逊算法,由于考虑的目标函数中仅考虑了发电机组的有功出力,没有计及输电网络中的有功功率线损,同时由于在目标函数中没
16、有考虑线路调压的需求,因此在这里也不再对线路中的无功潮流进行求解,则对于输电线路,线路的有功潮流可以表示为:Pij=Vi2(gij+gi0)ViVj(gijcosij+bijsinij)(6)为方便模型的求解与计算机编程,现对该式中的因素进行一定的简化处理,考虑到电网输电线路中的电阻通常很小,可以忽略掉电阻rij,则有 gij=0,1ijijbX=,ij很小,可以令式(6)中的 cosij=1,sinij=i j,Vi=Vj=1。忽略掉线路对地支路,可得 Pij的最终表达式:ijijijPx=(7)其中功率角 可根据下列公式计算:Pinj=B(8)Pinj为节点注入功率,其表达式为:Pinj=
17、KPPG KDD(9)KP为节点-发电机关联矩阵;KD为节点-负荷关联矩阵;PG和 D 分别为发电机有功发电出力矩阵和负荷矩阵,二者的维数分别与 KP和KD相关联。综合式(8)和(9),可以将线路中潮流表达式改变一下形式,将其表达为以发电机出力为变量的函数,由此可以将潮流与发电机出力关联起来,满足调度所需约束。在编程中再将其以矩阵的形式表示为目标函数的不等式约束矩阵,可得最后的线路约束为:Pij|Pijmax|(10)1.2算例分析本文采用的是一个三机三节点的系统来进行分析验证,该系统的接线图如图 1 所示,各个节点上的发电机组、可中断负荷、各个时段的负荷预测值以及线路的数据由表 1、表 2
18、和表3 给出。鉴于本文主要研究对象为单时段内的情况,故采样选取了表格中的几个时段来进行分析求解,定义单时段的时长为 1 h。求解过程中已根据前文中提到的线性化方法对机组的运行成本函数进行简化,假设各机组的上下行爬坡速率均为:图1三机三节点电力系统接线图表1常规机组数据 iBusaG($/MWh)STG/$11103402212530irG/MWPGmin/MWPGmax/MW15501502300100表2线路数据 LINEFrom busTo busx/puPLmax/MW1120.25302130.251503230.25150表3节点负荷预测数据 Bus12345678330384251
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