事件驱动的智能家庭在线能量管理算法

家庭能量管理系统作为智能电网在用户消费侧的重要组成部分,是智能家庭优化运行的核心。针对装有光伏设备的家庭用户,提出一种事件驱动的在线能量管理算法,基于李雅普诺夫优化方法对家庭中的可控负荷进行调控,采用非预测机制,只需获取当下时刻的相关变量即可实时做出调控决策,可以在分布式电源发电、用户负荷及市场电价的波动场景下快速调控能量。采用事件触发机制决定是否进行在线优化决策,减少触发频率和不必要的计算量。通过仿真结果对比分析可知,该算法能有效降低用户用电成本,占用计算资源少,有利于实现家庭用户的低成本能量管理。     

考虑分时电价的主动配电网柔性负荷多目标优化控制

为促进居民经济用电以及对分布式能源的消纳,在主动配电网的优化调度中,储能设备的调蓄作用至关重要,但单纯依靠储能的调节作用会极大增加系统成本。在需求响应机制下,利用分时电价机制可有效促进柔性负荷参与系统能量平衡的调蓄作用,从而有效降低储能单元配置成本。基于电力需求弹性理论,建立引入分时电价机制的主动配电网柔性负荷调度模型;构建可降低网侧功率波动、兼顾用户生活舒适度以及运行经济性为目标的多目标优化模型,并通过粒子群算法求解获得柔性负荷控制策略。通过对某一具体场景的分析与仿真证明了所提方法的有效性,实现配网清洁能源的友好接入和高效利用。     

考虑用户舒适度的智能用电模式优化方法研究

智能用电模式作为未来电力需求侧发展的重要趋势,其关键是实现电力系统中庞大的电力用户与电网的互动交易。根据设备可控性对需求侧多种负荷进行分类建模,并考虑设备可控性及用户舒适度因素,提出一种基于实时电价的智能用电模式调控机制,充分接入家用负荷、分布式发电及储能设备,通过智能电表自动、合理地参与电力市场交易。算例分析显示该模式能够很好地调节负荷工作方式,并有效降低用户用电成本。     

分时电价下计及用户用电满意度的家庭负荷优化策略

分时电价是实施需求侧管理、鼓励用户改变用电方式的一种重要经济手段。居民用户是需求侧的一部分,对其用电负荷进行优化具有重要意义。首先,对家庭基本可调度负荷、空调系统以及电动汽车的运行特性进行建模;其次,建立包含环境舒适度和用电方式舒适度的用电满意度模型,对考虑用户环境舒适度的空调系统运行策略进行分析,构建不考虑电动汽车充电的基本可调度负荷多目标优化模型;最后,构建考虑负荷曲线峰谷差的电动汽车充电模型,并采用遗传算法求解模型。在分时电价条件下对优化前后的用电费用和负荷曲线进行对比分析,结果表明所提优化策略能够在保证用户用电满意度的前提下降低用电费用,并达到削峰填谷的目的。     

用户侧微电网的能量管理方法综述

用户侧微电网是协调分布式发电与用户负荷的有效载体,而能量管理系统是提高其运行效用的重要途径。从用户侧微电网的能量管理需求与应用特点出发,系统论述了在线凸规划、在线模型预测控制、李雅普诺夫优化和在线线性规划等四类在线算法的基本原理。综述了其在微电网或类似系统能量管理中的应用情况,分析了不同在线算法的特点、性能、适用范围及评价指标。最后,简要总结了目前存在的难点问题与发展前景。     

考虑需求响应并计及液流电池动态特性的主动配电网系统储能优化配置

针对含分布式电源的主动配电网储能系统配置及其运行的需要,研究需求侧响应和电池储能动态特性对含分布式电源的主动配电网储能系统配置与优化运行的影响。在峰谷分时电价的基础上,建立基于电量电价弹性的用户需求响应模型,提出一种考虑风光最大消纳并计及液流电池储能系统动态特性的储能优化配置方法,以全钒液流电池储能系统的成本、直接经济效益、弃风光损失为优化目标,利用动态规划算法进行求解。仿真结果表明考虑需求后的主动配电网储能系统配置结果能够获得更好的经济性,降低对储能容量的要求,同时储能系统的动态特性表明系统运行的效率与负荷及分布式电源出力特性有关,全钒液流电池储能系统具有较高的效率。     

考虑需求侧电价的配电网储能设备运行策略与容量的协调优化

光伏、储能和需求侧响应的协调运行可有效平抑负荷波动并提升配电网运行的经济性。为实现通过主动运行提升配电网资产利用率的目标,本文首先改进了主动配电网的运行策略,在电网正常状态下,考虑了用户舒适度以及用电经济性的双重需求,建立了基于启发式滑动数据窗滚动技术的价格型空调快速响应模型;在电网故障状态下,提出了考虑用户赔偿的激励型空调负荷响应模型,以及故障状态下存在互联的馈线组内广义需求侧资源协调调度的共享策略,以减少线路的冗余备用。其次,建立了基于以上运行策略的配电网主动运行收益模型,以及以配电网效益最大为目标的配电网需求侧电价、储能运行策略和容量配置的协同优化模型。最后,以改进的IEEE-33节点配电系统为算例进行了仿真。仿真结果验证了所提模型的有效性,并探讨了用户负荷需求侧资源参与程度对储能配置的影响以及共享机制对提升配电线路利用率的贡献,为主动配电网广义需求侧资源优化配置提供了参考。     

计及负荷需求响应的风光储氢系统容量优化配置

为了研究负荷需求响应对风光储氢系统的影响，以风电、光伏、电储能及制氢设备为主体搭建了典型风光储氢容量配置模型。考虑分时电价对负荷分布的影响，建立日前分段电价负荷需求响应模型，进而得出负荷需求响应参与的负荷优化分布。以系统日运行总成本最优为目标，构建考虑负荷需求响应的系统容量优化配置模型并进行算例仿真。通过算例结果表明，该模型不仅可以提高系统风光消纳水平，还可以降低系统运行总成本。     

基于动态电价机制的用户侧分布式储能电能交易策略

用户侧分布式储能具备优化用户电力负荷曲线和协调消纳系统侧可再生能源发电的能力。提出一种基于动态电价机制的配电系统用户侧分布式储能电能交易策略。首先,该策略在充分考虑新能源出力和用户电能需求不确定性的基础上,构建用户侧分布式储能和配电系统的日前电能调度模型;然后,根据动态电价机制对用户侧分布式储能调度计划和系统侧可再生能源消纳水平的影响,建立基于主从博弈的配电网运营商和用户侧储能运营商的电能交易模型,并采用启发式算法获取博弈模型的均衡解;最后,通过算例验证了所提电能交易策略可有效提升配电网运营商的经济效益与新能源消纳水平,并降低用户侧的运行成本。     

考虑用户满意度的户用型微电网日前优化调度

随着家居负荷控制技术和智能电网技术的不断成熟,户用型微电网优化调度已成为实现用户个性化、差异化用电服务的重要手段。首先根据户用型微电网内不同家居负荷的运行特性,建立了固定负荷、时移负荷和可调负荷模型。然后在分时电价(TOU)条件下,针对包含光伏资源、储能资源、负荷资源的户用型微电网,综合考虑用户的用电舒适度和经济性,以用户满意度最大为目标函数建立了日前优化调度模型。采用遗传和禁忌混合算法求解所提出的日前优化调度模型。通过算例验证模型和所提方法的有效性,仿真结果表明:所提模型能根据不同的用电需求为用户提供相应的优化调度方案;合理的峰谷电价比是引导用户积极参与需求侧响应的重要因素,峰谷电价比设置过高或过低均不利于需求侧响应的实施。     

基于需求侧响应的配电网优化调度研究

随着配电网的快速发展,分布式电源和需求侧响应技术正逐步由输电网向配电网转移。提出了一种含电价型需求侧响应的配电网的优化调度方法。首先构建了电价型需求侧响应的负荷转移模型,以实现需求侧响应执行后的负荷转移;其次,构建了运行成本最小的配电网的调度模型,该模型包括分布式电源的运行成本、与主网的功率交换费用,并将储能设备充放电状态引入约束;最后,采用CPLEX求解器对模型求解。仿真结果表明,需求侧响应技术和储能设备能提升分布式电源的消纳能力,降低配电网的调度运行成本,优化了负荷特性。     

分时电价下考虑舒适度的家庭负荷调节特性分析

传统用电方式及收费方式不仅存在电能浪费,也使得用户的用电成本居高不下,用户参与需求侧管理可在满足用电舒适度的情况下对电能成本进行优化。首先根据调节特性对居民用电负荷分类进行分析,针对不同类负荷设备的特点建立数学模型;然后以最优化电能成本及满足用户用电舒适度为目标,建立基于分时电价的优化模型;最后通过仿真分析验证了在满足用户舒适度的前提下,通过分时电价可以有效节约电费。     

直流微电网的储-荷虚拟直流电机优化控制技术

为提升虚拟直流电机（VDCM）控制对直流微电网的电压惯性与阻尼支持能力,并改善负荷侧的电压响应,提出了储-荷VDCM优化控制技术。通过类比直流电机的外特性建立储能侧和负荷侧VDCM动态模型。对VDCM控制进行改进,在储能侧对系统提供惯性支持,在负荷侧对系统施加阻尼控制,从而消除储能侧VDCM中电压惯性和阻尼的冲突,为系统母线提供足够的动态支撑。在此基础上,设计负荷侧惯性灵敏度控制环节,使储-荷VDCM能够为负荷提供灵活可控的电压惯性。根据李雅普诺夫稳定理论,分析所提VDCM优化控制对系统的稳定支持作用,根据分析提出参数优化方案,并利用时域仿真分析,验证所提控制策略的有效性。     

计及社会发展的多场景用户侧储能容量优化配置

在能源革命的大背景下,用户侧配置储能由于可有效地转移负荷,减少用电峰谷差异,降低用户用电成本,因此在近些年来得到广泛运用。但由于储能系统本身价格较为高昂,如何优化配置储能容量成为关键问题之一。首先,基于用户侧两部制电价制度,计及社会发展对储能的影响,以用户加装储能后获取月综合效益最大为目标建立储能优化配置模型。然后,考虑到节假日和天气状况等因素,提出了一种适用于多场景的用户侧储能配置决策方法,以满足用户侧储能配置的个性化需求。最后,选取4家典型的大用户的历史负荷数据进行算例仿真,利用CPLEX求解器进行求解,分析探讨了储能配置的合理性和经济性。仿真结果表明,该储能优化配置方法在提高模型精准度的同时能进一步提高配置经济性,为不同用户侧储能的商业化应用提供借鉴。     

计及电动汽车的电力系统事件触发负荷频率控制

针对包含电动汽车EVs(electric vehicles)的电力系统,引入事件触发机制,从而PI型负荷频率控制器输入能够按需进行更新,在保障系统稳定的同时减少通信负担,节约网络通信资源。对于包含事件触发机制的时滞电力系统模型,利用李雅普诺夫稳定性理论,基于Bessel-Legendre(B-L)积分不等式,推导出保守性较小的稳定性判据,并进一步联合求解出控制器增益和触发矩阵。最后,通过Matlab仿真验证了所提定理的有效性。     

基于需求侧响应的空调负荷虚拟储能模型研究

为降低夏季高温峰值负荷、减小传统储能配置容量,考虑空调-建筑系统具有热储备能力,可以等效为一种虚拟储能装置参与到需求侧响应中。基于此,首先在空调负荷热力学模型和人体热舒适度模型的基础上建立虚拟储能模型,并推导其额定容量、功率和充放电时间等指标的理论计算公式。其次定量分析环境参数、设定温度与虚拟储能评估指标之间的耦合关系,并采用蒙特卡洛模拟方法分析空调负荷群的虚拟储能聚合模型特性。然后设计了2种用于临时性削峰场景的虚拟储能控制策略,最后在理论分析的基础上,已实际空调建筑作为算例,对空调负荷虚拟储能的性能,及其在需求侧响应中的典型应用进行了验算和对比分析。     

负荷聚合商多类型需求侧资源激励价格制定一般模型及应用

负荷聚合商通过整合需求侧可调资源参与系统运行交易获利,是开展电力需求响应的专业机构。实现多类型需求响应资源的个性化激励定制对进一步灵活管理需求侧资源和增加需求响应效益至关重要,是负荷聚合商核心业务。基于主从博弈原理建立了负荷聚合商激励价格定制通用模型,选取了电动汽车用户及楼宇空调用户,考虑舒适度价格随削减负荷变化情况,在主从博弈架构下构建了含不同舒适度价格需求的楼宇空调用户优化模型和电动汽车充放电行为优化模型。结合Karush-Kuhn-Tucker条件、对偶定理和线性松弛等方法,在负荷聚合商经济损失最小基础上推导出含楼宇空调和电动汽车需求响应激励价格制定的单层混合整数线性规划优化模型。算例表明,所提出的模型可用于负荷聚合商定制楼宇空调用户和电动汽车用户动态激励价格,为负荷聚合商开展需求响应提供参考。     

计及用户舒适度与用电成本的空调负荷优化控制方法

智能电网环境下,应用于空调(商业与居民用户最主要的用电负荷)的需求响应措施对电网稳定运行有重要意义。针对用户参与需求响应过程中导致舒适度明显降低的问题,本文提出了一种用户可参与自主决策的空调负荷优化控制方法,基于改进的免疫克隆选择算法,建立了同时考虑用户舒适度与用电成本的空调负荷多目标优化调控模型;并将原始免疫克隆选择算法中的变异算子改进为一种自适应的非一致性变异算子,进一步提高算法的收敛能力,逼近Pareto最优面。仿真及实验结果表明,本文算法在对空调负荷执行基于分时电价的需求响应过程中,能够有效兼顾用户对经济性和舒适性的需求;优化结果相对用户期望值的亲和力得到明显提升,验证了该算法的有效性和优越性。     

考虑需求侧响应的微电网经济调度双层优化

为了在提高微网经济运行水平前提下挖掘用户侧调控资源的潜力，降低用户侧的用电成本，在考虑用户需求侧响应的基础上建立了微电网双层优化的调度模型。上层考虑用户的购电成本以及用电满意度，利用动态电价激励机制和负荷可转移特征对用户负荷曲线进行优化；下层在上层优化的基础上进行微电网的经济调度，以动态电价和负荷曲线作为上下层之间的桥梁进行迭代求解。最后对一个含有风力发电、光伏发电、微型燃气轮机和蓄电池的并网型单微电网进行仿真分析。结果表明，考虑动态电价不仅降低了微电网的运行成本和用户用电成本，还增加了风光消纳量，证明了模型的合理性和经济性。     

计及空调负荷等多类型需求侧资源的虚拟电厂优化运行策略

针对楼宇空调与其他类型需求侧资源的虚拟电厂内部协调优化问题,在对楼宇空调建模分析基础上,比较了楼宇空调启停控制和连续调节方式下用电量和室内温度变化特点,确定了适合于楼宇空调与虚拟电厂内部其他需求侧资源协调运行调节方式。进一步地,考虑楼宇用户舒适度分档和需求响应补偿价格,以区域供能成本最低为目标函数,建立了计及空调负荷的多类型需求响应资源的虚拟电厂协调优化模型,采用线性化方法处理非线性函数,将其转化为混合整数线性规划模型。算例表明:考虑用户舒适度的楼宇空调与虚拟电厂聚合的其他类型需求侧资源协调供能模式可有效的减少区域弃电量,同时降低楼宇本身耗电量,使得楼宇用户获取补偿收益。