实时电价下用户侧电力需求响应模型优化策略及数字仿真

为解决智能电网发展中用户参与电力市场运营的响应积极性以及用户收益最大化问题,本文在经济学原理基础上,引用需求价格弹性系数表征用户的用电量随电价的变化情况,建立实时电价下的用户负荷调节能力模型,根据该模型,进一步研究了基于实时电价的用户侧电力需求响应模型优化策略,考虑用户在不同响应场景和不同负荷调节潜力下的需求响应。解决供电与用电间的电力供需不平衡问题,实现用户积极响应及其利益最大化,并提高系统稳定性与安全性。以某地需求响应系统为例,对进入现货市场交易的用户进行数字仿真,通过算例分析表明该模型能有效改善用电负荷曲线,减小用户购电成本,验证了基于实时电价下的电力需求响应优化策略的优化效果。     

需求响应对配电网供电可靠性的影响

鉴于峰谷分时电价能够引导用户用电行为,促使用户积极参与到电力系统的削峰填谷行为中,而负荷与可靠性之间存在着复杂的非线性关系,文中重点研究了需求侧响应对配电网供电可靠性的影响。首先,建立分时电价优化模型:进行时段划分、确定电力价格弹性矩阵和制定各时段电价,再以峰负荷最小及峰谷负荷差最小确定多目标优化函数,考虑电网和电力市场基本约束条件建立分时电价优化模型;然后,在基于二分法的聚类负荷分析法中引入依据电力报价的负荷修正环节;最后,将不同负荷水平下的可靠性指标按持续时间进行加权平均,得到精确的可靠性指标。利用上述模型和方法,对改进的RBTS BUS6测试系统进行分时电价建模和可靠性评估。结果表明,需求响应策略改善了配电网的供电可靠性。     

考虑电价不确定性的负荷价-量曲线聚合方法

随着电力市场的发展,需求侧逐渐参与电力市场报价。报价曲线需要反映需求侧的真实价格响应特征。然而,需求侧的负荷资源具有数量多、单个容量小的性质。大量用户聚合上报的价-量曲线尽量准确地反映需求侧特征,有利于售电侧准确掌握聚合用电特性,维护电力市场经济信号准确性。针对此,提出一种考虑电价不确定性的需求侧用户价-量曲线聚合方法,该方法可有效保留各负荷的价格响应特性,并为大量需求侧用户参与市场出清提供技术支撑。首先,该文考虑电价预测的不确定性,基于后验误差与核密度估计,建立适应多种电价预测模型的电价概率分布生成方法;在此基础上,提出需求侧用户价-量曲线的最优聚合模型,能在预测电价附近展现良好的聚合精度,且适用于不同出清模式的电力市场。针对所提模型具有的分段非线性特性,该文采用启发式算法-粒子群算法求解该模型。最后,基于真实电价数据验证了所提方法的有效性。     

基于离散选择的可控负荷菜单定价方法

合理的需求侧电价是促进和引导用户主动需求响应的关键因素。借助离散选择理论,针对地域分散、数量庞大的可控负荷需求响应的不同边际成本和消费偏好,提出了基于离散选择的可控负荷菜单定价方法。考虑到用户在多种电价下的不同偏好选择行为,该方法以负荷削减边际成本、负荷削减量以及补偿电价为影响因素,建立了用户对菜单电价的离散选择模型,计算了用户对菜单电价的离散选择概率。然后以需求响应电价和负荷削减量为菜单选项,以系统供电成本最小为目标,构建了反映用户不同消费偏好的可控负荷菜单定价模型。最后通过算例仿真,分析了有无离散选择下系统供电成本和用户总负荷削减量以及影响用户选择因素的敏感度,表明考虑离散选择的菜单定价,能够有效地反映用户对不同电价的选择偏好,诱导其内在需求弹性,从而使菜单电价更好地满足用户的消费偏好,促进用户主动参与并削减更多的负荷,节约系统供电成本,实现电力资源的优化配置。     

峰谷分时电价定价模型研究

能够正确反映电力生产成本和供求关系的峰谷分时电价是实施电力需求侧管理(DSM)的重要手段。借鉴国内外先进经验,分析了峰、平、谷各时段电价的确定方法及用户需求响应,建立了一种综合考虑需求侧与发电侧电价联动和电力需求价格弹性的峰谷分时电价定价模型,并详细介绍了该模型的仿真流程。算例仿真分析表明该模型是切实可行的,它有利于减小电网高峰负荷,改善负荷曲线。     

基于新型需求响应模型的风电消纳市场机制

为提高风电消纳,以电力客户在日前市场提交下一日的用电负荷曲线作为用户参与需求侧响应的依据,建立了一种在虚拟电厂框架下的含风电机组的新型需求侧响应机制。制定了激励用户进行负荷转移以利于风电消纳的内部电价机制,建立了用户最优负荷曲线的数学模型。在此基础上,根据需求侧响应的贡献差异,构建了公平的日前账单形成模型。考虑到实时市场中用户实际负荷与提交负荷曲线的偏差,建立了激励用户遵循提交负荷曲线用电的实时账单模型。算例结果表明,该新型需求侧响应模型和新型虚拟发电厂的建立增加了风电出力高峰时的消纳量,并显著降低了用户的电费支出。     

基于需求响应的居民侧柔性负荷多目标优化研究

智能电网下,居民侧电力用户作为庞大的用电群体参与需求响应会给电网和用户带来极大的效益。提出一种基于日前电价的居民侧电力用户参与需求响应多目标优化控制模型。将待优化的家用负荷分为可平移负荷、可转移负荷和温控负荷3类,在计算负荷用电成本的基础上,考虑居民侧舒适性需求,引入不舒适度定量描述居民侧的舒适程度,建立兼顾经济性和舒适性的多目标优化模型。采用多目标混合粒子群算法和基于优劣解距离法的评价方法对模型进行优化求解。结果表明,建立的多目标优化模型能够灵活指导居民侧参与需求响应,验证了模型的有效性和优越性。     

考虑可控负荷功率调整的电力服务商分段式补偿定价决策

鉴于分布式电源出力和终端用户负荷需求的随机性,电力服务商实际购买电量与电力市场竞标电量存在偏差,这种偏差会带来惩罚成本。为此,考虑将需求侧可控负荷作为可调度资源,基于可控负荷用户增/减负荷成本函数,提出了一种分段式价格形式的多选项可控负荷功率调整补偿合同。为实现电力服务商与可控负荷用户双赢,建立了兼顾电力服务商经济效益和可控负荷用户需求响应效益的 型stackelberg主从博弈模型,并采用基于遗传算法的逆向归纳法求解。最后,通过算例对比了分段式补偿电价和固定补偿电价下电力服务商运营收益和可控负荷用户功率调整量之间的变化情况。仿真结果表明,所提出的分段式补偿定价方法能够明显降低惩罚成本,有效提高用户需求响应的参与度,实现需求响应资源的优化配置。     

计及电动汽车入网的电价联动模型

电动汽车不同的充放电控制与利用策略对电网负荷曲线产生不同的影响,从而影响到峰谷分时电价政策的制定与实施。提出计及电动汽车入网的电价联动模型。首先,应用蒙特卡洛模拟法模拟一定数量电动汽车充放电功率曲线;然后,供电侧基于用户需求响应调整销售侧峰谷分时电价,以优化用户负荷曲线;最后,将用户响应后的用户负荷曲线与电动汽车充放电功率曲线叠加得到新的电网负荷曲线,在此基础上,调整发电侧峰谷上网电价,以平衡用户侧削峰填谷及电动汽车入网给发、供电侧带来的效益。结合实际数据,设置3种电动汽车入网方式和2种充放电电价模式对模型进行仿真,结果验证了模型的有效性。     

基于实时电价的产消者综合响应模型

产消者作为新兴的特殊电力消费者,拥有电力供给和消费的双重角色,具有较强参与实时市场的响应潜力。为提高分布式发电利用率和用户供用电收益,提出基于实时电价的产消者的多阶段综合响应模型。前期优化阶段,综合考虑用户用电经济性、舒适度和电价激励作用,提出用户最优小时需求出价模型;以用户供电收益最大为目标,考虑储能容量和功率约束、储能闭锁和动作死区等因素,提出用户最优小时供给报价模型。出清响应阶段,基于实时电价,结合用户最优小时供需出报价信息,提出用户可控负荷需求响应和分布式发电—储能系统供给响应交替的综合响应模型。算例分析表明,所提综合响应方法能及时响应实时电价的波动,不仅灵活削减和转移了用户在电价高峰区的负荷,而且实现了分布式发电供给从低电价区域向高电价区域的转移,提高产消者供用电的经济性。     

考虑需求响应收益的售电商实时电价决策模型

实时电价是激励用户改变用电行为参与需求响应的理想市场化机制,但目前实时电价研究存在用户响应行为建模方法单一、缺乏实际用户数据验证等问题,导致响应计算精度较低。激励电价制定的准确性直接影响售电商参与需求响应项目的市场收益,为此提出一种基于数据驱动的实时电价决策模型。首先,利用原有实时电价实施背景下积累的大量历史数据,采用改进卷积神经网络—长短期记忆网络混合模型(convolutional neural networks-long short-term memory,CNN-LSTM)建立以用电量为输入、实时电价为输出的用户响应动态特性函数。在此基础上,提出售电商参与需求响应项目背景下,一种以净收益最大化为目标的实时电价决策模型。基于美国PJM市场数据的算例分析表明,改进CNN-LSTM模型具有计算精度和效率高、鲁棒性强的优点,提出的实时电价决策模型能够有效帮助售电商提高市场收益。     

Flexibility now or later? – Impact of market timing on flexibility and social welfare of demand response

Demand side management enables flexible electricity consumers to participate in system services that contribute to enhanced integration of renewable energy sources. The specific market timing, pricing scheme and demand response program decide in which way consumers receive and react to incentives. Aside from pricing, several other parameters were found to greatly influence consumer response. Policy makers can improve the market design of wholesale and balancing markets. This would be a necessary tool to increase the demand side flexibility, but could also be used to allow better forecasts of production. Here, the impact of lead time on the flexibility of consumers is investigated and its impact on social welfare is estimated. The price elasticity of consumers can vary in different ways depending on the lead time and estimations may be uncertain. Therefore, the concept of a demand flexibility gap is proposed in order to quantify how the uncertainty of consumers’ responses may affect the social welfare of such a policy change. We recommend that lead time should be considered in electricity market design, e.g., in consecutive ahead markets in order to tap the full potential of flexibility from the demand side.     

基于Stackelberg模型的主动配电网动态电价需求响应设计

传统价格型需求响应(DR)可能造成负荷弹性不大的用户用电成本的增加,为此提出了一种基于Stackelberg模型的主动配电网(ADN)动态电价DR方案,确保用户参与DR的收益。将负荷分为代理负荷和非代理负荷两类,通过DR代理调控代理负荷,利用动态博弈理论下的Stackelberg模型分析DR代理与ADN的互动过程,求解Stackelberg均衡得到DR代理与ADN的均衡策略,即动态电价与负荷安排。最后,采用IEEE 6节点的算例证明了所提出的DR设计在限制用户电费支出方面的有效性。     

含新能源微电网负荷响应的二阶电力模型研究

随着全球性的能源紧张,新能源已成为替代传统化石能源的重要手段,当新能源的随机性给电网调度带来新的挑战。以新能源接入微电网为例,建立一种两阶段的电力市场模型,并提出一种需求侧响应定价策略。模型第一阶段针对新能源预测出力,在预测需求侧响应基础上,确定微电网出清电价。第二阶段在新能源随机处理,各用户提出的需求侧响应基础上,确定微电网调整电价。算例分析的结果表明,所提模型能够利用用户不同的需求侧响应曲线,调整系统的负荷水平,从而有利于新能源接入。     

Impact of Retailer and Consumer Behavior on Voltage in Distribution Network Under Liberalization of Electricity Retail Market

The liberalization movement in Japan will be expanded to the residential sector and full liberalization of the retail market will be achieved in the near future. Against this background, it is expected that transactions in a distribution network (DN), which has many consumers of the residential sector, will be activated. Furthermore, consumers can control their loads depending on the selling prices offered by retailers with the introduction of demand response (DR) technologies such as home energy management systems (HEMS). Due to the variation of load by DR, however, the voltage profile in DN may be changed compared to the present situation. This may make voltage management difficult and cause problems such as voltage deviation from an adequate range. In this paper, the impact of DR in a liberalized electricity market on DN is evaluated for efficient voltage management. In order to evaluate the behavior of the retailer and consumers, this paper proposes a bi‐level programming approach based on the Stackelberg game model. Solving the bi‐level programming problem including the power flow equation for a DN model based on the IEEE 13‐bus test feeder, we analyze the impact of the retailer and consumers on the voltage in the DN in order to account for transactions between these market players.     

需求侧响应在电力批发市场中的应用

电力需求侧响应就是运用系统可靠性项目或基于市场的价格去影响需求的时间和水平。总结介绍了需求侧响应在美国东北部3个电力市场（PJM、纽约州和新英格兰）以及在实行NETA前后英格兰威尔士电力市场的应用机制,提出了我国在建立批发市场前,可以先行建立需求侧参与辅助服务投标机制;在建立批发市场时,可以同时引入实时电价用户群机制,以及时发掘需求侧响应资源。     

基于主从博弈的负荷聚合商日前市场最优定价策略

负荷聚合商通过需求响应整合用户侧资源,并由此向电网提供负荷平抑服务以获得收益。因此,聚合商的响应定价策略和用户响应偏好直接影响用户响应精度,进而影响聚合商市场收益。文中将参与需求响应的负荷资源作为广义需求侧资源,提出基于价格激励的需求响应机制,建立考虑用户偏好的用户效用模型和聚合商收益模型。进而,以用户和聚合商两者利益最大化为目标构建主从博弈模型,求解模型获得聚合商最优补偿定价策略,分析用户用电弹性以优化用户响应。最后,采用美国PJM市场数据进行算例仿真,结果表明基于主从博弈的最优定价策略能够充分考虑用户响应偏好差异,有效降低用户综合成本,通过平抑负荷波动提高聚合商市场收益。     

面向需求响应的电力用户行为建模：研究现状与应用

通过建模理解电力用户行为,有助于在需求响应中有效引导用户灵活用电,从而挖掘负荷侧的灵活性。面向需求响应场景的实际需求,系统梳理电力用户行为建模的研究现状与应用。分析并总结电力用户行为建模的研究进展,包括用户行为特性描绘、用户行为解析和用户行为定量建模3个不同层次。梳理电力用户行为建模在需求响应中的主要应用方向,包括需求响应潜力评估、考虑需求响应的能源系统协同优化、负荷零售商定价和考虑需求响应的市场机制设计。讨论现有电力用户行为建模研究所面临的不完全信息条件、用户的有限理性等实际问题,并对未来的研究方向进行展望。     

需求侧实时电价下用户购电风险决策

需求侧实时电价(RTP)是电力市场下需求响应的重要手段之一。作为一种理想的需求侧电价机制,通过结合与RTP相关的各类套期保值合同,RTP的价格波动风险可以在市场参与者之间合理分摊。基于各国开展RTP的研究与实践,结合随机电价模型,利用Monte-Carlo模拟法对与RTP相关的各类套期保值合同进行定价。在确定了合同价格后,基于条件风险价值(CVaR)法,以用户购电效用最大化为目标,建立了不同风险喜好的用户选择负荷最优套期保值比例的决策模型。最后通过算例仿真验证了所述方法的有效性,它有利于用户有选择性地规避RTP的价格风险,实现了供电公司与用户之间的良好互动。     

用电需求曲线建模及其应用

根据需求跟随价格变化的原理,用户的用电数量不是确定不变的.本文借鉴经济学的有关理论,从用户调查入手,阐述了用电需求曲线的数学模型及其参数估计方法.在此基础上,分析了用户的电力需求弹性.特别针对电力企业广泛采用的增供促销措施进行了定量分析,发现这种措施在某些情况下可能失效,由此提出了基于用电需求曲线的区别定价方法,指导电力企业采取合理的价格营销策略.