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考虑博弈论的需求侧响应参与风电消纳的电力工程优化调度研究

时间:2018-11-25 12:01来源:www.e-lunwen.com 作者:lgg 点击:
本文是一篇电力工程论文,电力不足严重阻碍着国民经济的发展。世界各国的经验表明,电力生产的发展速度应高于其他部门的发展速度,才能促进国民经济的协调发展。
本文是一篇电力工程论文,电力不足严重阻碍着国民经济的发展。世界各国的经验表明,电力生产的发展速度应高于其他部门的发展速度,才能促进国民经济的协调发展,所以电力工业又被称为国民经济的“先行官”。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇电力工程论文,供大家参考。
 
1. 绪论
 
1.1. 研究背景及意义
随着能源供应问题的日益突出以及气候变暖问题的日益严峻,世界各国都在寻找清洁、高效以及可持续发展的能源能够替代传统的化石能源,因此新能源具有很好地发展空间,其比重在能源战略地位中逐渐升高,同时这也能够促进世界各国积极调整能源结构,加强对环境的保护。图 1-1 为历年全球风电装机容量变化趋势,统计得出,在 2016 年底的时候,全球风电装机总容量达到 48679 万 kW【1】,尤其是亚洲地区风电的大规模发展是推动全球风能发展的一个重要因素。近年来我国风电的发展比较迅速,这不仅由于它具有清洁、高效、可持续的特点,而且得益于我国风能资源丰富且开发成本较低等特点。据统计,我国陆地及海上可开发的总风电量大概有 10 亿 kW【2】,由此表明风电完全具备应对我国能源结构做出的调整改变的能力,而且在经济快速发展及用户电力需求增加的时代背景下,我国推出的政策也在积极响应着风电的大规模发展且已进入到不断完善的这一阶段。图 1-2 给出了我国近十年来风电装机容量的一个变化情况,2010 年,我国风电累计装机容量为 4473.34 万 kW,在这一年风电装机容量上升到了世界第一的位置【3】。到 2013 年底的时候,风电累计装机容量相比 2010 年翻了一番,达到了 9141.3 万 kW,在世界总的风电装机容量中占到了 28.6%【4】。从 2013 年底到 2016 年底这短短的三年间,风电装机容量新增了接近 2013 年累计装机容量的一倍,可以看出风能正在逐步的趋于稳步发展。除此之外,近几年我国部分城市冬季长时间处于雾霾的天气状况下,这与我国的能源结构有着非常大的关系,因此必须要进一步加强对能源结构的调整,积极发展可再生能源,尤其是风电的发展。
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1.2. 国内外研究现状
 
1.2.1. 风电消纳运行模式研究现状
目前在现有的文献当中对于风电消纳运行模式的研究主要有全额风电消纳模式【10】(或者称为弃风量最小模式)和能耗最小模式【11】,这两种模式各自有不同的目标,但总体上都是为尽可能地减少弃风而准备的,同时国家在这方面也有所建设,制定了相应的市场运营规则。全额风电消纳模式主要是在国家政策的号召下,大力发展风电,同时在能够保障系统正常运行的前提下,尽可能地避免弃风现象的发生;能耗最小模式不同于第一种模式,这种模式在一定情况下是允许有弃风量产生的,但必须是在合理范围内,该模式更注重调度,其次才可以允许有少量的弃风,同时也要保证传统机组并没有因为为了更多的消纳风电而频繁的启停机组,减少不必要的污染气体排放,从而达到整体的能耗最优效果。如果因为消纳更多的风电而影响目标最优时,这时就要选择弃风,也就是我们所说的技术弃风或者经济弃风。两种模式的对比如 表 1-1 所示。从 表 1-1 中可以看出,能耗最小模式与全额风电消纳模式相比其系统经济成本更低且能耗水平下降,能耗最小模式因为其优势更为明显而受到较为广泛的关注。文献【11】针对电力系统不同的调度模式,对比了系统 4 种不同调度模式下的经济性;文献【12】综合考虑了电网公司、风电场以及用户这三者之间的利益平衡,建立了多目标变时段尖峰电价决策优化模型,通过对外层电价的优化以及内层机组组合的优化使负荷更加平缓,从而有效增加风电的消纳能力;文献【13】指出为了保证更多的允许装机容量,在调峰困难时期是可以有少量弃风的,从而能够保证非调峰困难时期获得更多的风电发电。而英国则建立了惩罚制度,对于随机性较强的风电而言,可以在交易时优化一些交易策略从而提高风力发电收益。此外,也可以通过跨省方式对风电进行消纳,但是这种方式一般对联络线有着较高的要求,如果能够保证线路的传输功率,可以通过功率进行传输将超额的风电送到用电量供给不足的临近省份,促进风电消纳【14】。
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2. 影响风电消纳因素概述及需求响应资源特性研究
 
2.1. 影响风电消纳主要因素
根据 2014 年底做出的统计,我国风电在世界上已处于领先位置,但是由于能源分布不均,距离负荷中心较远,就地消纳风电的能力不足,而且对于新能源的发展没有与电网之间进行统一的规划,部分风电地区由于电网网架的约束送出能力受到限制,电网的优化配置也做的不足,从而导致大量的弃风现象发生。因此风电要想得到大力发展必须首先解决弃风问题。其中导致弃风原因主要包括两个方面:一个是消纳能力,如调峰能力、输电能力等;另一个是消纳水平,如风电并网及调度运行水平、需求响应水平等,这些因素在一定程度上能够决定是否可以实现风电消纳的最大化【36】。根据风电出力的不同,系统调峰可分为反调峰、正调峰以及过调峰,这三种调峰类型分别会增大、减小以及倒置等效负荷曲线的峰谷差。如图 2-1 所示分别为上述三种调峰类型。其中等效负荷指的是系统总负荷减去风电出力部分剩余的负荷,也就是由常规机组所承担的负荷。我国风电出力对于负荷来说表现出较为明显的反调峰特性,即在负荷高峰时期风电出力较小,夜间负荷低谷的时候出力反而较大,而且从风电的年出力特性上来看,我国风电在春、冬季出力较大,夏、秋季出力较小,如图 2-2 所示为我国某省冬季与夏季的风电最大出力及风电出力空间,虽然夏季的风电出力较小,但大部分风电都可以被接纳,风电出力空间大。而冬季的风电出力虽然增大很多,但由于该地区在冬季有大量的供热机组运行,限制了煤电机组在低谷时不能及时做出相应下调,导致系统调峰困难。
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2.2. 需求响应资源特性研究
DR 资源的响应特性和响应能力是 DR 参与系统运行调节的基础,决定着 DR 参与系统运行后的实施效果。本节将概述与 DR 相关的基础性内容,分析了按照类型所分的 DR模型以及相关技术,总结了一些适合风电消纳的负荷,并以此为部分理论基础应用到后续的调度模型中。第一章中提及到 IDR 的概念,指的是实施机构会首先制定一系列的有关 DR 的政策,当系统运行时的稳定性或可靠性受到影响的时候,用户可以通过增降负荷的方式能够对其变化及时做出响应,对于参与 DR 的用户不允许任意的增减负荷,需要与实施机构签订有关方面的合同。一般地,调度中心决定着 IDR 的响应时间及响应方式,也就是调度中心会根据用户上报的容量、申请补偿的情况以及系统的运行状况做出直接的控制要求实施。更具体地说,用户是否会积极的参与 IDR 这一项目,主要的关键因素是用户补偿机制能否健全实施。
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3. 博弈分时电价在风电消纳中的研究............ 19
3.1. 博弈的概念及其分类 ...... 19
3.2. 基于分时电价的不完全信息动态博弈 ........ 20
3.2.1. 贝叶斯理论...... 20
3.2.2. 关于需求方分时电价的制定........ 20
3.2.3. 不完全信息市场中动态博弈模型.......... 21
3.3. 计及博弈分时电价的风电消纳经济调度模型 ...... 23
3.4. 算例分析 ...... 28
3.4.1. 算例条件.......... 28
3.4.2. 结果分析.......... 29
3.5. 本章小结 ...... 34
4. 博弈需求响应在风电消纳中的应用研究.... 37
4.1. 电动汽车代理商与风电厂商博弈模型 ........ 37
4.2. 计及博弈需求响应的风电消纳经济调度模型 ...... 40
4.3. 算例分析 ...... 42
4.4. 本章小结 ...... 46
5. 结论与展望............ 47
5.1. 结论 .... 47
5.2. 展望 .... 47
 
4. 博弈需求响应在风电消纳中的应用研究
 
目前随着经济的快速发展及能源与环境之间矛盾的日益加深,电动汽车作为一种绿色交通工具逐渐发展起来。电动汽车的发展不仅起到节能减排的作用,更能缓解交通问题、能源问题和环境问题,是未来交通工具发展方向。在电力市场的不断改革推进下,促进大规模风电的消纳除了依靠传统意义上的措施之外,利用市场手段也逐渐成为一种可能的方式。本章在第三章内容的基础上,深入研究电动汽车以此来进一步的促进风电消纳,达到风电与电动汽车用户共赢。
 
4.1. 电动汽车代理商与风电厂商博弈模型
单辆电动汽车的储能一般在几十千瓦之间,而风电消纳需求一般在兆瓦数量级上,零散分布的电动汽车是难以满足系统的要求的,因此需要将零散分布的电动汽车聚集起来以便参与市场交易,能够把零散的电动汽车聚集在一起并可以参与市场交易的机构成为电动汽车代理商,本文主要引用电动公交车。豪泰林模型,也称霍特林模型,最初这一模型的提出是在企业差异化竞争策略上建立起来的,其核心是对于同一种产品来说,只存在空间位置的不同,其他产品性能等是没有差异的。消费者在选择的时候,更注重产品的价格与运输成本而不再单单只比较价格的不同。例如存在一个长度为 1 的线性区域,消费者均匀地分布在这个区域内。如果在这个区域的两端存在两个商场,分别为商场 a 和商场 b,且商场 a 在 x=0 处,商场 b 在 x=1 处,商品的成本为 c,单位距离的运输成本为 d,那么对于住在 x 处的消费者来说,如果打算去商场 a 消费的话,需要花费 xd 的运输成本,去商场 b 则需要花费 d(1-x)的运输成本。
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结论
 
近年来,在应对能源供应问题以及气候变暖问问题的大背景下,风电在全世界范围内得到快速发展。但是由于风电的特殊性使其在并网的时候会给电力系统的调度部门带来一些困难和问题,传统电网的调度模式在应对风电波动变化的时候调节能力有限,弃风现象严重。智能电网这一科技创新的应用推进增强了电网与用户侧水平的互动,用户能够自主地选择用电方式以及用电时间,DR 的融入从侧面可以反映用户参与的能力及积极性,也为消纳风电提供了一种可能。本文主要从需求侧的角度出发,探讨能够消纳风电的最合理、最经济的需求响应方式。在此基础上,将博弈论的理论知识与需求响应资源进行结合,并对其做出分析研究,建立并求解计及博弈 DR 的风电消纳经济调度模型,主要的成果和结论如下:
1、研究了需求侧资源的响应特性,论述了基于不同类型的需求响应模型特性及适合风电消纳的一些比较典型的负荷。
2、研究了峰谷分时电价机制的定制问题,探讨在不清楚用户响应弹性的情况下如何最大程度地激发用户的响应潜力,建立了考虑博弈 TOU 后的风电消纳经济调度模型,分析了计及 DR 对系统的影响。算例分析表明,博弈分时电价下更能激发用户的潜力,平缓负荷曲线,减少弃风量,降低了系统的成本。
3、考虑电动汽车这一需求响应对风电进行消纳。研究了电动汽车的调用成本,介绍了比较经典的豪泰林模型,建立了计及 DR 的风电消纳经济调度模型。通过算例仿真可以发现多个代理商存在价格竞争,最终的出清价格会趋于一致,此外该模型在弃风量、系统成本以及风电等效容量方面,均有不同程度的提高或降低,证明了模型的优越性。
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参考文献(略)
(责任编辑:gufeng)
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