基于博弈论的需求响应研究及其在促进风电消纳中的应用

摘要

随着我国经济的快速发展，对能源的依赖性日益增强，但同时面临着化石能源紧张、环境污染严重的现状，迫切需要发展可再生能源。尽管我国风能资源丰富、风电发展迅速，却存在着风电利用率不高、弃风严重等问题。需求响应对于实现电力供需平衡、优化资源配置具有重要作用，在逐渐开放的市场环境中，需要研究需求响应各参与方的利益关系，制定合理有效的响应机制。本文关注需求侧资源的研究和利用，探讨实施需求响应过程中相关参与方的博弈互动关系。在此基础上，将需求侧资源纳入促进风电消纳的研究中，为提高风电消纳水平进行了一定理论和实例研究。
　　首先，本文总结了我国风电发展和利用现状，阐述了需求响应中可中断负荷和分时电价的实施方式及用户的响应形式，分析了影响我国风电消纳的主要因素。
　　其次使用博弈论这个数学工具，分别对可中断负荷和需求侧分时电价的实施机制进行研究。针对可中断负荷中的中断补偿费用确定问题，建立用户与电力公司的讨价还价模型。针对单个用户谈判的局限性，引入考虑产品差异性的豪泰林价格模型，建立多个用户参与的多次竞价模型。相较单一用户博弈模型，更能发挥市场竞争力，使中断补偿价格趋向稳定较低的水平。针对需求侧分时电价制定问题，建立电力公司与用户的不完全信息博弈关系。电力公司根据多次反馈的用电量和电价关系，利用贝叶斯法则，逐步确定用户响应能力大小，以最大化自身收益为目标得到最优分时电价。通过算例分析与对比，能够验证该模型的合理性和在充分调动用户参与积极性、优化负荷曲线方面的优越性。
　　再次综合前文关于可中断负荷中断补偿费用和需求侧分时电价的研究结果，由可中断负荷提供系统正旋转备用，分时电价响应优化负荷曲线，建立考虑需求侧资源的风电消纳经济调度模型。模型同时计及了供应侧和需求侧的运行成本，考虑了系统约束、机组约束、可中断负荷合同等约束条件，基于加惯性权重的粒子群算法，运用Matlab软件编程求解。
　　最后，结合算例进行对比分析，验证需求侧资源具有提高风电消纳能力的作用。同时，对比分别考虑和综合考虑两种形式需求响应资源的调度结果，探讨不同形式的需求侧资源促进风电消纳的作用。结果表明同时考虑可中断负荷与分时电价，能够发挥两者的协调互补性，在减少系统运行成本的同时降低风电弃风率，提高风电在电源结构中所占比例。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 可中断负荷研究现状

1．2．2 峰谷分时电价研究现状

1．2．3 风电消纳问题研究

1．2．4 存在的问题

1．3 本文主要工作

2 需求响应原理及影响风电消纳因素论述

2．1 两种主要的需求响应类型

2．1．1 可中断负荷的运营模式

2．1．2 需求侧分时电价

2．2 不同用户的需求响应分析

2．2．1 居民用户

2．2．2 工业用户

2．2．3 商业用户

2．3 影响风电消纳的主要因素

2．3．1 系统调节能力

2．3．2 电网输电能力

2．3．3 风电并网运行技能

2．3．4 风电调度运行水平

2．4 本章小结

3 博弈论在可中断负荷管理中的应用研究

3．1 博弈的概念及动态博弈分析方法

3．2 用户与电力公司的讨价还价模型

3．2．1 用户中断成本的函数特性

3．2．2 讨价还价博弈

3．2．3 实例分析

3．3 基于价格博弈的可中断负荷竞价模型

3．3．1 豪泰林(Hotelling)价格竞争模型

3．3．2 豪泰林模型在可中断负荷竞价中的应用

3．3．3 算例分析

3．4 本章小结

4 基于博弈论的需求侧分时电价研究

4．1 不完全信息动态博弈

4．1．1 基本思路

4．1．2 贝叶斯法则

4．2 基于分时电价的不完全信息动态博弈

4．2．1 用户反应模型

4．2．2 需求侧分时电价的制定

4．2．3 不完全信息市场中动态博弈模型

4．3 算例分析

4．4 本章小结

5 计及需求响应资源的风电消纳经济调度模型

5．1 含风电场的电力系统经济调度

5．2 计及需求响应资源的风电消纳经济调度模型

5．2．1 目标函数

5．2．2 约束条件

5．3 算法求解

5．3．1 加惯性权重的粒子群优化算法

5．3．2 经济调度模型的求解

5．4 本章小结

6 算例分析

6．1 基本参数

6．2 算例结果分析

6．2．1 火电机组出力情况分析

6．2．2 系统运行成本分析

6．2．3 弃风情况分析

6．2．4 综合对比

6．3 不同类型需求响应资源对风电消纳的作用

6．4 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

学位论文数据集