面向城市电网的需求侧资源动态聚合模型及调度机制研究

摘要

城市电网是一个多电源、多用户、多功能、高密度、大负荷的网络系统。为促进城市电网的稳定高速发展，充分发挥城市电网多类型资源的各自特性及其之间的互补性，促进对分布式电源（distributed generation，DG）的消纳和需求侧资源（Demand Side Resource，DSR）的高效利用，资源聚合技术应运而生。针对如何聚合不同特性的资源及对聚合后的资源如何调控，本文进行了以下主要工作： 首先，以居民用户为研究基础，针对居民用户负荷空间分散、数量以及种类众多的特点，将负荷分类建立了相应的响应模型分析用户的需求响应潜力，并提出了基于需求响应潜力分析的双尺度谱聚类方法，将用户分类。在用户分类的基础上，从负荷聚合商（Load Aggregator，LA）的角度，建立了计及用户违约用电风险的居民用户静态优化聚合模型，以某市市50个居民用户的用电数据进行了算例分析，得到了一种高响应潜力低违约用电率的居民用户聚合方案，为在聚合过程中对负荷需求响应能力的评估及优化选择提供了参考，并为多用户多类型资源的聚合打下了基础。 其次，考虑到各类DSR的互补性及不确定性，利用多场景技术提出了对DSR进行分季度聚合。以提取到的DSR聚类日特征向量作为SOM的输入向量进行聚类分析和多场景的构建，建立了基于场景划分的DSR多目标动态优化聚合模型，并采用改进小生境进化多目标免疫算法对优化模型进行求解。以某城市市中心的供电范围作为聚合区域，进行算例分析，得到了资源聚合体（Resource Aggregation，RA）在不同季度下的优化聚合方案，验证了资源分季度聚合的合理性及多场景分析的有效性。 再次，针对如何调控RA内部的资源，充分发挥RA的优越特性，本文提出了含RA的城市电网双层优化调度模式以及对RA内部响应资源“统一决策，分散响应”的调控策略，并基于电网用电缺口指标及响应资源的品质划分，建立了RA需求响应资源调度模型，设计了对电网和用户双向激励的需求响应收益分享机制。经算例分析，验证了优化调度模型及所提策略的有效性。

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Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 需求侧资源特性分析的研究现状

1.2.2 需求侧资源聚合的研究现状

1.2.3 需求侧资源调度机制的研究现状

1.3 本文主要工作

第2章 基于谱聚类分析的居民用户静态优化聚合模型的构建

2.1 居民负荷分类建模及需求响应潜力分析

2.1.1 居民负荷分类建模

2.1.2 居民负荷参与需求响应的优化目标

2.1.3 居民负荷的响应过程及潜力分析

2.1.4 基于双尺度度量的谱聚类

2.2 计及风险的LA优化聚合模型

2.2.1 用户违约电量模型

2.2.2 市场惩罚规则

2.2.3 市场等级化补偿规则

2.2.4 LA风险度量指标

2.2.5 计及风险的LA聚合优化模型

2.3 算例分析

2.3.1 用户需求响应潜力分析

2.3.2 基于需求响应潜力的用户聚类

2.3.3 LA优化聚合

2.4 小结

第3章 基于多场景的需求侧资源动态优化聚合模型的构建

3.1 需求侧资源特性分析及特征量提取

3.1.1 需求侧资源概述

3.1.2 DG出力和负荷波动的时序性分析及日特征量的选取

3.1.3 需求响应资源的响应特性及特征量的选取

3.1.4 聚类分析特征量的构成

3.2 基于季度划分和SOM算法的多场景构建

3.2.1 DSR季度性分析

3.2.2 SOM算法

3.3 DSR的多场景优化聚合模型

3.3.1 目标函数

3.3.2 约束条件

3.4 模型求解

3.5 算例分析

3.5.1 多场景的构建和分析

3.5.2 DSR的多场景多目标优化聚合

3.6 小结

第4章 含RA的城市电网双层优化调度模型

4.1 面向RA的城市电网调度模式

4.2 需求响应结算机制

4.3 RA需求响应资源调度模型

4.3.1 目标函数

4.3.2 约束条件

4.4 模型求解

4.5 算例分析

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

发表的学术论文

申请的软件著作权

参与的科研项目

致谢