通过用户侧提高发电侧电力资源效率的优化模型研究

摘要

现阶段，以风电、太阳能为代表的随机性可再生能源发电发展速度十分迅猛，装机容量和上网电量均已达到世界前列，尤其是风电装机容量已达世界首位。但受制于随机性电源发电随性性、波动性、间歇性的影响，弃风和弃光现象日益严重，这使得投入设备的利用效率较低，不利于投入资本的回收，且没有完全利用风电和太阳能发电等随机性性清洁能源环境友好型的特性。鉴于此，为了改变当前随机性清洁能源的发展现状，为提升其发电并网，国内外已从发电侧、电网侧和用户侧针对随机性电源并网开展了深入的研究，尤其是发电侧形成了微网、虚拟电厂形势的分布式能源打捆利用消纳模式，在实际运用中已取得了显著的成果。但受制于电能产品供需时时平衡的特性，在研究随机性电源并网优化问题时，若单一考虑发电侧促进其并网，研究成果的适用性将会受到局限，且作为电能的最终消费者，研究用电侧相关措施提升随机性电源并网对于消纳随机性电源有着重要的作用。因此，本文基于用户侧视角，开展发电侧电力资源利用效率优化问题的研究，具体内容包括以下几个方面:
　　(1)总结归纳了国内外关于电力资源优化利用研究的基本成果，介绍了中国电力资源利用现状、趋势，把握了中国电力资源利用的现有问题，从发电侧、用电侧、发电侧和用电侧联动三个角度提出了中国电力资源利用的改善途径。
　　(2)构建了用户侧需求响应促进电力资源利用优化模型。引入了需求响应的基本理论，结合不同电力资源的发电特性，构建了基于需求响应的电力资源优化利用模型，对比分析了需求响应前后的系统电力资源利用结果，分析了需求响应对提升系统电力资源利用效率的优化效应。
　　(3)构建了用户侧电价机制协助电力资源利用优化模型。介绍了用户侧电价组成体系，分别构建了峰谷分时电价、可中断电价和居民阶梯电价设计优化模型及基于上述电价机制下的电力资源利用模型，算例结果显示用户侧电价机制的引入能引导用户合理用电，转移用电时段，降低用电需求量，优化发电侧机组出力，提升系统消纳随机性电力资源的能力。
　　(4)构建了用户侧多元用电途径组合提升电力资源利用优化模型。介绍了用户侧多元化用电途径，构建了大用户直购电交易、电力外送交易和储能系统参与下的电力资源利用模型，实例仿真结果表明大用户直购电交易、电力外送和储能系统均能够提升系统消纳随机性电力资源的能力。进一步，提出了基于投资组合模型的电力资源组合途径消纳优化模型。测算了不同路径对系统提升电力资源消纳的效益，构建了基于投资组合模型的电力资源多元途径组合消纳优化模型。
　　(5)提出了用户侧与发电侧联动消纳电力资源优化利用模型。介绍了能效电厂和虚拟电厂的基本概念，构建了能效电厂参与下的电力系统电源规划优化模型，算例结果显示能效电厂的引入有利于延缓机组装机时序，增加随机性电源并网容量，提升电力资源利用效率。进一步，构建了能效电厂与虚拟电厂联合调度双层优化模型，上层以虚拟电厂并网容量最大化为目标，下层以能效电厂并网收益最大化为目标，引入多层次多目标纵横交叉算法进行模型求解，算例结果显示能效电厂与虚拟电厂的联合调度有利于提升系统消纳随机性电源的能力，提高电力资源利用效率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．1 选题背景

1．2 选题意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 用户侧用电价格理论研究

1．2．2 用户侧用电途径优化研究

1．2．3 用户侧参与需求响应机制研究

1．2．4 用户侧参与备用容量需求研究

1．3 主要研究内容与创新点

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 主要创新点

第2章 中国电力资源利用现状、趋势、问题及改善途径分析

2．1 中国电力资源利用现状分析

2．1．1 电力资源分布状况

2．1．2 电力需求分布情况

2．1．3 电力资源利用状态

2．2 中国电力资源利用趋势分析

2．2．1 电力资源未来发展规划

2．2．2 电力需求增长预测分析

2．2．3 电力资源利用趋势分析

2．3 中国电力资源利用存在的问题

2．3．1 化石能源发电存在的问题

2．3．2 可再生能源发电存在的问题

2．4 中国电力资源利用改善途径分析

2．4．1 发电侧促进电力资源优化利用途径分析

2．4．2 用电侧促进电力资源优化配途径径分析

2．4．3 发电侧与用电侧联动促进电力资源优化利用途径

2．5 小结

第3章 用户侧需求响应促进电力资源利用优化模型

3．1 需求响应的基本理论

3．1．1 需求响应概念

3．1．2 需求响应分类

3．1．3 需求响应建模

3．2 不同电力资源发电特性分析

3．2．1 非可再生的电力资源

3．2．2 非调节性的可再生电力资源

3．2．3 可调节性的可再生电力资源

3．3 基于需求响应的电力资源优化利用模型

3．3．1 需求响应下系统负荷分布

3．3．2 电力资源优化利用模型

3．3．3 算例分析

3．4 本章小结

第4章 用户侧电价机制促进电力资源利用优化模型

4．1 用户侧电价体系构成

4．1．1 峰谷分时电价

4．1．2 可中断负荷电价

4．1．3 居民阶梯电价

4．1．4 差别电价

4．1．5 其他电价

4．2 峰谷分时电价下电力资源优化利用模型

4．2．1 峰谷分时电价设计模型

4．2．2 峰谷分时下电力资源利用模型

4．2．3 算例分析

4．3 可中断电价下电力资源优化利用模型

4．3．1 可中断电价设计模型

4．3．2 考虑可中断负荷的发电调度优化模型

4．3．3 算例分析

4．4 居民阶梯电价下电力资源优化利用模型

4．4．1 居民阶梯电价设计优化模型

4．4．2 居民用户促进电力资源利用模型

4．4．3 算例分析

4．5 本章小结

第5章 用户侧多元化用电途径促进电力资源利用优化模型

5．1 用户侧多元用电途径分析

5．1．1 大用户直购电

5．1．2 电力外送用电

5．1．3 储能系统用电

5．1．4 其他途径用电

5．2 用户侧多元化途径协助电力资源利用优化模型

5．2．1 大用户协助电力资源利用模型

5．2．2 电力外送协助电力资源利用模型

5．2．3 储能系统协助电力资源利用模型

5．2．4 算例分析

5．3 多元组合途径协助电力资源利用模型

5．3．1 投资组合的基本内涵

5．3．2 投资组合的典型模型

5．3．3 电力资源利用组合优化模型

5．4 本章小结

第6章 用户侧与发电侧联动消纳电力资源优化模型

6．1 能效电厂与虚拟电厂介绍

6．1．1 能效电厂介绍

6．1．2 虚拟电厂介绍

6．2 能效电厂参与电力资源规划优化模型

6．2．1 电源规划模型

6．2．2 能效电厂参与电源规划模型

6．2．3 算例分析

6．3 能效电厂与虚拟电厂联合调度优化模型

6．3．1 虚拟电厂上层调度优化模型

6．3．2 能效电厂下层调度优化模型

6．3．3 多层次多目标纵横交叉算法

6．3．4 算例分析

6．4 本章小结

第7章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的学术论文

攻读博士学位期间参加的科研工作

作者简介