考虑激励型需求响应的电力系统一体化规划优化方法

摘要

本发明涉及电力系统扩展规划技术领域，具体涉及考虑激励型需求响应的电力系统一体化规划优化方法，步骤如下：建立包含需求响应运行约束与激励成本的激励型需求响应技术经济性模型；基于该模型，计及电力电量平衡和灵活性平衡，建立适用于电力系统一体化规划的快速运行模拟约束集；基于该模型和约束集，建立电力系统一体化规划模型；对一体化规划模型进行线性求解，得到计及需求响应机制的经济性成本最优方案。本发明将需求响应机制内嵌于一体化规划模型中，形成考虑激励型需求响应的一体化规划模型，可有效评估需求侧灵活性和响应潜力并计及响应机制对电网规划的影响，降低电网投资成本，为需求响应资源参与下的电力系统规划问题提供技术支撑。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统扩展规划技术领域，具体而言，涉及一种考虑激励型需求响应的电力系统一体化规划优化方法。

背景技术

在构建以新能源为主体的新型电力系统大背景下，多时空强不确定性的可再生能源大规模集群并网、高渗透率分散接入并重，电力系统形态将发生巨大变化，电力系统规划的主要矛盾也将逐渐由电力和电量的供需平衡之间的矛盾转变为有限的系统运行灵活性供给与可再生能源出力强不确定随机之间的矛盾。另一方面，国家明确提出完善电力需求响应机制，推动电力需求响应市场化建设，支持负荷聚合商参与电力市场交易和系统运行调节。未来电力负荷将作为灵活性资源广泛参与新型电力系统源端波动性、随机性互动。

新型电力系统转型中，需求响应参与电力调度已成为必然趋势，现有的电力系统一体化规划优化方法绝大部分尚未考虑激励型需求响应对电力系统规划影响。实际上，需求响应将成为保障可再生能源大规模并网后电力系统安全稳定运行，提升可再生能源渗透率的有效手段之一。因此，需要解决在以新能源为主体的新型电力系统规划中，如何考虑需求侧响应的问题

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑激励型需求响应的电力系统一体化规划优化方法，将传统电力系统规划问题扩展为考虑激励型需求响应的电力系统一体化规划优化问题，能够准确评估需求侧灵活性的响应潜力并将其纳入系统灵活性供给平衡，进而减少电力规划阶段的电源装机和配套电网建设投资，为需求响应机制的制定提供决策依据。

本发明的实施例通过以下技术方案实现：考虑激励型需求响应的电力系统一体化规划优化方法，包括如下步骤：

通过分析负荷侧需求响应灵活调节能力，建立包含需求响应运行约束与激励成本的激励型需求响应技术经济性模型；

基于所述激励型需求响应技术经济性模型，计及电力电量平衡和灵活性平衡，建立适用于电力系统一体化规划的快速运行模拟约束集；

基于所述激励型需求响应技术经济性模型和快速运行模拟约束集，建立电力系统一体化规划模型；

对所述电力系统一体化规划模型进行线性求解，得到计及需求响应机制的经济性成本最优的一体化规划优化配置方案。

根据一种优选实施方式，所述激励型需求响应技术经济性模型包括：建立需求响应激励成本模型以及建立需求响应运行约束条件集。

根据一种优选实施方式，所述需求响应激励成本模型的表达式如下：

上式中，

根据一种优选实施方式，所述需求响应运行约束条件集的表达式如下：

上式中，

根据一种优选实施方式，所述快速运行模拟约束集包括需求响应运行约束、系统节点功率平衡约束、输电网络约束、火电机组运行约束、风电场运行约束、光伏电站运行约束和电储能运行约束。

根据一种优选实施方式，所述系统节点功率平衡约束的表达式如下：

上式中，g表示第g台火电机组，

所述输电网络约束的表达式如下：

上式中，M为常数，

所述火电机组运行约束的表达式如下：

上式中，

所述风电场、光伏电站运行约束的表达式如下：

上式中，

所述电储能运行约束的表达式如下：

上式中，

根据一种优选实施方式，所述基于所述激励型需求响应技术经济性模型和快速运行模拟约束集，建立电力系统一体化规划模型包括：

基于所述激励型需求响应技术经济性模型，构建考虑激励型需求响应的电力系统一体化规划模型的目标函数；

基于所述快速运行模拟约束集，构建考虑激励型需求响应的电力系统一体化规划模型的约束集。

根据一种优选实施方式，所述电力系统一体化规划模型的目标函数的表达式如下：

上式中，

根据一种优选实施方式，所述考虑激励型需求响应的电力系统一体化规划模型的约束集由投资决策约束集和快速运行模拟约束集构成，其中，所述投资决策约束集包括投资预算约束、最大装机容量约束以及可再生能源出力渗透率约束。

根据一种优选实施方式，所述投资预算约束的表达式如下：

上式中，Γ

所述最大装机容量约束的表达式如下：

上式中，

所述可再生能源出力渗透率约束的表达式如下：

上式中，β

本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：本发明所提供的考虑激励型需求响应的电力系统一体化规划优化方法，将需求响应机制内嵌于电力系统源-网-荷-储协同规划模型中，形成考虑激励型需求响应的电力系统一体化规划模型，可有效评估需求侧灵活性和响应潜力并计及响应机制对电网规划的影响，降低电网投资成本，为需求响应资源参与下的电力系统规划问题提供技术支撑。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的考虑激励型需求响应的电力系统一体化规划优化方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例1

参见图1所示，图1为本发明实施例所提供的考虑激励型需求响应的电力系统一体化规划优化方法的流程示意图。

本发明实施例所提供的考虑激励型需求响应的电力系统一体化规划优化方法包括如下步骤：

A.以系统中负荷特性为基础，通过分析负荷侧需求响应灵活调节能力，建立包含需求响应运行约束与激励成本的激励型需求响应技术经济性模型。具体包括：

A01、建立需求响应激励成本模型，具体到本发明实施例，所述需求响应激励成本模型的表达式为：

上式中，

A02、建立需求响应运行约束条件集,具体到本发明实施例，所述需求响应运行约束条件集的表达式如下：

上式中，

本发明实施例在获取到激励型需求响应技术经济性模型后，进一步地执行后续步骤B。

B.基于所述激励型需求响应技术经济性模型，计及电力电量平衡和灵活性平衡，建立适用于电力系统的源-网-荷-储一体化规划的快速运行模拟约束集。具体包含：

所述快速运行模拟约束集包括需求响应运行约束、系统节点功率平衡约束、输电网络约束、火电机组运行约束、风电场运行约束、光伏电站运行约束和电储能运行约束。各约束具体表示如下：

考虑需求响应机制的系统节点功率平衡约束的表达式如下：

上式表示系统在各时刻各节点的有功功率需平衡，且切负荷功率不应大于该节点的符合需求，其中，g表示第g台火电机组，

输电网络约束的表达式如下：

上式中，

火电机组运行约束的表达式如下：

需要说明的是，式(5)中第一行为火电机组最小及最大出力约束；第二行对火电机组的上调爬坡和下调爬坡能力进行了约束；第三行对火电机组的出力与在线开机容量进行了约束；第四行给出了火电机组的在线容量、开机容量和关机容量之间的关系；第五行对火电机组的最小开机时间和最小关机时间进行了约束。

上式中，

风电场、光伏电站运行约束的表达式如下：

需要说明的是，式(6)表示任一风电场和光伏电站出力不得超过该时刻的预测风力值和预测光伏出力值。

上式中，

电储能运行约束的表达式如下：

需要说明的是，式(7)中第一、二行要求电储能设备的充放电冲率不超过装机容量；第三行为电储能设备的能量平衡方程；第四行要求电储能设备的储能水平不超过其电能容量。

上式中，

本发明实施例在获取到适用于电力系统一体化规划的快速运行模拟约束集后，进一步地执行后续步骤C。

C.基于所述激励型需求响应技术经济性模型和源-网-荷-储一体化规划快速运行模拟约束集，建立考虑激励型需求响应的电力系统源-网-荷-储一体化规划模型。具体包括：

C01.基于所述激励型需求响应技术经济性模型，以最小化系统总成本构建考虑激励型需求响应的电力系统源-网-荷-储一体化规划模型的目标函数；具体到本发明实施例中，所述目标函数的表达式如下：

需要说明的是，式(8)中第二行表示模型内考虑的机组类型包含传统火电机组、风电机组、光伏电站，机组投资成本由这三类机组的投资成本组成；第三行为输电线路的建设投资成本；第四行为系统的期望运行成本，包含火电机组的启动成本、可突发电成本、停机成本、运行成本和切负荷的惩罚成本；第五行为系统的需求响应激励成本。

上式中，

C02.基于所述快速运行模拟约束集，构建考虑激励型需求响应的电力系统一体化规划模型的约束集。具体到本发明实施例中，所述考虑激励型需求响应的电力系统一体化规划模型的约束集由投资决策约束集和快速运行模拟约束集构成，其中，所述投资决策约束集包括投资预算约束、最大装机容量约束以及可再生能源出力渗透率约束。具体如下：

投资预算约束的表达式如下：

需要说明的是，对于电力系统规划而言有投资预算的限制，式(9)要求机组和线路建设投资不得超过机组和线路的投资预算。

上式中，Γ

最大装机容量约束的表达式如下：

需要说明的是，受技术条件和地理环境的限制，各个机组的装机容量存在一个上限值；式(10)中第一至第四不等式分别是传统火电机组、风电机组、光伏电站和电储能装置装机容量的限制。

上式中，

可再生能源出力渗透率约束的表达式如下：

上式中，β

本发明实施例在获取到电力系统一体化规划模型后，进一步地执行后续步骤D。

D.对所述电力系统一体化规划模型进行线性求解，得到计及需求响应机制的经济性成本最优的电源、网架、负荷、储能优化配置方案。具体包括：电力系统一体化规划模型由式(2)～(11)构成，且其中的优化问题为大规模混合整数优化问题，可调用CPLEX求解器或IPOPT求解器其中之一，或其它求解器进行求解，得到电力系统(经济性)最优规划方案。

本发明所提供的考虑激励型需求响应的电力系统一体化规划优化方法，将需求响应机制内嵌于电力系统源-网-荷-储协同规划模型中，形成考虑激励型需求响应的电力系统一体化规划模型，可有效评估需求侧灵活性和响应潜力并计及响应机制对电网规划的影响，降低电网投资成本，为需求响应资源参与下的电力系统规划问题提供技术支撑。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。