基于需求响应的大规模风电消纳调度策略教材

东南大学电气工程学院2013/12/02基于需求响应的大规模风电消纳调度策略研究成立于1999年，国内最早开展需求侧管理研究的高校之一；在国内率先提出“能效电厂”和“智能需求侧管理”的概念和构架。国际合作，和美国弗吉尼亚理工大学、田纳西州立大学、美国能源基金会、美国自然资源保护委员会等建立了长期稳定的科研和人才交流合作；国内合作，和国家科技部、国家电网公司、南方电网公司、江苏省电力监管办公室、江苏省经贸委、江苏省电力公司等相关企事业单位和政府部门建立长期稳定的合作和联系机制东南大学需求侧管理研究所课题组简介（一）完成了有关DSM项目20多项，科研经费1000多万，发表全国重点期刊文章70多篇。开设了有关《需求侧管理理论与应用》研究生课程。参加了中国电力出版社《电力需求侧管理实用技术》、《电力需求侧管理工作指南》部分章节、《中国电力百科全书》“需求侧管理分支”的编写工作。协助国家电网公司电力需求侧指导中心办理《电力需求侧管理》双月刊和有关技术管理工作。东南大学需求侧管理研究所课题组简介（二）4课题组简介（三）

主要研究方向DSM的理论研究DSM潜力分析和DSM规划需求侧管理决策支持系统围绕有关基金项目和973基础研究项目，开展了有关DSM的基础理论研究；建立了DSM的多目标模型，提出了模糊动态规划的解决方法；为规避电力市场下的电价不确定性，引入金融衍生工具制定可中断合同，并应用博弈论理论，制定激励机制建立了需求响应（DSM在电力市场环境下的新形式）分析模型，研究需求响应对于市场清算价的影响、对消除系统阻塞的作用、对系统备用的作用。研究了用户电力使用和设备调查和数据分析的方法；建立了负荷特性分析和DSM项目经济评估体系和潜力分析模型和算法；给出了根据实施DSM的目标和指标，制定实施DSM规划的方法。数据采集与管理子系统负荷特性分析子系统需求侧管理决策分析子系统系统管理子系统用户管理子系统基于需求响应的大规模风电消纳调度策略研究研究背景12研究内容总结与展望3主要内容一、研究背景全球能源短缺、能源供应安全形势的日趋严峻；可再生能源具有资源分布广、开发潜力大、清洁、安全、可永续利用的特点；可再生能源是保障能源安全、加强环境保护、应对气候变化的重要措施，已成为各国能源体系的重要组成部分；预计到2050年，可再生能源可开发总量的2.5%将能满足全球大约80%的能源需求。可再生能源在能源战略中的地位不断提升风电是发展较快的重要可再生能源成本较低技术较成熟可靠性较高一、研究背景中国风电产业快速发展2012年我国风电累计并网容量达6237万千瓦，取代美国成为世界第一风电大国。《风电发展“十二五”规划》：2015年，我国投入运行的风电装机容量达到1亿千瓦，年发电量达到1900亿千瓦时，风电发电量在全部发电量中的比重超过3%。一、研究背景风电并网消纳---风电发展过程中面临的突出问题之一《风电发展“十二五”规划》中指出：风电发展已从过去设备制造能力的制约转变为市场消纳能力的制约。风电并网消纳面临的关键问题分析风电具有随机性、波动性、间歇性等特点，具有明显的反调峰特性；风电预测精度有待提高，现有预测精度难以满足电网调控需求；风电并网容量快速增加，风电发展与系统安全运行的矛盾逐步显现。风电的大规模接入给电网的调度计划与运行控制带来了新的挑战，需提高系统的灵活调节能力配合风电出力的变化。一、研究背景促进风电并网消纳的调度策略提高风电预测精度

间歇性电源预测误差必然存在，风电预测精度短时间内难以大幅提高。发电侧资源协调优化：风火互济系统、风水互济系统

过分依赖传统机组增加碳排放，降低了风电接入的环境效益；

发电侧调节能力有限，不能满足大容量风电接入要求。化学储能装置化学储能成本昂贵，同等容量下成本约为DR的8-15倍。发电侧和用电侧协调优化：需求响应

DR资源与传统发电技术相比，更具环保效益；与价格昂贵的储能装置相比，DR经济性较好，因此DR成为消纳可再生能源技术上与经济上都极佳的解决方案。改进传统调度方式一、研究究背景需求响应应（DemandResponse）—消纳风电电的新途途径概念电力市场中的用户根据价格信号或激励机制做出响应，并改变正常电力消费模式的市场参与行为。作用降低峰荷、平缓负荷曲线、提供调峰、备用等辅助服务…特点能效高、分布广、响应稳定、经济性高。DR资源可以以灵活部部署和迅迅速替代代发电资资源，从从而可以以响应可再再生能源源变化，降低可再生能能源接入的负负面影响，维持电电力平衡衡，成为配合风电电运行，，降低风风电波动动性的影影响，维维持电力力平衡的的新途径。研究背景12研究内容总结与展望3主要内容容二、研究究内容—研究框架架研究内容容1面向大容容量风电电接入考考虑用户户侧互动动的日前前调度和和运行模模拟研究究需求响应应促进风风电消纳纳的可行行性分析析研究内容容2考虑网络约束束的大规模模风电接接入系统统中需求求响应资资源的优化分分布研究究研究内容容3基于需求求响应的的大规模风风电消纳纳随机机组组合合模型网络约束束、风电电接入位位置风电不确确定影响响需求响应应促进大规规模风电消纳的优化调调度策略略研究研究内容容1面向大容量风风电接入入考虑用用户侧互互动的日日前调度度和运行行模拟研究分时电价价可中断负负荷引导用户户移峰填谷谷，与风电电在夜间间负荷低低谷时段段出力较较多的特特性对应应，由峰峰时段转转移至谷谷时段的的负荷可可以消纳纳多余的的风电出出力，提高风能能利用效效率。在系统统峰荷荷或故故障时时，可可以减减少负负荷需需求量量，等等效于于增加了了备用用容量量，从而而降低风风电接接入对对系统统可靠靠性的的影响响。考虑风风电接接入的的日前前调度度计划划模型型运行模模拟模模型评估蒙特卡卡洛模型概概述用户响应模型分时电价基于消费者心理学的用户响应原理可中断负荷用户申报容量成本和电量成本研究内内容1面向大容量量风电电接入入考虑虑用户户侧互互动的的日前前调度度和运运行模模拟研究数学模型目标函数：约束条件：功率平衡约束：系统正旋转备用约束：系统负旋转备用约束：机组约束条件，如爬坡速率、机组输出功率范围等。机组运行成本机组启停成本机组备用成本可中断负荷补偿成本研究内内容1面向大容量量风电电接入入考虑虑用户户侧互互动的的日前前调度度和运运行模模拟研究成本类型

总成本/元发电成本/元启停成本/元IL容量/MWIL成本/元风电备用成本/元不考虑风电备用无DR646800.88641949.774851.11———融入DR616143.56594825.34924.112020394.12—考虑风电备用无DR709980.6646845.374298.13——58837.1融入DR(本文模型)649653.85606273.153049.9612020615.5119715.23成本对对比

电力不足均值/MW电力不足最大值/MW电力不足时段最大值/h可中断备用成本均值/元可中断备用成本最大值/元无DR7.58106.974——融入DR0001455.922245.22

弃风量均值/MW弃风量最大值/MW弃风时段最大值/h无DR1.9424.52融入DR000电力不不足分分析弃风分分析研究内内容1面向大容量量风电电接入入考虑虑用户户侧互互动的的日前前调度度和运运行模模拟研究风电机组组对电电力系系统可可靠性性贡献献对比比

无需求响应融入需求响应保持系统可靠性水平下，风电场能替代的常规机组容量124MW317MW风电容量可信度0.2060.528风电对电量不足期望值贡献系数0.1960.0871结论需求响应可以有效降低风电波动性对系统的影响，提高系统经济性、风电利用效率和风电容量利用水平。研究内内容2考虑网网络约约束的的大规规模风风电接接入系系统中中需求求响应应资源源的优优化分分布研研究大规模模风电电消纳纳系统统经济济调度度模型型线路传传输容容量限限制风电接接入位位置需求响响应的的优化化分布布探讨在在考虑虑网络络约束束的条条件下下，风电接接入位位置是否会会影响响DR的优化化分布布；探讨在考虑虑网络络约束束的条条件下下，系统中中是否否存在在DR的相对对最优部部署位位置；探讨考考虑网网络约约束条条件下下，DR技术支支撑体体系的最佳佳部署署位置置。研究内内容2考虑网网络约约束的的大规规模风风电接接入系系统中中需求求响应应资源源的优优化分分布研研究数学模型目标函数：约束条件：功率平衡约束：网络约束：响应负荷相关约束：机组约束条件，如爬坡速率、机组输出功率范围等。机组运行成本系统切风成本响应负荷容量成本响应负荷电量成本研究内内容2考虑网网络约约束的的大规规模风风电接接入系系统中中需求求响应应资源源的优优化分分布研研究算例条件件算例结果风电接接入不不同节节点成成本降降低情情况线路4-5不同传传输容容量下下风电接入入不同同节点点成本本差值值研究内内容2考虑网网络约约束的的大规规模风风电接接入系系统中中需求求响应应资源源的优优化分分布研研究DR容量优优化分布示意图图（PJM5）不同DR分布的的成本本对比比（PJM5）不同节节点负负荷变变化示示意图图（PJM5）不同节节点负负荷变变化示示意图图（IEEE118）研究内容2考虑网络约约束的大规规模风电接接入系统中中需求响应应资源的优优化分布研研究结论需求响应可可以降低网网络约束对对风电接入入系统的影影响；网络约束相相较于风电电接入位置置对DR优化分布影影响更大；；考虑网络约约束的系统统中，DR应优先部署署在接近网网络阻塞线线路的区域域。研究内容3基于需求响响应的大规规模风电消消纳随机机机组组合模模型大规模风电电消纳系统统经济调度度模型线路传输容容量限制风电不确定定性需求响应的的优化分布布随机模型涵涵盖所有可可能风电预预测场景，，通过两阶段决策策确定调度方方案，包括括：机组启停、机组出力力、切风量量、需求响响应资源的的优化分布布情况等，应应对风电的的不确定性性；模型中机组组启停为第第一阶段变变量，与场场景信息无无关；其他变量为为第二阶段段变量，是是场景特定定的，但在在得知风电电场景信息息后才能确确定实际的的调度方案案。随机规划研究内容3基于需求响响应的大规规模风电消消纳随机机机组组合模模型数学模型目标函数：约束条件：功率平衡约束：启停成本约束：响应负荷约束：机组约束条件，如爬坡速率、机组输出功率范围等。机组运行成本系统切风成本机组启停成本场景概率研究内容3基于需求响响应的大规规模风电消消纳随机机机组组合模模型场景2下机组出出力对比（（（DRvsWithoutDR）风电场景与与负荷预测测算例条件PJM5-bus运行机组台台数示意图图（DRvsWithoutDR）算例结果研究内容3基于需求响响应的大规规模风电消消纳随机机机组组合模模型不同场景下下节点DR优化分布

TotalCost($)CurtailmentCost($)StochasticDeterministicStochasticDeterministicε=016813.5416860.3450.7164.07ε=-0.116694.0416741.7033.8746.36ε=-0.216615.9216661.5420.0332.52ε=-0.316559.3116597.4110.9319.83系统运行成成本对比研究内容3基于需求响响应的大规规模风电消消纳随机机机组组合模模型结论随机模型中中涵盖了风风电可能的的多种场景景，可以协协调优化调调度方案，，合理决策策机组运行行基点，降降低系统期期望运行成成本。DR可以灵活部部署，配合合系统运行行要求，特特别是可以以根据不同同场景要求求，与发电电机协调优优化，有利利于机组位位于更加经经济的运行行基点上。研究背景12研究内容总结与展望3主要要内内容容需求求响响应应可可以以灵灵活活部部署署，，配配合合可可再再生生能能源源的的消消纳纳需需求求，，实实现现与与发发电电侧侧的的协协调调优优化化，，有有效效应对对风风电电出出力力随随机机波波动动性性、、不不确确定定性性等对对电电网网运运行行的的影影响响。。需求求侧侧资资源源的的参参与与可可以以有有效效降低低系系统统成成本本，提高高风风电电利利用用效率率，是是促进进大大规规模模可可再再生生能能源源消消纳的的有有效效途途径径。。三、、结结论论与与展望望—结论论三、、结结论论与与展望望—展望望促进进可可再再生生能能源源消消纳纳的的需需求求响响应应运运行行机制制创创新新研研究究计及及不不确确定定性性的的需需求求响响应应模模型型及及应应用用研研究究基于于需需求求响响应应的的系系统统合合理理消消纳纳风风电电原原则则谢谢！ThankYouforyourattention!9、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。12月-2212月-22Friday,December23,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。05:48:5405:48:5405:4812/23/20225:48:54AM11、以以我我独独沈沈久久，，愧愧君君相相见见频频。。。。12月月-2205:48:5405:48Dec-2223-Dec-2212、故人江江海别，，几度隔隔山川。。。05:48:5405:48:5405:48Friday,December23,202213、乍见翻翻疑梦，，相悲各各问年。。。12月-2212月-2205:48:5405:48:54December23,202214、他乡生白发发，旧国见青青山。。23十二月月20225:48:54上午05:48:5412月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月225:48上上午12月-2205:48December23,202216、行动出成果果，工作出财财富。。2022/12/235:48:5405:48:5423December202217、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。5:48:54上上午5:48上上午午05:48:5412月月-229、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Friday,December23,202210、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。05:48:5405:48:5405:4812/23/20225:48:54AM11、成功就是是日复一日日那一点点点小小努力力的积累。。。12月-2205:48:5405:48Dec-2223-Dec-2212、世间成事事，不求其其绝对圆满满，留一份份不足，可可得无限完完美。。05:48:5405:48:5405:48Friday,December23,202213、不不知知香香积积寺寺，，数数里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2205:48:5505:48:55December23,202214、意志坚坚强的人人能把世世界放在在手中像像泥块一一样任意意揉捏。。23十十二月20225:48:55上午午05:48:5512月-2215、楚塞三三湘接，，荆门九九派通。。。。十二月225:48上午午12月-2205:48December23,202216、少年十十五二十十时，步步行夺得得胡马骑骑。。2022/12/235:48:5505:48:5523December202217、空山新雨雨后，天气气晚来秋。。。5:48:55上上午5:48上上午05:48:5512月-229、杨杨柳柳散散和和风