考虑需求响应的能源互联网优化运行研究

在“第三次工业革命”的推动下,现代能源系统已发展为以电力系统为核心,同时融合了天然气、热力、交通等多系统的能源互联网。多种能源网络的相互作用和影响,使得系统调度运行的难度加大。另一方面,随着电力市场政策的推进,需求侧响应得以更积极灵活地参与到调度运行中来,并为系统经济、安全、稳定运行提供新的调控手段。基于以上背景,本文从需求响应参与能源互联网调度运行这一课题出发,对综合能源系统的动态建模、电-气互联系统的解耦协同优化和基于能源枢纽的能源互联网随机优化问题进行研究,主要研究内容和成果总结如下:(1)基于电力需求响应机制,并结合能源互联网的运行环境,建立了多类型的综合能源需求响应模型。将需求响应分为价格型需求响应,激励型需求响应和替代型需求响应这三种形式,不同的响应方式均可拓宽综合能源系统的运行空间,为系统运行提供缓冲。对国内外现行需求响应项目进行全面系统的分析,并归纳其特点和发展挑战,进而佐证了本文研究的必要性。(2)提出了一种考虑动态天然气潮流和需求侧响应的综合能源系统日前调度方法。该模型基于能源系统中的供需情况和价格信号,引入价格型和替代型需求响应以精细化描述同种能源的时迁作用和不同能源的替代作用,平抑负荷曲线并有效提升系统运行效率。同时,模型中考虑动态天然气潮流时空差分方程,对多能系统能量流进行细化分析和描述,提升了模型的计算精度。算法上,对非凸天然气潮流方程进行二阶锥松弛,并采用序贯优化算法求解松弛后的日前调度模型,确保获得可行的调度方案。(3)提出了一种需求响应参与下的电-气互联系统解耦协同调度方法。针对集中式调度存在的数据采集量大、通信负担重、决策问题规模复杂等弊端,提出了一种弱中心化的决策运行框架,并对同步式和异步式ADMM算法进行了比较。在此基础上,考虑了价格型需求响应对电-气互联系统运行经济性的提升。价格信号可引导电力用户将峰时用能转移至其他时段,有效缓解了系统阻塞。而解耦协同的调度方法则保证了不同能源系统的信息私密,实现电、气多智能主体的自治决策。(4)提出了一种考虑综合需求侧响应的能源互联网随机优化方法。针对风电随机波动事件,采用反向场景削减法获得典型风电场景,用以分析其对能源互联网运行经济性和风电消纳能力的影响。面向能源互联网环境,将需求响应拓展为通过能源枢纽内部优化配置实现的内部需求响应,和通过终端用户需求调整实现的外部需求响应。为提升求解效率,建模上采用线性化矩阵描述能源枢纽内的能量输出-输入关系,建立了耦合上层传输网络和下层能源枢纽的统一模型,算法上提出连续线性化方法平衡算法精度和计算效率。