申请/专利权人：华北电力大学

申请日：2022-01-14

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN114418209B

主分类号：G06Q10/04

分类号：G06Q10/04;G06Q10/0631;G06Q10/0637;G06Q50/06;G06N5/04;H02J3/00;H02J3/28;H02J3/46

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2022.05.20#实质审查的生效;2022.04.29#公开

摘要：本发明公开了属于电力系统规划领域的一种基于阶梯型激励需求侧响应机制的供需博弈电源规划方法。该方法引入碳交易机制与绿色证书交易机制，将系统运行过程中的碳排放量与新能源消纳量量化为经济价值，通过价格信号调动各主体积极性，引导清洁能源的优化配置；提出阶梯型激励需求侧响应方案，需求响应项目激励用户在高峰时段减少用电，而在新能源消纳困难时段增加用电，对于高峰负荷，当负荷减少量变多时，用户侧达到高峰需求响应的参与条件，获得补偿，用电成本降低；且随着高峰时段用电量的降低，享受的补偿额度变大，本发明改善了负荷特性，减少了供电侧总成本与污染物的排放，优化了能源结构，促进了高比例新能源系统发展。

主权项：1.一种基于阶梯型激励需求侧响应机制的供需博弈电源规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：考虑碳交易机制与绿色证书交易机制的电源规划方案；所述电源规划方案是引入碳交易机制与绿色证书交易机制，将系统运行过程中的碳排放量与新能源消纳量量化为经济价值，通过价格信号调动各主体积极性，引导清洁能源的优化配置；在碳市场中，政府发放配额给各碳排放源，当排放源的实际碳排放量少于分配的配额时，剩余配额可通过碳交易出售获利；配额超标的排放源则需要在市场中购买碳排放配额来匹配自身的碳排放量；假设某发电集团分到的配额为D，该主体运行中碳收益表达式为： 式中：为碳交易收益；为碳交易价格；E为实际碳排放量；绿色证书交易是可再生能源配额制的组成部分，一份绿色证书代表相应单位的可再生能源发电量，电网公司对配额制完成的程度就体现为所持有的证书数量；设某系统绿色证书配额为N，实际证书持有量为M，则该系统通过可再生能源交易市场可获收益为：CG,TGC＝λTGCN-M2式中：CG,TGC为绿色证书交易收益；λTGC为绿色证书单位电量的交易价格；步骤2：通过分析可转移负荷与可削减负荷这两大类可调度资源的调用特性，提出了阶梯型激励需求侧响应方案；所述阶梯型激励需求侧响应方案是需求响应项目激励用户在高峰时段减少用电，而在新能源消纳困难时段增加用电，对于高峰负荷，当用户侧在用电高峰时段负荷减少量少于激励下限时，不能受到补偿，此时的用电成本依旧为原始用电成本；当负荷减少量变多时，用户侧达到高峰需求响应的参与条件，获得补偿，用电成本降低；且随着高峰时段用电量的降低，享受的补偿额度变大； 式中：Lp0-Lp1为用电高峰时段用户的累计用电变化量；Cp为削峰电量单位补偿价格；不同的变化量享受不同的补贴，Δp为用户电量改变量的参考值，以用户历史用电数据作为参考值；对于低谷负荷，当用户侧在用电低谷时段用电量增长少于激励下限时，不能受到补偿，此时的用电成本依旧为原始用电成本，随着用电量增多，用户侧达到低谷需求响应的参与条件，获得补偿，用电成本降低；且低谷时段用电量的越多，享受的用电补偿越大； 式中：Lv0-Lv1为负荷低谷时段用户的累计用电变化量；Cv为填谷电量单位补偿价格；不同的变化量享受不同的补贴，Δv为用户电量改变量的参考值；步骤3：将需求侧可调度资源聚合为负荷聚合商，并分别建立供电侧与负荷聚合商的收益模型，论证了供需两者之间的主从博弈关系，在此基础上建立了基于阶梯型激励需求侧响应机制的供需博弈电源规划规划模型；所述供需两者之间的主从博弈关系是以供电侧和负荷聚合商作为两个参与者，构成的主从博弈关系，以下用S表示供电侧，L表示负荷聚合商；博弈模型中参与者、策略、收益和均衡为必备要素；当S、L进行博弈时，供电公司的策略为投建某种机组及其配套的供电设备的装机容量Sj和DR项目的经济补偿额度Ct,dr；负荷聚合商侧的策略为在t时段参与供电侧制定的需求响应项目的电量xt；受建设环境与运行环境的影响，决策变量Si只能在各自的策略空间RW、RB、RG内进行取值，表述为 式中，和为第j种电源装机容量的下上限；和为第t时段实行的需求响应项目补贴金额的下上限；和为负荷聚集商t时段负荷改变量的下上限；所述博弈电源规划模型中必备要素收益和均衡为供电侧以综合成本最小为目标，效用函数为CS,负荷聚集商以用电收益最大为目标，效用函数为FL；供电侧以综合成本最小为目标，考虑投资成本、运行维护成本、碳交易与绿证成本、需求响应成本：minCS＝Cinv+Coper+CDR+Cc,g6式中,Cinv为电源及相关供电设施的投资成本，Coper为运行成本,CDR为需求响应的调用成本，Cc,g为碳交易与绿证成本，具体分别为：1投资成本 式中：Cfj为发电机组及其配套供电设施的单位静态投资成本，dj为设备的投建状态，是一个0-1变量，1表示投建，0表示未投建；r为贴现率，Nj为设备运行年限；2运行成本 式中：sea为典型季数，cj为机组j的单位发电成本，元MW·h;Pj,t为t时刻机组j的发电功率；3需求响应成本供电侧需要支付一定的经济成本实施DR项目，同时在实施DR项目后，负荷需求改变，会存在收入差；增加了供电侧成本， 式中：xp、xv分别为上述阶梯型需求响应方案实施过程中负荷聚集商的削峰量与填谷量；ρt0表示t时刻原始的基准价格；Lto、Lt1为实施DR项目前后，用户侧负荷需求；4新能源政策成本 供电侧需要从市场上购买碳排放配额与绿色证书成本应该满足一定的约束条件及式1、式2所示的政府要求；步骤4：采用差分进化算法以及混合整数规划方法求解供需博弈电源规划模型；所述步骤4包括以下内容：步骤4.1：通过差分进化算法生成供电侧激励方案传递给负荷聚集商；步骤4.2：负荷聚集商根据供电侧所给的激励方案，决策出负荷的改变量，并返回给供电侧；步骤4.3：供电侧得到新的负荷曲线，并在此基础上进行电源规划，并将结果返回到差分进化算法的适应度函数中；步骤4.4：根据适应度函数，对种群进行选择、交叉和变异，产生下一代新种群，跳转到步骤4.1，直至达到均衡退出差分进化算法迭代；所述供电侧需要从市场上购买碳排放配额与绿色证书成本应该满足约束条件包括：电力约束，所有电源机组的装机容量须多于负荷的最大量： 式中：Ly,max为规划期内最大负荷；Ry表示容量备用系数；GCP,GEP分别为待选电厂集合和所有已有电厂集合；电量需求约束，系统所有机组的发电量等于此时的负荷需求； 式中：Pt,load表示t时刻系统的负荷需求；资源禀赋约束，风电、光伏发电厂的建造受自然地理条件的限制，每个负荷站点的某种电厂装机容量不会超过其可开发量，Sjy≤Sjymax13式中：Sjy表示机组j在第y年的在运机组台数之和，Sjymax为第y年第j类电源的最大装机量；机组出力约束Pj,min≤Pj,t≤Pj,max14式中：Pj,max和Pj,min分别为第j种机组出力的上限与下限；爬坡率约束 式中：和分别表示火电机组j在时段t和时段t-1的运行状态，PGj,up和PGj,down分别表示火电机组j的向上爬坡速度限制和向下爬坡速度限制；最小启停时间约束 式中:和分别为火电机组i的最小连续运行时间和最小连续停机时间；TGi,t-1为火电机组i在t时段前持续同一运行或停机状态的时间；储能存储电量约束储能系统除了充放电功率限制以外，还具有储能容量和荷电状态限制，同时，为了满足调度需求，设置储能系统在调度开始时刻t0的储能容量和调度窗口结束时刻t0+DT的储能容量相同：EBi,min≤EBi,t≤EBi,max17 式中，EBi,t为储能i在t时段的存储电量；EBi,max和EBi,min分别为储能存储电量上、下限；将负荷侧可调度资源聚合为负荷聚集商，并分别建立供电侧与负荷聚集商的收益模型，负荷聚集商在满足运行约束的条件下通过优化自身出力，追求自身收益的最大化；其收益为参与需求响应项目的获得的经济激励收入与减去参与需求响应项目所需的参与成本之差，如下式所示，FL＝Fdr-Cdr19负荷聚集商参与需求响应项目获得经济收益，其数额与参与的电量有关， 式中：Pdr,t为第t时负荷聚集商的负荷改变量，也可视为负荷聚集商的虚拟出力，包括可平移负荷和可削减负荷tp和tv为负荷高峰时段和低谷时段；负荷聚集商的负荷改变成本指用户改变用电行为带来的不舒适成本，是非递减且凸的，有二次型、对数型形式，采用二次型来表示： 式中，u和v为用户对消费电能舒适度系数，均为大于0的常数；所述负荷聚集商满足运行的约束条件包括：1负荷改变量约束xmin,t≤xt≤xmax,t23对于负荷聚集商中的灵活性负荷来说，其某一时段的负荷的改变量不能超过其功率变化量的上下限；2负荷改变爬坡速率约束 式中：xt和xt-1分别表示负荷聚集商在时段t和时段t-1的负荷的变化量，Δxup和Δxdowm分别表示负荷聚集商负荷改变的向上爬坡速度限制和向下爬坡速度限制；3总用电量约束 即在调度周期内，负荷聚集商各主体用电总量的改变不能影响其基本的生产生活需求。

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百度查询： 华北电力大学 基于阶梯型激励需求响应的供需博弈电源规划方法

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