能源互联网环境下需求响应资源协调优化及相关问题研究

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能源互联网利用前沿信息技术,不仅能够实现电力系统内部发电侧与需求侧的灵活双向互动,而且能够满足电、气、冷、热等多种能量需求,实现多类能源的高效利用和可再生能源的高度兼容。能源互联网愿景的实现能够大幅提高能源的综合利用效率和可再生能源的消纳比例,但也带来了一些新的挑战,例如需求侧的海量分布式能源资源(Distributed energy resources,DERs)的协调管理;包含多样化需求响应(Demand response,DR)资源和储能设备的多能源系统的优化运行等。  在上述背景下,本文研究了需求侧分布式资源广泛接入情况下智能配电系统和多能源系统的优化运行问题,以及考虑“源-网-荷”互动的智能配电系统规划。鉴于信息在能源互联网中发挥的重要作用,对能源互联网中信息生产、分配、交换和消费所涉及的相关问题研究进行了展望。具体的研究内容包括以下几个方面:  (1)研究了基于前景理论和直觉模糊多属性决策的智能配电系统规划方法。考虑“源-网-荷”互动的智能配电系统规划需要考虑的因素众多,评价指标的数据类型亦较为丰富,指标评价过程中的不确定性也大大增加。首先从发电侧、电网侧和需求侧3个环节建立智能配电系统综合评价指标体系。接着根据直觉模糊集的相关理论,对专家评价过程中的犹豫度予以准确描述,并将实数型、区间型、语言型和直觉模糊型等多种属性数据类型统一处理为标准化的直觉模糊型数据,并对直觉模糊数的得分函数进行了改进。然后,引入前景理论处理不同决策者在决策过程中的风险偏好。最后,以实际例子说明所提方法的可行性和有效性。  (2)研究了需求响应下计及分布式发电出力和市场电价不确定性的阻塞管理。尽管需求侧资源的灵活调度有助于电力系统的安全和经济运行,然而倘若不能有效管理,需求侧资源的不协调运行可能会引起配电系统的阻塞。首先提出了配电系统阻塞管理的总体框架和基本流程。接着,基于此框架建立了智能配电系统日前阻塞管理的双层优化模型。然后,采用鲁棒优化方法减轻分布式电源出力和市场价格不确定性带来的负面影响。最后,通过对一个丹麦0.4kV配电系统进行仿真,分析了所提阻塞管理策略的经济效益和鲁棒性。  (3)研究了考虑综合需求响应和多样化储能设备的多能源系统优化运行。多能源系统的协同规划和优化运行能够有效利用多种能源载体并有效消纳可再生能源。首先,对前人提出的能源中心建模框架进行扩展,引入了综合需求响应(Integrated demand response,IDR)项目以实现需求侧的电转气(Power to gas,P2G)设备、热泵、多种能源载体的储能设备和灵活负荷的协同优化运行。随后,基于双层优化理论,建立计及多种能源载体之间互动的多能源系统优化调度模型。最后,以4节点多能源系统及由修改的IEEE118节点电力系统和20节点比利时天然气系统共同组成的多能源系统验证本章所提出方法的可行性和有效性。  (4)展望了信息经济学在能源互联网信息经济研究中的应用前景,并试图建立相关的研究框架。信息系统是能源互联网的重要组成部分,能源互联网环境下的信息经济学是相关的一个有待研究的重要问题。首先总结了国内外现有的对能源互联网比较典型的定义,在此基础上展望了能源互联网环境下信息系统的基本架构、功能和运行机制。之后,概述了信息经济学的一些主流理论与方法。最后,从信息价值增值、信息价值评估、信息增值服务模式、基于信息的博弈分析和机制设计等几个方面,探讨了能源互联网环境下信息经济学需要研究的问题。
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