考虑电气热耦合的多类型需求响应协调方法研究

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在“碳中和、碳达峰”需求的引领下,需求响应因其能够充分挖掘负荷侧的可调控能力、提高可再生能源消纳率而引起重视,同时,综合能源系统(Integrated Energy System,IES)打破了电、气、热等现有能源系统独立运行的模式,其电力、天然气、热力耦合互补关系为需求响应提供了更大的灵活性。但是,目前针对IES需求响应的研究大多缺乏对多能耦合优势的深入挖掘,亦较少考虑需求响应实施方与用户之间的利益交互关系。据此,本文将用能时间转移和用能种类转换相结合,建立适应IES的价格型、激励型、替代型需求响应数学模型。继而,建立考虑多能耦合与综合需求响应的IES日前优化调度模型。在此基础上,考虑综合能源系统运营商与负荷聚合商之间的利益交互迭代关系,提出一种基于主从博弈的多类型需求响应协调方法,以有效激发柔性负荷,充分调动源、网、荷的灵活性,提高对风电等可再生能源的消纳率。论文的主要工作如下:(1)为充分利用IES负荷侧更大的灵活性,建立适应可转移、可削减、可替代负荷的需求响应数学模型。首先,根据用户负荷需求特性将负荷分为可转移负荷和可削减负荷,针对不同的负荷形式,建立价格型、激励型需求响应机制数学模型。其次,针对电-气-热耦合的IES,构建相应的替代型需求响应机制模型,从而实现电、气负荷的替代和互补。最后,从用能方式和费用支出两个方面考虑用户参与需求响应的意愿,建立用户满意度模型,以更加精确地反应负荷侧参与需求响应的意愿。通过算例仿真,验证了该模型能充分利用IES中的各类柔性负荷,削峰填谷,提升系统对可再生能源的消纳率,并有效降低系统运行成本。(2)为分析IES电力、天然气、热力子系统的耦合互补关系对需求响应效果的影响,构建一种考虑综合需求响应的多能耦合优化调度模型。针对IES运行特征,给出了IES耦合度的定义,从而实现对各异质能源子系统之间关联特征的公式化定量描述。继而,分析了不同需求响应类型的特征并建立了 IES中的综合需求响应架构。最后,分析各子系统关联特征对需求响应的作用关系,进一步挖掘IES中用户的响应潜力。算例仿真表明,IES的耦合性为需求响应提供了更大的灵活性,并且,需求响应效果与各子系统耦合性呈现对数关系。(3)为充分挖掘不同类型需求响应机制之间的互补关系,进一步强化多负荷聚合商之间的能量支撑,提出一种多类型需求响应协调控制策略。首先,考虑系统运营商和用户聚合商之间的利益交互关系和迭代互动过程,针对含电能交互的IES,提出了基于主从博弈的综合能源系统优化调度策略,以综合能源系统运营商为领导者,以考虑消费者耦合行为的负荷聚合商为跟随者,形成一主多从的互动均衡模型。继而,对Nash均衡解的存在性和唯一性进行了证明。通过算例仿真,验证了所提策略能够制定合理的能源价格,同时保证领导者与跟随者的利益。同时,负荷聚合商间的电能交互增强了电能支撑,发挥了电能互补的优势,为综合能源园区用户提供了更多的能源购买途径,使得能源供给方式更加灵活多变。
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