需求響應(yīng)參與清潔能源集成消納與效益評價模型研究.pdf

1、近年來，中國經(jīng)濟的快速發(fā)展帶動了能源需求的急劇增加，但以化石能源為主的能源消費結(jié)構(gòu)卻導(dǎo)致經(jīng)濟、能源與環(huán)境間的矛盾十分突出，這使得加快清潔能源開發(fā)進程成果社會關(guān)注的新焦點。中國清潔能源在強有力的政策推動下，發(fā)展速度十分迅猛，其裝機容量和并網(wǎng)容量均居世界前列。但受制于風光等清潔能源發(fā)電隨機特性以及能源儲備和需求逆向分布的自然特性，中國清潔能源棄能問題也日益凸顯。規(guī)?；那鍧嵞茉床⒕W(wǎng)給系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來了新的挑戰(zhàn)，為了保障清潔能源的安全并網(wǎng)，需

2、為其匹配恰當合理的備用服務(wù)資源。相比發(fā)電側(cè)資源，作為需要側(cè)資源的重要形式，需求響應(yīng)能夠引導(dǎo)用戶優(yōu)化自身用電行為，響應(yīng)系統(tǒng)發(fā)電調(diào)度需求，對于提升清潔能源的發(fā)電并網(wǎng)有著重要的理論價值和實際意義。因此，本文以清潔能源集成利用為研究對象，深入分析清潔能源間互補效應(yīng)并討論需求響應(yīng)參與清潔能源集成利用的優(yōu)化效益及評估機制，主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)梳理了需求響應(yīng)和清潔能源利用的研究成果與理論，論證了論文研究的可行性和必要性。首先，從需求響

3、應(yīng)效能、清潔能源利用和綜合效益評價機制三個方面總結(jié)了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。然后，介紹了需求響應(yīng)的基本理論與相關(guān)政策，總結(jié)了美國、日本和法國等發(fā)達國家需求響應(yīng)的實施現(xiàn)狀，針對中國需求響應(yīng)實施現(xiàn)狀，給出了相應(yīng)的經(jīng)驗啟示。最后，從實施作用途徑、數(shù)學(xué)模型構(gòu)建和效益測算分析三個方面提出了需求響應(yīng)對清潔能源利用的作用機理。
　　(2)建立了多類用戶參與需求響應(yīng)協(xié)助清潔能源發(fā)電調(diào)度優(yōu)化模型。首先，將電能終端用戶劃分為工業(yè)用戶、商業(yè)用戶、居民用戶和電動

4、汽車用戶，并分析了不同類型用戶參與需求響應(yīng)的基本策略和經(jīng)濟效益分析模型。然后，以多類型用戶需求響應(yīng)收益最大化為目標，綜合考慮負荷供需平衡約束、電源出力約束和系統(tǒng)備用約束等，建立了清潔能源調(diào)度優(yōu)化模型。最后，為克服清潔能源發(fā)電隨機性，引入魯棒隨機優(yōu)化理論建立了清潔能源隨機調(diào)度模型，并通過實例分析驗證了所提模型的有效性和適用性。
　　(3)提出了需求響應(yīng)參與清潔能源集成微電網(wǎng)能量協(xié)調(diào)控制模型。首先，介紹了需求響應(yīng)的基本定義、結(jié)構(gòu)特征和

5、運行模式。然后，引入多代理系統(tǒng)技術(shù)，采用分布式Agent架構(gòu)協(xié)調(diào)微電網(wǎng)運行優(yōu)化，運用激勵信號構(gòu)建Agent的基本通信和協(xié)調(diào)模型。最后，綜合考慮微電網(wǎng)不同層級功能需求，建立了由MGCE Agent、MGCCAgent和DMS Agent三級集成的微電網(wǎng)能量協(xié)調(diào)控制策略，并選擇歐盟MOREMICROGRIDS項目NTUA作為仿真系統(tǒng)。實例分析表明，所提能量協(xié)調(diào)控制機制能夠為不同運行模式下微電網(wǎng)優(yōu)化決策提供可靠的決策工具。
　　(4)構(gòu)

6、建了需求響應(yīng)參與清潔能源集成虛擬電廠調(diào)度優(yōu)化模型。首先，界定了虛擬電廠的基本定義和關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計了虛擬電廠的結(jié)構(gòu)框架。然后，針對風險中立情形下，引入二階段優(yōu)化理論，建立了銜接日前調(diào)度和時前調(diào)度的虛擬電廠雙層調(diào)度優(yōu)化模型。上層模型將清潔能源發(fā)電日前預(yù)測功率作為隨機變量，以VPP運營收益最大化為目標函數(shù)建立日前調(diào)度模型。下層模型將清潔能源發(fā)電超短期或?qū)崟r功率作為隨機變量的實現(xiàn)，以系統(tǒng)運行成本和凈負荷波動最小作為目標函數(shù)建立時前調(diào)度模型。最后

7、，針對風險非中立情形下，重點分析了VPP運營過程中的不確定性，以VPP運營收益最大化、系統(tǒng)棄能成本最小和系統(tǒng)補償成本最低作為目標函數(shù)，建立了VPP多目標隨機調(diào)度模型，并選擇中國國電云南分布式電源示范工程項目作為仿真系統(tǒng)，驗證了所提模型的有效性和適用性。
　　(5)建立了需求響應(yīng)參與清潔能源集成多能互補系統(tǒng)運行優(yōu)化模型。首先，設(shè)計了由發(fā)電子系統(tǒng)、CCHP子系統(tǒng)和輔助供熱子系統(tǒng)構(gòu)成的清潔能源集成多能互補系統(tǒng)。然后，選擇天然氣驅(qū)動的CC

8、HP系統(tǒng)作為對比系統(tǒng)，從能源、環(huán)境和經(jīng)濟三個維度建立了多能互補系統(tǒng)績效評估指標，并提出了多能互補系統(tǒng)運營優(yōu)化策略。最后，分別選擇系統(tǒng)總成本最低、碳減排量最大和能源效率最高作為優(yōu)化目標，建立清潔能源驅(qū)動的多能互補系統(tǒng)多目標運行優(yōu)化模型，并選擇廣州大學(xué)城二期工程作為實例對象。結(jié)果表示:多能互補系統(tǒng)在多目標協(xié)同優(yōu)化運營模式下，能夠充分考慮不同目標需求，并充分利用風能、太陽能和天然氣等清潔能源滿足終端用戶冷、熱、電負荷需求，整體運營績效達到最佳

9、。
　　(6)設(shè)計了需求響應(yīng)參與多種清潔能源消納的綜合效益評價及實施協(xié)調(diào)機制。首先，綜合考慮需求響應(yīng)實施的顯性和隱性效益，以效益評價指標體系構(gòu)建原則為基礎(chǔ)，從經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益三個維度建立了完整的需求響應(yīng)參與清潔能源集成消納綜合效益評價指標體系。然后，構(gòu)造了兼顧主客觀賦權(quán)法優(yōu)勢的集成賦權(quán)模型，提出了需求響應(yīng)參與清潔能源消納效益的理論物元可拓評價模型。實例分析表明所提綜模型能夠?qū)Σ煌鍧嵞茉醇上{的綜合效益進行優(yōu)劣度排序