多种分布式可控资源参与电力系统运行优化的调控策略与市场机制研究

Under the background of integration of large-scale renewable energy generation, it is significant that the distributed controllable resources (DCRs) connecting to distribution networks can be dispatched optimally. The infrastructures including metering, communication and control that should built to dispatch different DCRs are similar, so the scale and complementary effects will be produced when multi-type DCRs are well aggregated and coordinated. The DCRs considered in this project include four types, i.e. flexible loads, electric vehicles, distributed energy storage devices and distributed generators. Firstly, the research work of this project focuses on analyzing the characteristics and building mathematical models of DCRs. Then, the system architecture for dispatching different DCRs will be proposed based on the study of hierarchical control strategies of each type of DCR. Furthermore, the multi time-scale and hierarchical control schemes will be intensively studied for collectively optimal dispatch of different DCRs. The dispatch objectives include peak shaving and trough filling, optimal power flow, frequency control and annual peak load reduction. Finally, research on price-incentive and market mechanism design will be carried out for DCRs participating power system optimal operation based on comprehensive cost-benefit analyses. The main contributions of this project lie in: taking different DCRs into full consideration, proposing the combined central and distributed control method to dispatch DCRs based on hierarchical optimization and gaming theories, and achieving the social benefit maximization through effective incentive mechanism design.

在新能源发电大规模发展的背景下，合理调控接入配电网的分布式可控资源对于电力系统的安全与经济运行具有重要意义。调控不同分布式资源需要的量测、通信和控制系统类似，将多种分布式资源聚合调控更能发挥其规模效应和互补作用。项目以四类分布式可控资源为对象，即灵活负荷、电动汽车、分布式储能设备和分布式电源，首先研究各类分布式可控资源的特性和数学模型。其次，在研究每类分布式资源分层调控策略的基础上，提出调控多种分布式资源的系统构架，深入研究多种分布式资源聚合的多时间尺度、分层优化调控策略。调控的主要目标包括削峰填谷、最优潮流、参与调频和降低电网全年最高负荷。最后，在综合成本-效益分析的基础上研究对分布式可控资源的价格激励和市场机制。项目的主要特色在于全面考虑接入配电网的可控资源，提出以分层优化和博弈理论为工具，采用集中与分散控制相结合的混合调控方法，并通过有效的激励机制设计，从而实现整个社会效益最优。

以风电和光伏为代表的可再生能源发电大规模发展，导致电力系统发电出力的不确定性显著增加。合理调控配用电侧的分布式可控资源对于电力系统的安全与经济运行具有重要意义。项目以电动汽车充电负荷、可控冷/热负荷、储能系统和分布式电源这四类可控资源为研究对象，对其建模、协同控制构架与方法、价格引导与参与市场竞争策略、优化配置方法等方面开展研究，取得的主要成果如下：.1) 提出了（集合）灵活资源模型，该模型能够统一、简洁地描述包括集群电动汽车，分布式发电资源，储能资源和蓄冷/蓄热负荷在内的多类型需求侧灵活资源的灵活性；.2) 提出了包含输电网、配电网和灵活资源的三层灵活资源协调架构，该分层协调策略适用于大规模、多类型需求侧灵活资源的协调控制。综合集中式、分布式的调控模式，提出了一种大规模电动汽车有序充电分层控制策略，可实现电动汽车充电负荷的削峰填谷，同时兼顾平抑各次级控制中心的负荷波动；.3) 基于线性规划灵敏度分析方法，提出了基于历史数据的集合灵活资源模型参数的估计方法，进而提出了基于鲁棒优化方法的最优分时电价策略模型，该分时电价策略能够有效实现大规模灵活资源用电的削峰填谷；.4) 提出了电动汽车有序充电的价格引导方法，推导了电动汽车之间博弈与合作两种情景下激励相容的电价机制的充分必要条件，提出并证明了博弈情景下引导电动汽车快速达成纳什均衡的电动汽车有序充电引导方法；.5) 结合经济学中的“后悔”理论和投资组合中的“条件风险价值”理论有效地将投标风险纳入到决策模型中，提出了考虑不确定的灵活资源集成商日前电能市场投标策略，所提投标策略能够在有效降低投标成本的同时，降低投标风险；.6) 提出电动汽车提供备用服务的容量评估和功率调度策略，所提策略能够在日前、小时前准确地评估规模化电动汽车提供备用的能力，进一步提出了考虑风险规避的规模化电动汽车调频容量投标策略；.7) 提出一种具有单功率输出、多充电插口的新型充电设施，可以通过有序充电调控大幅提高自身利用率，进一步提出一种考虑有序充电调控的新型目的地充电站容量规划方法。