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随着能源问题与环境问题的日益突出,风电建设得到快速发展。然而,由于风电反调峰特性和本地消纳水平低等原因,弃风现象较为严重,清洁能源的利用效率存在进一步改善的空间。而随着源网荷智能化程度的不断提高,需求侧可调度资源的响应潜力和性价比逐渐提升,需求侧参与主体类型也不断增多。在此背景下,研究合理高效的需求响应引导机制,研究响应参与主体的博弈决策优化行为,对提高新能源消纳水平,优化社会福利具有重要意义。因此,本文基于博弈理论,考虑包含分布式风电的区域电网运营场景,建立基于实时电价的日前响应调度模型和基于激励机制的日内双层博弈调度模型。本文的主要研究工作如下:
(1)研究分析了电价型响应与激励型响应机制的作用原理和对应机制下典型用户响应特性模型,对比不同响应机制和用户响应特性模型的适用场景;其次,阐述分析不同博弈理论模型的边界条件,从宏观政策、定价权和用户互动行为原则角度,研究不同应用场景下所对应的典型博弈理论模型,为后续研究中的博弈模型搭建及求解提供理论基础。
(2)提出基于博弈实时电价的日前响应模型。构建了以区域电网运营商为领导者,电力用户为跟随者的动态博弈架构。建立用户用电需求偏好模型,并结合遗传算法和逆向归纳法对模型进行求解。分析了响应前后风电消纳水平变化情况,分析了电网运营商和响应用户的成本效益变化。算例分析表明基于博弈的实时电价模型有效地引导用户将高峰期负荷转移至低负荷时段使用,响应前后用户侧整体效益变动较小,但有效降低了传统机组的发电成本,优化运营商的运营支出结构,研究分析了不同电价引导区间下区域风电消纳水平的改善情况。
(3)建立基于激励机制的日内双层博弈调度模型。研究分析博弈各主体的效益函数、博弈策略空间和主从博弈架构,分别建立需求响应实施方与负荷聚合商的上层博弈模型,以及负荷聚合商与终端用户的下层博弈模型,并结合萤火虫算法对模型进行求解,收敛速度较快。算例分析表明,该模型能够有效降低运营商的响应实施成本,且能够使得负荷聚合商具有较高的营收毛利,保持聚合商参与响应的积极性。此外,在基于激励机制的主从博弈模型中,生产效能较低的大工业用户和需求偏好较钝感的终端用户具有更高的响应优先级。而且在运营商强领导的博弈架构中,运营商的响应实施成本受柔性资源供给规模影响较大,需求侧博弈主体拒动会提高运营商的响应实施成本。
(1)研究分析了电价型响应与激励型响应机制的作用原理和对应机制下典型用户响应特性模型,对比不同响应机制和用户响应特性模型的适用场景;其次,阐述分析不同博弈理论模型的边界条件,从宏观政策、定价权和用户互动行为原则角度,研究不同应用场景下所对应的典型博弈理论模型,为后续研究中的博弈模型搭建及求解提供理论基础。
(2)提出基于博弈实时电价的日前响应模型。构建了以区域电网运营商为领导者,电力用户为跟随者的动态博弈架构。建立用户用电需求偏好模型,并结合遗传算法和逆向归纳法对模型进行求解。分析了响应前后风电消纳水平变化情况,分析了电网运营商和响应用户的成本效益变化。算例分析表明基于博弈的实时电价模型有效地引导用户将高峰期负荷转移至低负荷时段使用,响应前后用户侧整体效益变动较小,但有效降低了传统机组的发电成本,优化运营商的运营支出结构,研究分析了不同电价引导区间下区域风电消纳水平的改善情况。
(3)建立基于激励机制的日内双层博弈调度模型。研究分析博弈各主体的效益函数、博弈策略空间和主从博弈架构,分别建立需求响应实施方与负荷聚合商的上层博弈模型,以及负荷聚合商与终端用户的下层博弈模型,并结合萤火虫算法对模型进行求解,收敛速度较快。算例分析表明,该模型能够有效降低运营商的响应实施成本,且能够使得负荷聚合商具有较高的营收毛利,保持聚合商参与响应的积极性。此外,在基于激励机制的主从博弈模型中,生产效能较低的大工业用户和需求偏好较钝感的终端用户具有更高的响应优先级。而且在运营商强领导的博弈架构中,运营商的响应实施成本受柔性资源供给规模影响较大,需求侧博弈主体拒动会提高运营商的响应实施成本。