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电力平衡是电力系统运行的核心问题之一。能源革命和智能电网建设正不断给电力系统运行带来新的变化,电网调控运行面临着如何应对峰谷差日趋增大、如何保障大规模间歇性可再生能源发电的并网消纳等重大挑战。由于高渗透率可再生能源发电和大规模电动汽车及分布式储能接入电网后,源侧可调度、可控性变差,加之电网峰谷差的日益扩大使得电网的调峰需求不断上升,常规电源的控制调节能力难以满足电网运行要求,且受到经济性制约,传统的“发电跟踪负荷”的调度运行模式不能适应智能电网发展需求。因此,迫切需要开展柔性负荷调度策略研究,通过引导电源与负荷的友好互动,充分发挥各种负荷资源在不同时间尺度和不同机制下的调节潜力,实现从“源随荷调”向“源荷互动”的革命性转变。 本文围绕柔性负荷主动参与电网运行控制必须关注负荷响应的随机性这一关键问题,从四个方面开展研究工作:在建模方面,针对海量的复杂多主体柔性负荷进行响应建模研究及随机性分析;在日内滚动调度层面,基于机会约束规划方法研究了计及随机响应的价格敏感型柔性负荷经济安全优化调度策略;在实时调度层面,基于确定性响应研究了计及安全约束的柔性负荷实时优化调度策略;在整体调控运行层面,研究了多时间尺度协调的柔性负荷调度模型与策略。论文主要工作及成果包括: (1)分析了价格型、激励型柔性负荷响应经济特性,提出柔性负荷用电方式满意度和互动效益满意度指标,并在此基础上,建立了不同主体的柔性负荷互动效益模型,提出多主体柔性负荷主动响应建模方法,基于价格弹性系数和负荷响应概率分布特性给出了价格敏感型柔性负荷主动响应不确定性数学表征方法,为后续开展柔性负荷随机优化调度策略研究奠定了基础。 (2)在柔性负荷日内滚动调度层面,针对可再生能源波动问题,研究了计及随机响应的价格敏感型柔性负荷经济安全优化调度策略。首先,以负荷响应满意度期望值最大化为目标,建立了价格敏感型柔性负荷随机主动响应模型,将不确定性约束条件转化成确定性约束条件,并采用粒子群算法进行求解,从风电不确定性、价格弹性系数和负荷响应量分布系数等方面研究了其对主动响应量的影响;其次,在计及安全置信水平的同时也考虑关键断面潮流机会约束条件,基于机会约束规划方法建立了柔性负荷日内滚动调度模型。为满足调度实时性要求,在随机优化模型求解策略中,通过灵敏度分析方法将非线性约束转化成了线性约束,直接计算不确定性概率,大幅提升了求解效率。在某省级电网上进行仿真,验证了模型的有效性、适应性和求解的快速性,为调度中心制定更为合理的日内源荷互动调度策略提供了有力的工具。 (3)在实时5分钟超前调度层面,针对负荷的无序响应可能会劣化系统运行而导致潮流越限、电压越限等安全问题,研究了计及安全约束的柔性负荷优化调度策略。基于柔性负荷响应模型建立了调度成本模型,在综合考虑网络安全和柔性负荷互动响应满意度约束的基础上,以调度成本最小化为目标,建立实时优化调度模型。应用灵敏度分析方法将网络安全约束转化为负荷节点互动响应量约束,并通过二次规划法求解模型。以某省实际电网为例进行仿真,结果表明,基于本文所提出的策略,可利用柔性负荷实现极大降低风电弃风率,同时也可保障系统运行在允许的安全范围内,为含大规模风电的电力系统超前调度提供了一种新的有效思路。 (4)从整体调控运行层面,研究了多时间尺度协调的柔性负荷调度模型与策略。以引导海量分散分布的负荷侧资源参与电网调控运行为目的,建立了基于多代理的柔性负荷互动响应调度技术框架。基于博弈论的思想设计了负荷代理竞价机制和决策模型,提出了基于非合作博弈的全局最优负荷代理分散决策方法,并研究了负荷代理报价的学习策略,通过满意度矩阵(SD)和ε-degree探索对代理报价策略进行修正。建立了调度控制中心的决策模型,根据多级协调、逐级细化的原则,提出了日前、日内1小时和日内15分钟渐进协调的柔性负荷响应调度策略。最后通过算例证明本文所提出的调度策略可以有效协调多时间尺度的柔性负荷资源,提高系统运行的经济性。