基于博弈论的需求响应研究及其在促进风电消纳中的应用

【摘要】：随着我国经济的快速发展,对能源的依赖性日益增强,但同时面临着化石能源紧张、环境污染严重的现状,迫切需要发展可再生能源。尽管我国风能资源丰富、风电发展迅速,却存在着风电利用率不高、弃风严重等问题。需求响应对于实现电力供需平衡、优化资源配置具有重要作用,在逐渐开放的市场环境中,需要研究需求响应各参与方的利益关系,制定合理有效的响应机制。本文关注需求侧资源的研究和利用,探讨实施需求响应过程中相关参与方的博弈互动关系。在此基础上,将需求侧资源纳入促进风电消纳的研究中,为提高风电消纳水平进行了一定理论和实例研究。首先,本文总结了我国风电发展和利用现状,阐述了需求响应中可中断负荷和分时电价的实施方式及用户的响应形式,分析了影响我国风电消纳的主要因素。其次使用博弈论这个数学工具,分别对可中断负荷和需求侧分时电价的实施机制进行研究。针对可中断负荷中的中断补偿费用确定问题,建立用户与电力公司的讨价还价模型。针对单个用户谈判的局限性,引入考虑产品差异性的豪泰林价格模型,建立多个用户参与的多次竞价模型。相较单一用户博弈模型,更能发挥市场竞争力,使中断补偿价格趋向稳定较低的水平。针对需求侧分时电价制定问题,建立电力公司与用户的不完全信息博弈关系。电力公司根据多次反馈的用电量和电价关系,利用贝叶斯法则,逐步确定用户响应能力大小,以最大化自身收益为目标得到最优分时电价。通过算例分析与对比,能够验证该模型的合理性和在充分调动用户参与积极性、优化负荷曲线方面的优越性。再次综合前文关于可中断负荷中断补偿费用和需求侧分时电价的研究结果,由可中断负荷提供系统正旋转备用,分时电价响应优化负荷曲线,建立考虑需求侧资源的风电消纳经济调度模型。模型同时计及了供应侧和需求侧的运行成本,考虑了系统约束、机组约束、可中断负荷合同等约束条件,基于加惯性权重的粒子群算法,运用Matlab软件编程求解。最后,结合算例进行对比分析,验证需求侧资源具有提高风电消纳能力的作用。同时,对比分别考虑和综合考虑两种形式需求响应资源的调度结果,探讨不同形式的需求侧资源促进风电消纳的作用。结果表明同时考虑可中断负荷与分时电价,能够发挥两者的协调互补性,在减少系统运行成本的同时降低风电弃风率,提高风电在电源结构中所占比例。 【关键词】：风电消纳 需求响应 可中断负荷 分时电价 博弈论 经济调度
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：F426.61;TM73
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-22
• 1.1 研究背景和意义12-15
• 1.2 国内外研究动态15-19
• 1.2.1 可中断负荷研究现状15-16
• 1.2.2 峰谷分时电价研究现状16-17
• 1.2.3 风电消纳问题研究17-18
• 1.2.4 存在的问题18-19
• 1.3 本文主要工作19-22
• 2 需求响应原理及影响风电消纳因素论述22-36
• 2.1 两种主要的需求响应类型22-26
• 2.1.1 可中断负荷的运营模式22-24
• 2.1.2 需求侧分时电价24-26
• 2.2 不同用户的需求响应分析26-30
• 2.2.1 居民用户26-27
• 2.2.2 工业用户27-29
• 2.2.3 商业用户29-30
• 2.3 影响风电消纳的主要因素30-35
• 2.3.1 系统调节能力31-32
• 2.3.2 电网输电能力32-33
• 2.3.3 风电并网运行技能33-34
• 2.3.4 风电调度运行水平34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 3 博弈论在可中断负荷管理中的应用研究36-48
• 3.1 博弈的概念及动态博弈分析方法36-37
• 3.2 用户与电力公司的讨价还价模型37-42
• 3.2.1 用户中断成本的函数特性37-38
• 3.2.2 讨价还价博弈38-40
• 3.2.3 实例分析40-42
• 3.3 基于价格博弈的可中断负荷竞价模型42-47
• 3.3.1 豪泰林(Hotelling)价格竞争模型42-43
• 3.3.2 豪泰林模型在可中断负荷竞价中的应用43-45
• 3.3.3 算例分析45-47
• 3.4 本章小结47-48
• 4 基于博弈论的需求侧分时电价研究48-62
• 4.1 不完全信息动态博弈48-49
• 4.1.1 基本思路48-49
• 4.1.2 贝叶斯法则49
• 4.2 基于分时电价的不完全信息动态博弈49-55
• 4.2.1 用户反应模型50-51
• 4.2.2 需求侧分时电价的制定51-52
• 4.2.3 不完全信息市场中动态博弈模型52-55
• 4.3 算例分析55-61
• 4.4 本章小结61-62
• 5 计及需求响应资源的风电消纳经济调度模型62-74
• 5.1 含风电场的电力系统经济调度62-64
• 5.2 计及需求响应资源的风电消纳经济调度模型64-67
• 5.2.1 目标函数64-66
• 5.2.2 约束条件66-67
• 5.3 算法求解67-72
• 5.3.1 加惯性权重的粒子群优化算法67-70
• 5.3.2 经济调度模型的求解70-72
• 5.4 本章小结72-74
• 6 算例分析74-92
• 6.1 基本参数74-75
• 6.2 算例结果分析75-87
• 6.2.1 火电机组出力情况分析76-78
• 6.2.2 系统运行成本分析78-82
• 6.2.3 弃风情况分析82-86
• 6.2.4 综合对比86-87
• 6.3 不同类型需求响应资源对风电消纳的作用87-90
• 6.4 本章小结90-92
• 7 结论与展望92-96
• 7.1 结论92-93
• 7.2 展望93-96
• 参考文献96-100
• 附录A100-102
• 附录B102-104
• 附录C104-108
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果108-112
• 学位论文数据集112

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