東南大學電氣工程學院2013/12/02基于需求響應的大規模風電消納調度策略研究東南大學電氣工程學院基于需求響應的大規模風電消納調度策略研1成立于1999年，國內最早開展需求側管理研究的高校之一；在國內率先提出“能效電廠”和“智能需求側管理”的概念和構架。國際合作，和美國弗吉尼亞理工大學、田納西州立大學、美國能源基金會、美國自然資源保護委員會等建立了長期穩定的科研和人才交流合作；國內合作，和國家科技部、國家電網公司、南方電網公司、江蘇省電力監管辦公室、江蘇省經貿委、江蘇省電力公司等相關企事業單位和政府部門建立長期穩定的合作和聯系機制東南大學需求側管理研究所課題組簡介（一）成立于1999年，國內最早開展需求側管理研究的高校之一；東南2完成了有關DSM項目20多項，科研經費1000多萬，發表全國重點期刊文章70多篇。開設了有關《需求側管理理論與應用》研究生課程。參加了中國電力出版社《電力需求側管理實用技術》、《電力需求側管理工作指南》部分章節、《中國電力百科全書》“需求側管理分支”的編寫工作。協助國家電網公司電力需求側指導中心辦理《電力需求側管理》雙月刊和有關技術管理工作。東南大學需求側管理研究所課題組簡介（二）完成了有關DSM項目20多項，科研經費1000多萬，發表全國34課題組簡介（三）

主要研究方向DSM的理論研究DSM潛力分析和DSM規劃需求側管理決策支持系統圍繞有關基金項目和973基礎研究項目，開展了有關DSM的基礎理論研究；建立了DSM的多目標模型，提出了模糊動態規劃的解決方法；為規避電力市場下的電價不確定性，引入金融衍生工具制定可中斷合同，并應用博弈論理論，制定激勵機制建立了需求響應（DSM在電力市場環境下的新形式）分析模型，研究需求響應對于市場清算價的影響、對消除系統阻塞的作用、對系統備用的作用。研究了用戶電力使用和設備調查和數據分析的方法；建立了負荷特性分析和DSM項目經濟評估體系和潛力分析模型和算法；給出了根據實施DSM的目標和指標，制定實施DSM規劃的方法。數據采集與管理子系統負荷特性分析子系統需求側管理決策分析子系統系統管理子系統用戶管理子系統4課題組簡介（三）

主要研究方向DSM的理論研究DSM潛力分4基于需求響應的大規模風電消納調度策略研究基于需求響應的大規模風電消納調度策略研究5研究背景12研究內容總結與展望3主要內容研究背景12研究內容總結與展望3主要內容6一、研究背景全球能源短缺、能源供應安全形勢的日趨嚴峻；可再生能源具有資源分布廣、開發潛力大、清潔、安全、可永續利用的特點；可再生能源是保障能源安全、加強環境保護、應對氣候變化的重要措施，已成為各國能源體系的重要組成部分；預計到2050年，可再生能源可開發總量的2.5%將能滿足全球大約80%的能源需求。可再生能源在能源戰略中的地位不斷提升風電是發展較快的重要可再生能源成本較低技術較成熟可靠性較高一、研究背景全球能源短缺、能源供應安全形勢的日趨嚴峻；可再生7一、研究背景中國風電產業快速發展2012年我國風電累計并網容量達6237萬千瓦，取代美國成為世界第一風電大國。《風電發展“十二五”規劃》：2015年，我國投入運行的風電裝機容量達到1億千瓦，年發電量達到1900億千瓦時，風電發電量在全部發電量中的比重超過3%。一、研究背景中國風電產業快速發展2012年我國風電累計并網容8一、研究背景風電并網消納---風電發展過程中面臨的突出問題之一《風電發展“十二五”規劃》中指出：風電發展已從過去設備制造能力的制約轉變為市場消納能力的制約。風電并網消納面臨的關鍵問題分析風電具有隨機性、波動性、間歇性等特點，具有明顯的反調峰特性；風電預測精度有待提高，現有預測精度難以滿足電網調控需求；風電并網容量快速增加，風電發展與系統安全運行的矛盾逐步顯現。風電的大規模接入給電網的調度計劃與運行控制帶來了新的挑戰，需提高系統的靈活調節能力配合風電出力的變化。一、研究背景風電并網消納---風電發展過程中面臨的突出問題之9一、研究背景促進風電并網消納的調度策略提高風電預測精度

間歇性電源預測誤差必然存在，風電預測精度短時間內難以大幅提高。發電側資源協調優化：風火互濟系統、風水互濟系統

過分依賴傳統機組增加碳排放，降低了風電接入的環境效益；

發電側調節能力有限，不能滿足大容量風電接入要求。化學儲能裝置化學儲能成本昂貴，同等容量下成本約為DR的8-15倍。發電側和用電側協調優化：需求響應

DR資源與傳統發電技術相比，更具環保效益；與價格昂貴的儲能裝置相比，DR經濟性較好，因此DR成為消納可再生能源技術上與經濟上都極佳的解決方案。改進傳統調度方式一、研究背景促進風電并網消納的調度策略提高風電預測精度改進傳10一、研究背景需求響應（DemandResponse）—消納風電的新途徑概念電力市場中的用戶根據價格信號或激勵機制做出響應，并改變正常電力消費模式的市場參與行為。作用降低峰荷、平緩負荷曲線、提供調峰、備用等輔助服務…特點能效高、分布廣、響應穩定、經濟性高。DR資源可以靈活部署和迅速替代發電資源，從而可以響應可再生能源變化，降低可再生能源接入的負面影響，維持電力平衡，成為配合風電運行，降低風電波動性的影響，維持電力平衡的新途徑。一、研究背景需求響應（DemandResponse）—消納11研究背景12研究內容總結與展望3主要內容研究背景12研究內容總結與展望3主要內容12二、研究內容—研究框架研究內容1面向大容量風電接入考慮用戶側互動的日前調度和運行模擬研究需求響應促進風電消納的可行性分析研究內容2考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的優化分布研究研究內容3基于需求響應的大規模風電消納隨機機組組合模型網絡約束、風電接入位置風電不確定影響需求響應促進大規模風電消納的優化調度策略研究二、研究內容—研究框架研究內容1需求響應促進風電消納的可行性13研究內容1

面向大容量風電接入考慮用戶側互動的日前調度和運行模擬研究分時電價可中斷負荷引導用戶移峰填谷，與風電在夜間負荷低谷時段出力較多的特性對應，由峰時段轉移至谷時段的負荷可以消納多余的風電出力，提高風能利用效率。在系統峰荷或故障時，可以減少負荷需求量，等效于增加了備用容量，從而降低風電接入對系統可靠性的影響。考慮風電接入的日前調度計劃模型運行模擬模型評估蒙特卡洛模型概述用戶響應模型分時電價基于消費者心理學的用戶響應原理可中斷負荷用戶申報容量成本和電量成本研究內容1

面向大容量風電接入考慮用戶側互動的日前調度和運行14研究內容1

面向大容量風電接入考慮用戶側互動的日前調度和運行模擬研究數學模型目標函數：約束條件：功率平衡約束：系統正旋轉備用約束：系統負旋轉備用約束：機組約束條件，如爬坡速率、機組輸出功率范圍等。機組運行成本機組啟停成本機組備用成本可中斷負荷補償成本研究內容1

面向大容量風電接入考慮用戶側互動的日前調度和運行15研究內容1

面向大容量風電接入考慮用戶側互動的日前調度和運行模擬研究成本類型

總成本/元發電成本/元啟停成本/元IL容量/MWIL成本/元風電備用成本/元不考慮風電備用無DR646800.88641949.774851.11———融入DR616143.56594825.34924.112020394.12—考慮風電備用無DR709980.6646845.374298.13——58837.1融入DR(本文模型)649653.85606273.153049.9612020615.5119715.23成本對比

電力不足均值/MW電力不足最大值/MW電力不足時段最大值/h可中斷備用成本均值/元可中斷備用成本最大值/元無DR7.58106.974——融入DR0001455.922245.22

棄風量均值/MW棄風量最大值/MW棄風時段最大值/h無DR1.9424.52融入DR000電力不足分析棄風分析研究內容1

面向大容量風電接入考慮用戶側互動的日前調度和運行16研究內容1

面向大容量風電接入考慮用戶側互動的日前調度和運行模擬研究風電機組對電力系統可靠性貢獻對比

無需求響應融入需求響應保持系統可靠性水平下，風電場能替代的常規機組容量124MW317MW風電容量可信度0.2060.528風電對電量不足期望值貢獻系數0.1960.0871結論需求響應可以有效降低風電波動性對系統的影響，提高系統經濟性、風電利用效率和風電容量利用水平。研究內容1

面向大容量風電接入考慮用戶側互動的日前調度和運行17研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的優化分布研究大規模風電消納系統經濟調度模型線路傳輸容量限制風電接入位置需求響應的優化分布探討在考慮網絡約束的條件下，風電接入位置是否會影響DR的優化分布；探討在考慮網絡約束的條件下，系統中是否存在DR的相對最優部署位置；探討考慮網絡約束條件下，DR技術支撐體系的最佳部署位置。研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的18研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的優化分布研究數學模型目標函數：約束條件：功率平衡約束：網絡約束：響應負荷相關約束：機組約束條件，如爬坡速率、機組輸出功率范圍等。機組運行成本系統切風成本響應負荷容量成本響應負荷電量成本研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的19研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的優化分布研究算例條件算例結果風電接入不同節點成本降低情況線路4-5不同傳輸容量下風電接入不同節點成本差值研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的20研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的優化分布研究DR容量優化分布示意圖（PJM5）不同DR分布的成本對比（PJM5）不同節點負荷變化示意圖（PJM5）不同節點負荷變化示意圖（IEEE118）研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的21研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的優化分布研究結論需求響應可以降低網絡約束對風電接入系統的影響；網絡約束相較于風電接入位置對DR優化分布影響更大；考慮網絡約束的系統中，DR應優先部署在接近網絡阻塞線路的區域。研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的22研究內容3

基于需求響應的大規模風電消納隨機機組組合模型大規模風電消納系統經濟調度模型線路傳輸容量限制風電不確定性需求響應的優化分布隨機模型涵蓋所有可能風電預測場景，通過兩階段決策確定調度方案，包括：機組啟停、機組出力、切風量、需求響應資源的優化分布情況等，應對風電的不確定性；模型中機組啟停為第一階段變量，與場景信息無關；其他變量為第二階段變量，是場景特定的，但在得知風電場景信息后才能確定實際的調度方案。隨機規劃研究內容3

基于需求響應的大規模風電消納隨機機組組合模型大規23研究內容3

基于需求響應的大規模風電消納隨機機組組合模型數學模型目標函數：約束條件：功率平衡約束：啟停成本約束：響應負荷約束：機組約束條件，如爬坡速率、機組輸出功率范圍等。機組運行成本系統切風成本機組啟停成本場景概率研究內容3

基于需求響應的大規模風電消納隨機機組組合模型數學24研究內容3

基于需求響應的大規模風電消納隨機機組組合模型場景2下機組出力對比（（DRvsWithoutDR）風電場景與負荷預測算例條件PJM5-bus運行機組臺數示意圖（DRvsWithoutDR）算例結果研究內容3

基于需求響應的大規模風電消納隨機機組組合模型場景25研究內容3

基于需求響應的大規模風電消納隨機機組組合模型不同場景下節點DR優化分布

TotalCost($)CurtailmentCost($)StochasticDeterministicStochasticDeterministicε=016813.5416860.3450.7164.07ε=-0.116694.0416741.7033.8746.36ε=-0.216615.9216661.5420.0332.52ε=-0.316559.3116597.4110.9319.83系統運行成本對比研究內容3

基于需求響應的大規模風電消納隨機機組組合模型不同26研究內容3

基于需求響應的大規模風電消納隨機機組組合模型結論隨機模型中涵蓋了風電可能的多種場景，可以協調優化調度方案，合理決策機組運行基點，降低系統期望運行成本。DR可以靈活部署，配合系統運行要求，特別是可以根據不同場景要求，與發電機協調優化，有利于機組位于更加經濟的運行基點上。研究內容3

基于需求響應的大規模風電消納隨機機組組合模型結論27研究背景12研究內容總結與展望3主要內容研究背景12研究內容總結與展望3主要內容28需求響應可以靈活部署，配合可再生能源的消納需求，實現與發電側的協調優化，有效應對風電出力隨機波動性、不確定性等對電網運行的影響。需求側資源的參與可以有效降低系統成本，提高風電利用效率，是促進大規模可再生能源消納的有效途徑。三、結論與展望—結論需求響應可以靈活部署，配合可再生能源的消納需求，實現與發電側29三、結論與展望—展望促進可再生能源消納的需求響應運行機制創新研究計及不確定性的需求響應模型及應用研究基于需求響應的系統合理消納風電原則三、結論與展望—展望促進可再生能源消納的需求響應運行機制創新30謝謝！

ThankYouforyourattention!謝謝！

ThankYouforyourattent31東南大學電氣工程學院2013/12/02基于需求響應的大規模風電消納調度策略研究東南大學電氣工程學院基于需求響應的大規模風電消納調度策略研32成立于1999年，國內最早開展需求側管理研究的高校之一；在國內率先提出“能效電廠”和“智能需求側管理”的概念和構架。國際合作，和美國弗吉尼亞理工大學、田納西州立大學、美國能源基金會、美國自然資源保護委員會等建立了長期穩定的科研和人才交流合作；國內合作，和國家科技部、國家電網公司、南方電網公司、江蘇省電力監管辦公室、江蘇省經貿委、江蘇省電力公司等相關企事業單位和政府部門建立長期穩定的合作和聯系機制東南大學需求側管理研究所課題組簡介（一）成立于1999年，國內最早開展需求側管理研究的高校之一；東南33完成了有關DSM項目20多項，科研經費1000多萬，發表全國重點期刊文章70多篇。開設了有關《需求側管理理論與應用》研究生課程。參加了中國電力出版社《電力需求側管理實用技術》、《電力需求側管理工作指南》部分章節、《中國電力百科全書》“需求側管理分支”的編寫工作。協助國家電網公司電力需求側指導中心辦理《電力需求側管理》雙月刊和有關技術管理工作。東南大學需求側管理研究所課題組簡介（二）完成了有關DSM項目20多項，科研經費1000多萬，發表全國3435課題組簡介（三）

主要研究方向DSM的理論研究DSM潛力分析和DSM規劃需求側管理決策支持系統圍繞有關基金項目和973基礎研究項目，開展了有關DSM的基礎理論研究；建立了DSM的多目標模型，提出了模糊動態規劃的解決方法；為規避電力市場下的電價不確定性，引入金融衍生工具制定可中斷合同，并應用博弈論理論，制定激勵機制建立了需求響應（DSM在電力市場環境下的新形式）分析模型，研究需求響應對于市場清算價的影響、對消除系統阻塞的作用、對系統備用的作用。研究了用戶電力使用和設備調查和數據分析的方法；建立了負荷特性分析和DSM項目經濟評估體系和潛力分析模型和算法；給出了根據實施DSM的目標和指標，制定實施DSM規劃的方法。數據采集與管理子系統負荷特性分析子系統需求側管理決策分析子系統系統管理子系統用戶管理子系統4課題組簡介（三）

主要研究方向DSM的理論研究DSM潛力分35基于需求響應的大規模風電消納調度策略研究基于需求響應的大規模風電消納調度策略研究36研究背景12研究內容總結與展望3主要內容研究背景12研究內容總結與展望3主要內容37一、研究背景全球能源短缺、能源供應安全形勢的日趨嚴峻；可再生能源具有資源分布廣、開發潛力大、清潔、安全、可永續利用的特點；可再生能源是保障能源安全、加強環境保護、應對氣候變化的重要措施，已成為各國能源體系的重要組成部分；預計到2050年，可再生能源可開發總量的2.5%將能滿足全球大約80%的能源需求。可再生能源在能源戰略中的地位不斷提升風電是發展較快的重要可再生能源成本較低技術較成熟可靠性較高一、研究背景全球能源短缺、能源供應安全形勢的日趨嚴峻；可再生38一、研究背景中國風電產業快速發展2012年我國風電累計并網容量達6237萬千瓦，取代美國成為世界第一風電大國。《風電發展“十二五”規劃》：2015年，我國投入運行的風電裝機容量達到1億千瓦，年發電量達到1900億千瓦時，風電發電量在全部發電量中的比重超過3%。一、研究背景中國風電產業快速發展2012年我國風電累計并網容39一、研究背景風電并網消納---風電發展過程中面臨的突出問題之一《風電發展“十二五”規劃》中指出：風電發展已從過去設備制造能力的制約轉變為市場消納能力的制約。風電并網消納面臨的關鍵問題分析風電具有隨機性、波動性、間歇性等特點，具有明顯的反調峰特性；風電預測精度有待提高，現有預測精度難以滿足電網調控需求；風電并網容量快速增加，風電發展與系統安全運行的矛盾逐步顯現。風電的大規模接入給電網的調度計劃與運行控制帶來了新的挑戰，需提高系統的靈活調節能力配合風電出力的變化。一、研究背景風電并網消納---風電發展過程中面臨的突出問題之40一、研究背景促進風電并網消納的調度策略提高風電預測精度

間歇性電源預測誤差必然存在，風電預測精度短時間內難以大幅提高。發電側資源協調優化：風火互濟系統、風水互濟系統

過分依賴傳統機組增加碳排放，降低了風電接入的環境效益；

發電側調節能力有限，不能滿足大容量風電接入要求。化學儲能裝置化學儲能成本昂貴，同等容量下成本約為DR的8-15倍。發電側和用電側協調優化：需求響應

DR資源與傳統發電技術相比，更具環保效益；與價格昂貴的儲能裝置相比，DR經濟性較好，因此DR成為消納可再生能源技術上與經濟上都極佳的解決方案。改進傳統調度方式一、研究背景促進風電并網消納的調度策略提高風電預測精度改進傳41一、研究背景需求響應（DemandResponse）—消納風電的新途徑概念電力市場中的用戶根據價格信號或激勵機制做出響應，并改變正常電力消費模式的市場參與行為。作用降低峰荷、平緩負荷曲線、提供調峰、備用等輔助服務…特點能效高、分布廣、響應穩定、經濟性高。DR資源可以靈活部署和迅速替代發電資源，從而可以響應可再生能源變化，降低可再生能源接入的負面影響，維持電力平衡，成為配合風電運行，降低風電波動性的影響，維持電力平衡的新途徑。一、研究背景需求響應（DemandResponse）—消納42研究背景12研究內容總結與展望3主要內容研究背景12研究內容總結與展望3主要內容43二、研究內容—研究框架研究內容1面向大容量風電接入考慮用戶側互動的日前調度和運行模擬研究需求響應促進風電消納的可行性分析研究內容2考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的優化分布研究研究內容3基于需求響應的大規模風電消納隨機機組組合模型網絡約束、風電接入位置風電不確定影響需求響應促進大規模風電消納的優化調度策略研究二、研究內容—研究框架研究內容1需求響應促進風電消納的可行性44研究內容1

面向大容量風電接入考慮用戶側互動的日前調度和運行模擬研究分時電價可中斷負荷引導用戶移峰填谷，與風電在夜間負荷低谷時段出力較多的特性對應，由峰時段轉移至谷時段的負荷可以消納多余的風電出力，提高風能利用效率。在系統峰荷或故障時，可以減少負荷需求量，等效于增加了備用容量，從而降低風電接入對系統可靠性的影響。考慮風電接入的日前調度計劃模型運行模擬模型評估蒙特卡洛模型概述用戶響應模型分時電價基于消費者心理學的用戶響應原理可中斷負荷用戶申報容量成本和電量成本研究內容1

面向大容量風電接入考慮用戶側互動的日前調度和運行45研究內容1

面向大容量風電接入考慮用戶側互動的日前調度和運行模擬研究數學模型目標函數：約束條件：功率平衡約束：系統正旋轉備用約束：系統負旋轉備用約束：機組約束條件，如爬坡速率、機組輸出功率范圍等。機組運行成本機組啟停成本機組備用成本可中斷負荷補償成本研究內容1

面向大容量風電接入考慮用戶側互動的日前調度和運行46研究內容1

面向大容量風電接入考慮用戶側互動的日前調度和運行模擬研究成本類型

總成本/元發電成本/元啟停成本/元IL容量/MWIL成本/元風電備用成本/元不考慮風電備用無DR646800.88641949.774851.11———融入DR616143.56594825.34924.112020394.12—考慮風電備用無DR709980.6646845.374298.13——58837.1融入DR(本文模型)649653.85606273.153049.9612020615.5119715.23成本對比

電力不足均值/MW電力不足最大值/MW電力不足時段最大值/h可中斷備用成本均值/元可中斷備用成本最大值/元無DR7.58106.974——融入DR0001455.922245.22

棄風量均值/MW棄風量最大值/MW棄風時段最大值/h無DR1.9424.52融入DR000電力不足分析棄風分析研究內容1

面向大容量風電接入考慮用戶側互動的日前調度和運行47研究內容1

面向大容量風電接入考慮用戶側互動的日前調度和運行模擬研究風電機組對電力系統可靠性貢獻對比

無需求響應融入需求響應保持系統可靠性水平下，風電場能替代的常規機組容量124MW317MW風電容量可信度0.2060.528風電對電量不足期望值貢獻系數0.1960.0871結論需求響應可以有效降低風電波動性對系統的影響，提高系統經濟性、風電利用效率和風電容量利用水平。研究內容1

面向大容量風電接入考慮用戶側互動的日前調度和運行48研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的優化分布研究大規模風電消納系統經濟調度模型線路傳輸容量限制風電接入位置需求響應的優化分布探討在考慮網絡約束的條件下，風電接入位置是否會影響DR的優化分布；探討在考慮網絡約束的條件下，系統中是否存在DR的相對最優部署位置；探討考慮網絡約束條件下，DR技術支撐體系的最佳部署位置。研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的49研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的優化分布研究數學模型目標函數：約束條件：功率平衡約束：網絡約束：響應負荷相關約束：機組約束條件，如爬坡速率、機組輸出功率范圍等。機組運行成本系統切風成本響應負荷容量成本響應負荷電量成本研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的50研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的優化分布研究算例條件算例結果風電接入不同節點成本降低情況線路4-5不同傳輸容量下風電接入不同節點成本差值研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的51研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的優化分布研究DR容量優化分布示意圖（PJM5）不同DR分布的成本對比（PJM5）不同節點負荷變化示意圖（PJM5）不同節點負荷變化示意圖（IEEE118）研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的52研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的優化分布研究結論需求響應可以降低網絡約束對風電接入系統的影響；網絡約束相較于風電接入位置對DR優化分布影響更大；考慮網絡約束的系統中，DR應優先部署在接近網絡阻塞線路的區域。研究內容2

考慮網絡約束的大規模風電接入系統中需求響應資源的53研究內容3

基于需求響應的大規模風電消納隨機機組組合模型大規模風電消納系統經濟調度模型線路傳輸容量限制風電不確定性需求響應的優化分布隨機模型涵蓋所有可能風電預測場景，通過兩階段決策確定調度方案，包括：機組啟停、機組出力、切風量、需求響應資源的優化分布情況等，應對風電的不確定性；模型中機組啟停為第一階段變量，與場景信息無關；其他變量為第二階段變量，是場景特定的，但在得