考虑电-水需求响应的售电公司现货市场运营策略_刘易锟.pdf

电 力 信 息 与 通 信 技 术Electric Power Information and Communication TechnologyVol.21 No.2Feb.2023第 21 卷 第 2 期2023 年 2 月考虑电水需求响应的售电公司现货市场运营策略刘易锟，史守圆，余涛，王克英，仲礼鹏（华南理工大学电力学院，广东省 广州市 510641）The Spot Market Operation Strategy of Electricity Retailer Considering the Participation of Water Supply Customers in Demand ResponseLIU Yikun,SHI Shouyuan,YU Tao,WANG Keying,ZHONG Lipeng(School of Electrical Power,South China University of Technology,Guangzhou 510641,Guangdong Province,China)摘要：需求响应是售电公司应对各种不确定性因素和提高收益的重要工具。考虑供水服务商(water supply service company，WSSC)与普通柔性负荷功率转移能力的互补优势，文章首先提出一种售电公司对WSSC和普通柔性负荷的调度方案和激励补偿策略；然后，利用条件风险价值作为风险度量工具，建立协调WSSC和普通柔性负荷参与需求响应的售电公司运营决策模型；最后通过具体算例验证所提策略和模型的有效性，售电公司现货市场购电费用平均下降6.59%，WSSC用电费用下降2.39%，柔性负荷用户用电成本平均下降3.47%。此外，考虑电水需求响应使得售电公司利润波动减小，更利于售电公司的健康运营。关键词：供水服务商；需求响应；电力现货市场；条件风险价值ABSTRACT:Demand response is an important tool for electricity retailers to cope with various uncertainties and improve revenue.Considering the complementary advantages of water supply service company(WSSC)and ordinary flexible load power transfer capacity,this paper proposes a scheduling scheme and incentive compensation strategy for WSSC and ordinary flexible loads by electricity retailers.Then,conditional value at risk is used as a risk measurement tool to establish a operation decision model with coordinated WSSC and ordinary flexible load participation in demand response for the electricity retailers.Finally,the effectiveness of the proposed strategy and model is verified by specific examples,the electricity purchase cost of electricity retailers in the spot market decreased by an average of 6.59%,and the electricity cost of WSSC decreased by 2.39%,the average electricity cost of flexible load users decreased by 3.47%.In addition,considering water supply customers in demand response,the profit fluctuation of electricity retailers is reduced,which is more conducive to the healthy operation of electricity retailers.KEY WORDS:water supply service company;demand response;power spot market;conditional value at risk0引言售电公司一般根据对未来的预期制定中长期购电计划和面向用户的零售套餐，日常运营中通过现货市场交易平衡实际负荷与中长期计划的偏差。由于电力现货市场价格不确定性高，事先制定的零售分时电价曲线与实际的现货市场分时电价曲线存在偏差，完全依从用户负荷变化可能会带来利益损失1。如何通过优化售电公司每日运营策略降低现货市场成本和不确定性带来的风险是一个重要问题。需求响应是售电公司在现货市场决策中重要的灵活资源2-4。传统价格型需求响应模式受限于用户侧自动化水平而无法实施快速、精细的需求响应策略。随着信息通信技术的发展和高级量测体系的完善，用户侧大量分散设备具备成为可控资源的条件，如5G、LoRa等通信技术使这些终端设备可以低成本接入信息化系统5-6，极大提高用户参与需求响应的能力7-8。负荷参与需求响应主要表现为用电削减、平移和转移3种方式9，其中用电转移能力在售电公司应对现货市场电价波动中非常关键，然而目前典型的需求侧资源用电转移能力均存在部分限制。例如，空调具备短时削减和转移的能力，但功率削减或功率向后转移会造成室温上升影响舒适度，功率向前转移除影响舒适度舒适度外还会加剧室内外热交换形成能量损失10。电动汽车功率转移能量损失较小，但转移范围受接入充电桩的时段限制11。工商业用户的生产作息节律虽然可以根据电价情况进行一定调整12，但无法根据每天现货市场情况频繁中图分类号：TM74 文献标志码：A 文章编号：2095-641X(2023)02-025-09 DOI：10.16543/j.2095-641x.electric.power.ict.2023.02.03著录格式：刘易锟，史守圆，余涛，等考虑电水需求响应的售电公司现货市场运营策略J 电力信息与通信技术，2023，21（2）：25-33刘易锟等：考虑电水需求响应的售电公司现货市场运营策略Vol.21 N更改。因此，售电公司在现货市场决策中相对缺乏能够进行日内长时间用电转移的需求响应资源。给水系统作为供水服务商(water supply service company，WSSC)供水服务的基础设施，可以利用水箱储水，以满足售电公司对长时间负荷转移的需求。同时给水系统用电成本占其总运行成本的比例最大13，而其中大部分用电被水泵所消耗，参与需求响应。现有文献大多是针对WSSC与电力侧的联合优化调度，对WSSC参与售电公司日前现货决策的需求响应模式研究较少。文献14单独优化给水系统，将其可行的功率调节区间上报电网，电网结合此调节区间优化自身运行成本；文献15-17对WSSC与电网进行联合优化，从而提高电网中分布式电源的消纳率，但未考虑2个主体的独立性；文献18考虑到WSSC与电网分立调度的现状，利用算法分布式求解优化问题，但未明确电网与水网的利益分配方式；文献19研究智能小区电网和给水系统的合作优化问题，采用核仁法分配收益，但由于是事后分配，在决策时并未考虑利益分配和风险的影响。为此，本文提出一种考虑电水需求响应的售电公司现货市场运营策略，综合利用WSSC的长时间功率转移能力和普通柔性负荷的短时功率转移特性来提高售电公司决策的灵活性。首先，提出售电公司与WSSC和普通柔性负荷的调用方案和补偿策略；然后，建立考虑电水需求响应的售电公司现货市场风险决策模型；最后通过具体算例验证所提方法的效果并对各元素发挥的作用进行分析。1考虑电水需求响应的售电公司日运营策略本文提出的考虑电水需求响应的售电公司运营决策模型如图1所示，涉及主体包括售电公司、WSSC和一般用户。售电公司从批发市场购电出售给一般用户和水网，同时售电公司也拥有少量新能源；在增量配电网环境下，拥有自主配网经营权的售电公司可借助内部新能源开展综合服务以提高自身竞争力20。WSSC通过电力驱动水泵从水源取水并通过配水网泵送到各节点以满足用水需求，同时可以利用水的调节构筑物(清水池、水箱等)实现给水系统的供需平衡。一般用户负荷可分为不可调的刚性负荷和可调的柔性负荷。本文以空调为柔性负荷代表，假设用户负荷可将新能源全部消纳，并且认为售电公司中长期市场交易已经完成，仅研究其现货市场决策问题。由于现货市场电价波动导致售电公司购电成本与售电合同价格存在偏差，当现货市场价格较高时售电公司将面临损失，而现货市场价格低时用户也无法分享效益。为此本文设计售电公司针对WSSC与柔性负荷调节能力的调用方案和激励补偿策略。1.1调用方案调用方案主要考虑不同资源的调节能力配合问题。考虑到WSSC内部泵站和水调节构筑物的协调配合可以提供长时间的功率转移，同时由于需要安排水泵启停不利于快速求解，故WSSC仅参与日前需求响应。售电公司在日前决策阶段，根据日前市场和实时市场的电价、刚性负荷和新能源出力的预测情况，确定日前购电并制定WSSC响应功率曲线下发给WSSC。售电公司在日内进行滚动决策，实时调用空调的调节能力并进行实时市场交易。空调参与日内实时需求响应，主要考虑其响应快速、短时功率转移能力强而长时间功率转移能力弱的特性。1.2激励补偿策略由于现货价格波动大，故仍旧以售电合同价格作为用户电费的计算标准，对参与响应的用户遵循2个原则进行补偿。1）由于响应调节造成的在合同售电价格下的电费上升额由售电公司承担，而电费下降额由用户享有，则有：fcharge=minf0,fDR(1)式中：fcharge为用户缴纳的电费；f0、fDR为分别为响应前后用户电费。2）对WSSC按照各时段响应量计算额外补偿费用，对空调按照舒适度偏差计算额外补偿费用，即：日前市场中长期市场实时市场售电公司电力市场新能源刚性负荷供水服务商售电电价响应补偿实时运行调整日前运行计划水箱柔性负荷一般用户水源水处理厂泵站水负荷配网运营商 图1考虑电水需求响应的售电公司运营决策模型Fig.1Operation decision model of electricity retailer considering electricity-water demand response26第 21 卷 第 2 期电 力 信 息 与 通 信 技 术cW=kWt|PW,t|(2)cAC=kACt|PAC,t|(3)式中：kW、kAC为WSSC和空调的补偿单价；PW,t、PAC,t分别为响应前后WSSC的功率偏差和空调舒适度偏差。采用上述策略后，售电公司、WSSC和空调用户均可从中获益。售电公司在进行决策时不仅需要考虑购售电成本收益，也要考虑对用户的补偿成本。同时，为用户提供用能优化服务也是售电公司的重要业务之一20，鼓励用能优化服务对象参与上述机制在实施中更加容易。2考虑电水需求响应的售电公司运营决策建模2.1WSSC运行建模2.1.1运行模型给水系统包括配水网、水压调节设施(泵站)、水的调节构筑物、水源、以及用户水负荷等组成部分。1）配水网。配水网管道沿程水头损失为Hi,t-Hj,t+hi-hj=RPijqij,t|qij,t|(4)式中：Hi,t、hi,t分别为t时段节点i的水压和标高；RPij为管道摩阻，与管道的物理性质有关，具体计算形式参考文献21；qij,t为连接节点i和j的配水管道中t时段的水流量。2）泵站。