基于分时电价与储能充放电策...的台区可调控资源聚合及调度_汪锋.pdf

第 12 卷 第 4 期2023 年 4 月Vol.12 No.4Apr.2023储能科学与技术Energy Storage Science and Technology基于分时电价与储能充放电策略的台区可调控资源聚合及调度汪锋1，刘智强1，张克勇1，王冠瑞1，殷红德1，贾子昊1，赵海辉2，米阳2（1国网平顶山供电公司，河南 平顶山 467002；2上海电力大学电气工程学院，上海 200090）摘要：能源互联网背景下，为实现台区可调控资源的协调调度及不同类型能量单元的协调优化，本文提出一种计及用户用电成本及用能舒适度的基于分时电价与分布式储能充放电策略的台区可调控资源聚合方法及协调调度策略。首先，遵循配电物联网体系架构，基于“云-边”协同技术构建了台区用能管控系统框架；然后，根据响应不确定性对台区负荷进行分类并利用蒙特卡洛算法对典型可调控资源进行功率聚合并分析聚合模型有效性；最后，引入负荷聚合商与台区进行互动，利用线性加权法计及用户用电成本与用能舒适度并结合分布式储能充放电策略对台区可调控资源调度模型建模，采用差分进化算法对模型求解。通过算例分析表明，本文所提可调控资源聚合模型及协调调度策略可以有效降低用户用能成本、提高用能舒适度，促进了用户参与电网响应的积极性，提升了台区对可调控资源的管控能力。关键词：配电物联网；台区用能管控；可调控资源聚合；负荷聚合商；协调调度doi：10.19799/ki.2095-4239.2022.0754 中图分类号：TM 73 文献标志码：A 文章编号：2095-4239（2023）04-1204-11Adjustable resource aggregation and scheduling in distribution transformer station areas based on time-of-use price and charge-discharge strategy of energy storageWANG Feng1,LIU Zhiqiang1,ZHANG Keyong1,WANG Guanrui1,YIN Hongde1,JIA Zihao1,ZHAO Haihui2,MI Yang2(1State Grid Pingdingshan Municipal Electric Power Company,Pingdingshan 467002,Henan,China;2College of Electrical Engineering,Shanghai University of Electric Power,Shanghai 200090,China)Abstract:This paper proposes an adjustable resource aggregation method and a coordinated scheduling strategy in distribution transformer station area based on time-of-use price and charge-discharge strategy for distributed energy storage considering the users electricity cost and energy comfort.The proposed methods can realize the coordinated scheduling of adjustable resources and the coordinated optimization of different types of energy units in the distribution transformer station areas.First,the framework of the platform energy use management and control system is constructed,following the architecture of the distribution Internet of Things and based on the cloud-edge collaborative technology.Then,the platform loads are classified according to the response uncertainty,and the Monte Carlo 储能系统与工程收稿日期：2022-12-16；修改稿日期：2023-01-11。基金项目：国网河南省电力公司科技项目（521760220003）。第一作者：汪锋（1971），男，高级工程师，从事配电网研究，E-mail：；通讯作者：赵海辉，硕士研究生，从事配电网研究，E-mail：。引用本文：汪锋,刘智强,张克勇,等.基于分时电价与储能充放电策略的台区可调控资源聚合及调度J.储能科学与技术,2023,12(4):1204-1214.Citation：WANG Feng,LIU Zhiqiang,ZHANG Keyong,et al.Adjustable resource aggregation and scheduling in distribution transformer station areas based on time-of-use price and charge-discharge strategy of energy storageJ.Energy Storage Science and Technology,2023,12(4):1204-1214.第 4 期汪锋等：基于分时电价与储能充放电策略的台区可调控资源聚合及调度研究algorithm is used to aggregate the power of typical adjustable resources.The effectiveness of the aggregation model is then analyzed.Finally,the load aggregator is introduced to interact with the station area.The linear weighting method is used to calculate the electricity cost and energy consumption comfort level of users,and the charge-discharge strategy of distributed energy storage is combined to model the adjustable resource scheduling model of the distribution transformer station area.The differential evolution algorithm is then used to solve the model.The example analysis shows that the adjustable resource aggregation model and the coordinated scheduling strategy proposed in this paper can effectively reduce the energy consumption cost of users,improve the energy consumption comfort level,promote the enthusiasm of users to participate in grid response and improve the station areas ability to control the adjustable resources.Keywords:distribution internet of things;power consumption control in distribution transformer station area;adjustable resources aggregation;load aggregators;coordinated scheduling随着电价改革、电能替代以及用户对高质量供电的要求，配电网安全稳定运行面临着巨大挑战1。为加快新型电力系统建设，低压配电台区网格化供电服务得到有效推进。近年来，“配电物联网”概念的提出，为配电台区有效管理提供了新颖的思路2。如何构建新型电力系统下配电台区管控架构，将配电台区打造成由“生产主导”向“服务主导”转变的智能决策者，是当前需要重点考虑的问题3。在区域电力系统层面，尤其是配电网和台区层面，实现对台区不同类型用户可调控资源的用能管控，是提高台区运行稳定性、经济性以及可再生能源消纳比例的重要手段。国内外许多学者对用户侧可调控资源的合理挖掘与有效聚合已有了相关研究。文献4对空调模型进行聚合，分析空调聚合功率与室内外环境等参数的关系。文献5-7将热水器工作模式用0-1描述，构建热水器负荷聚合模型并分析其聚合有效性。文献8-10基于不同类型电动汽车的起始荷电状态及起始充电时间建立了一定数量的电动汽车充电功率聚合模型。然而，以上研究均是针对单个同一类型的负荷进行的模型聚合，不适用于台区负荷多样性的特点。针对多类型的可调控资源，文献11引入负荷聚合商概念聚合各类用户负荷，并以经济性成本最优进行优化。文献12考虑用户用能满意度建立可调控资源物理动态模型，并建立了多级聚合算法。目前，对台区用户侧多类型资源的聚合及调度研究较少，未能给台区有效用能管控提供合理的思路。随着大数据技术及智能控制技术的发展，需求侧响应主体群调群控策略越来越受到学者的关注。文献13-14计及风电不确定性制定了多时间尺度的价格激励型需求响应负荷调度策略。文献15计及需求响应不确定性，考虑消费者心理建立了以经济性成本最优为目标的多时间尺度的负荷调度模型，并分析其在削峰填谷作用方面的有效性。新型电力系统背景下，仅考虑单个不同类型负荷的优化调度已无法满足实际需求，需进一步研究一定数量的负荷聚合模型在系统、市场和用户多方利益竞争下的调控策略。综上所述，为提高配电台区对用户侧可调控资源的管控能力，本工作基于配电物联网“云-边”协同技术搭建了包含感知层、网络层、应用层的台区用户侧用能管控系统框架，根据可调控资源响应不确定性将台区典型可调控资源分为电动汽车、温控负荷及分布式储能三种类型并对其进行功率聚合，进而计及分时电价与分布式储能充放电规则，建立包含用户用电成本及用能舒适度为主体的目标函数，最后采用差分进化算法迭代寻优并通过算例仿真证明所设计的负荷聚合模型及协调调度策略在调控潜力等方面的有效性。1 配电台区用能管控系统框架大规模新能源设备的装机，伴随着用户侧分布式储能、电动汽车等负荷接入，对台区运行稳定性12052023 年第 12 卷储能科学与技术提出了巨大挑战。如何进行台区可调控资源的协调控制以及不同类型能量单元的协调优化，已逐步成为研究热点。本工作遵循配电物联网体系架构，以台区领域应用需求为导向，开展以台区智能融合终端为基础的配电物联网用能管控系统建设。台区用能管控系统框架如图1所示。在配电物联网“云、管、边、端”整体架构下，利用大数据技术、云边协同技术等构建台区用能管控系统框架。聚焦台区五大核心业务功能：对低压配网设备运行状态监测与控制；为台区线损、电价及治理提供数据支撑；利用智能感知单元与智能配变终端联合作用实现配电数字化转型；为分布式电源接入稳定运行提供保障；对电动汽车安全充放电进行管控。感知层负责收集用户分布式电源、电动汽车等