计及用户满意度的可调节负荷资源需求响应优化策略研究_祁兵.pdf

计及用户满意度的可调节负荷资源需求响应优化策略研究祁兵，陈淑娇，李彬，田珂（华北电力大学 电气与电子工程学院，北京102206）0引言随着能源互联网的发展，国家越来越重视电力需求侧资源的调控与管理。近几年国家持续发文提出对需求侧的管理指导意见。2021年10月国务院 关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知（国发 2021 23号）中指明要加快建设新型电力系统，引导工商业可中断负荷、电动汽车充电网络、虚拟电厂等参与系统调节，要求到2030年，省级电网基本具备5%以上的尖峰负荷响应能力。2022年1月，国家发展与改革委员会、国家能源局 关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见（发改能源 2022 206号）提出推动电力需求响应市场化建设，将需求侧可调节资源纳入电力电量平衡，摘要：为提高需求侧资源灵活度，加强电网调节能力，基于多层级调控架构提出一种计及用户满意度的可调节负荷资源需求响应优化策略：通过层级间的协作和跨区聚合来高效完成需求响应业务，通过调整聚合商定价确保用户的满意度水平，同时提高负荷聚合商的收益。最后通过算例分析可以看出，所提出的需求响应优化策略在保证用户满意度的前提下，通过多层级协作完成了电网调控需求，并实现了负荷聚合商收益最大化的目标。关键词：用户满意度；需求响应；跨区协作；优化控制；用户行为文献标志码：A文章编号：1008-6218（2023）03-0043-08中图分类号：TM73doi:10.19929/ki.nmgdljs.2023.0038 基 金 项 目 国 家 电 网 有 限 公 司 总 部 管 理 科 技 项 目“分 层 分 区 的 可 调 节 负 荷 聚 合 与 主 动 交 互 控 制 技 术”（5100-202118394A-0-0-00）内 蒙 古 电 力 技 术INNER MONGOLIA ELECTRIC POWERRe s e a r c ho nD e ma n dRe s p o n s eO p t i mi z a t i o nSt r a t e g yo fA d j u s t a b l eLo a dRe s o u r c eCo n s i d e r i n gU s e rSa t i s f a c t i o nQI Bing,CHEN Shujiao,LI Bin,TIAN Ke（School of Electric and Electronic Engineering,North China Electric Power University,Beijing102206,China）A b s t r a c t：In order to improve the flexibility of demand side resources and strengthen the regulation ability of power grid,based on the multilevel regulation architecture,this paper proposes a demand response optimization strategy of adjustableload resource taking into account user satisfaction.On the basis of efficient completion of demand response businessthrough interlevel collaboration and crossregional aggregation,the satisfaction level of the users is ensured by adjustingaggregator pricing,and the revenue of load aggregators is improved.Finally,an example is given to verify that the proposeddemand response optimization strategy completes the power grid regulation through multilevel cooperation on the premise ofensuring user satisfaction,and achieves the goal of maximizing the income of load aggregators.K e yw o r d s：user satisfaction;demand response;cross regional cooperation;optimized control;user behavior引用格式：祁兵，陈淑娇，李彬，等.计及用户满意度的可调节负荷资源需求响应优化策略研究J.内蒙古电力技术，2023，41（3）：4350.QI Bing,CHEN Shujiao,LI Bin,et al.Research on Demand Response Optimization Strategy of Adjustable Load Resource Considering User SatisfactionJ.Inner Mongolia Electric Power,2023,41(3):4350.2023年第41卷第3期43发挥需求侧资源削峰填谷、促进电力供需平衡及适应新能源电力运行的作用。同年5月底，国家发展与改革委员会、国家能源局联合印发 关于推进新型电力负荷管理系统建设的通知，提出加强电力运行调节，对深化电力负荷管理、成立电力负荷管理中心等工作进行部署。上述文件都表明了国家对于需求侧资源管理和新型电力系统发展的重视日益加深。近年来，我国电力负荷增速显著高于电量增速，峰谷差持续增大1，季节性和区域性高峰供电紧张现象已成全国普遍问题。2022年110月，全社会用电量累计达71 760亿kWh，同比增长3.8%。根据十四五期间用电需求的年均增速4.4%推算，预计2025年我国最大用电负荷将达到14.3亿kW2。由于用户侧包含大量具有调节潜力的负荷资源，如电动汽车、储能装置、分布式电源及空调、电采暖等可调负荷3，具有点多面广、种类繁多、容量较小等特点，若将其纳入电网常规调控范畴，将大幅提升电网调节能力。在此背景下，为了有效平稳全国用电负荷曲线，国家持续深化电力体制改革，加强电网调节能力，重视需求侧资源的调控。需求响应是进行需求侧管理、改变用户用电负荷曲线的有效方式4，广义的需求响应市场机制主要包括价格机制和激励机制两种5。其中，价格机制主要是通过电价引导，以鼓励用户主动进行需求响应的策略6，包括分时电价、实时电价、尖峰电价7；激励机制是指在电网系统可靠性受到影响或出现电力缺口时，通过制定相应方案，激励用户及时响应并削减负荷8。另外按照行为调整方式分类，需求响应还可分为削峰方式、削峰填谷方式、分布式电源并网。需求响应的自动化程度包括人工需求响应、半自动需求响应、全自动需求响应9-10。目前国内外对负荷进行需求响应调控策略展开了很多前沿性的研究。研究内容大致可分为工业负荷11、商业楼宇负荷12、家庭负荷13-14、微电网系统15、分布式电源16、电动汽车、储能等方面17-18。还有部分学者针对需求响应的定价策略进行研究，文献19基于Stackelberg博弈提出了能源供应商的定价策略，文献20提出联合在线学习和定价算法，通过消费者的反馈衡量算法性能。负荷聚合商在需求响应策略中作为负荷控制主体，是电网与用户连接的重要纽带，在需求响应业务实施方面发挥着重要作用。文献21从负荷聚合商的定义和作用入手，介绍了聚合商的运营机制。文献22通过负荷聚合商进行用户响应容量的预测，文献23研究了需求响应对于负荷聚合商的影响，并制定了奖励机制。但是上述文献缺少对负荷聚合商收益问题的考虑。不同园区能源特性有所不同，多个园区间可根据电网调控需求跨区聚合合适的资源参与调控，从而有效提高调控效率。目前对该方面的研究也比较少。本文从考虑用户参与需求响应的满意度入手，针对需求侧大量零散的可调节负荷，基于多层级协作和跨区聚合提出计及用户满意度的需求响应优化策略。负荷聚合商作为所有区域聚合商的管控主体，在保证用户满意度的前提下，通过该优化策略实现负荷聚合商收益最大化目标。1可调节负荷基础模型构建需求侧可调节负荷资源众多，种类丰富。为简化模型，将可调节负荷资源泛化划分为开关型负荷、分档型负荷、温控负荷。开关型负荷包括照明系统、电视机、计算机等设备，由于开关行为使其负荷曲线呈现阶跃式特性。分档型负荷包括电风扇、电磁炉等设备，其负荷曲线呈现分段阶跃式的阶梯波形。温控负荷包括空调、电采暖设备、热水器等，其负荷曲线呈现周期性方波，在一定温度下开始工作，到达所需温度后自动断开24。开关型负荷的泛化模型如式（1）所示：Pkt=ptts,tf0其他，（1）式中：Pkt表示开关型负荷的功率；ts表示负荷开启时刻；tf表示负荷关闭时刻；p表示负荷的阶跃动率值。分档型负荷的泛化模型如式（2）所示：Pft=|pgt)ts,thpg-1t)th,tf0其他，（2）式中：Pft为分档型负荷的负荷功率；th为分档型负荷的变档时刻；pg-1和pg分别为负荷变档的前后功率。温控负荷的热力学等效模型如式（3）所示：2023年第41卷第3期内 蒙 古 电 力 技 术44|Tt+1=Tt()1-+()T0t+stPrtR-tuk=1-e-tRC，（3）式中：Prt代表温控负荷的操作热功率；Tt与Tt+1分别为t时刻和t+1时刻的负荷温度值；T0t代表t时刻的环境温度；tu表示热水器工作时长（无热水器则该数值为0），k代表工作时长与温度变化二者关系的等效系数；t表示状态更新时间间隔；R、C分别代表等效热阻及热容；st表示温控负荷的开关状态；表示热力学等效参数。可调节负荷的功率Ploadt可用公式（4）表示：Ploadt=Pkt+Pft+Prt。（4）除了可调节负荷外，还包括可再生能源出力模型。其中风机出力模型如式（5）所示：PWt=|0,vWtvW,inPW|vWt-vW,invW,ra-vW,in3,vW,invWtvW,raPW,vW,ravWtvW,out0,vW,outvWt，（5）式中：PWt代表风机t时刻的输出功率；vWt表示当前风速；vW,in、vW,out分别代表切入和切出风速；PW和vW,ra表示额定功率和达到额定功率时的风速。光伏出力模型如式（6）所示：PPVt=GStG0PSMax,0+TSt+GStNct-20800-T0，（6）式中：PPVt代表t时刻光伏出力的输出功率；GSt表示t时刻的辐照度；G0表示标准状态下的辐照度；TSt指t时刻组件温度；Nct代表光伏系统正常工作的电池温度；T0代表标准状态下组件温度；PSMax,0是标准状态下的最大输出功率。2计及用户满意度的需求响应优化策略用户是电网公司的重点服务主体。用户满意度是用户在参与需求响应一段时间后对项目的整体评价25。考虑用户的用能满意度是开展需求响应业务的必要前提，本文采用如下用户满意度调查流程：基于边缘代理收集用户用电信息、电费等数据，上传至区域代理进行用户满意度的评估并将信息上传至负荷聚合商，如果用户满意度过低，用户参与度就会下降，因此将不利于电网公司需求响应业务的开展，进而对电网公司造成不利影响。进行需求响应后，负荷聚合商会根据评估数据指导下一次的需求响应业务优化调整，需求响应策略如图1所示。考虑到不同园区的资源属性不同，为了满足电网多种调控需求，本文考虑通过上述多层级调控架构打破园区地理位置的约束，通过跨区协作或资源借用将所有可调节资源按照特性分组聚合并进行资源调控。比如紧急需求响应需要负荷进行快速响应，将负荷按照速率分为快速响应组、普通响应组、慢速响应组；也可以根据相应用户的容量不同划分为大容