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《上海大学》 2007年
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需求侧参与输电阻塞管理的模型与算法研究

李海英  
【摘要】: 随着需求的不断增长及现有传输容量的限制,输电阻塞也随之成为解除管制的电力市场环境下一个不可避免的问题。阻塞导致电价飞升、引发发电侧的市场力、造成预料之外的强迫停电,给配电公司和用户带来极大的风险并严重威胁系统安全。需求侧响应是缓解阻塞的有效途径之一,本论文探讨了需求侧的两种有效资源可中断负荷和分布式发电机在输电阻塞管理中的作用并建立了相应的模型,求解模型的非线性互补方法在论文中也做了详细介绍。考虑到我国现行市场交易模式相当于电力Pool,因此本论文所建模型是基于Pool模式,具体工作内容及创新点如下: 第一:针对可中断负荷具有促进市场竞争,提高需求侧对市场价格响应的特性,建立了可中断负荷参与电力批发市场竞价的输电阻塞管理模型,该模型是一个两层优化问题。由于在市场环境下,中断负荷不能简单的拉闸限电,必须给予中断负荷的用户一定的经济补偿,故该模型在选取可中断负荷时,不仅考虑了可中断负荷的报价,还考虑了其对缓解阻塞所起的作用。为避免增加独立系统运行人(Independent System Operator,ISO)支付中断补偿费用的负担,该模型设有中断补偿费用约束。另外,该模型中的中断补偿费用来自商品盈余,避免了盈余被ISO拥有而产生反激励。IEEE 30节点测试系统验证:本文所建模型不仅能够帮助ISO在正常状况下合理调度电力,而且能够在线路出现阻塞,包括意外事故引起线路阻塞时中断有效消除线路阻塞的可中断负荷,从而抑制发电商人为制造阻塞而行使市场力的行为,这是本文的创新工作之一。 第二:面对市场环境下ISO与用户之间信息不对称而导致的可中断负荷管理低效问题,建立了激励相容特性的可中断负荷参与输电阻塞管理模型。该模型涉及两个问题,即可中断负荷的选取问题和经济补偿问题。可中断负荷的选取通过一个两层优化模型实现,在选取可中断负荷时,不仅考虑选用缺电成本较低的可中断负荷,而且强调选用有效缓解阻塞的可中断负荷。在经济补偿问题上,设计了激励相容的补偿机制,使用户在上报真实缺电成本信息时获得最大利润,从而鼓励他们上报真实缺电成本积极参与阻塞管理,实现电力资源的有效利用。显然,满足激励相容特性的可中断负荷管理模型在电力市场环境下更具有社会经济和现实意义,蒙特卡罗方法用来验证该补偿机制的有效性,这是本文的又一创新工作。 第三:考虑到阻塞引起日前市场电价的不确定性给配电公司(DistributedCompany,Disco)带来一定的风险,建立了Disco在竞争的日前市场下的能量获取模型,该模型基于两种可控资源-分布式发电机和可中断负荷。由于各Disco的购电策略是相互影响的,为此各Disco之间的竞争用一个两层优化问题描述,外层子问题代表各Disco的优化决策,目标为自身利润最大化:里层子问题为ISO考虑安全约束的能量出清优化问题,目标为最小化购电成本及中断补偿费用。8节点算例表明:该模型可帮助Disco在满足安全约束的前提下合理安排购电方案,实现利润最大化;算例同时分析了传输容量对Disco优化策略的影响并验证了分布式发电机及可中断负荷在输电阻塞中的作用,从而鼓励Disco充分使用这两种资源。这也是论文的创新工作。 第四:由于爬坡约束会影响发电机相邻时段的发电量,从而影响节点电价,影响Disco的购电策略,为此在第三点(Disco在日前市场单个时段的能量获取模型)基础上,建立了基于可中断负荷和分布式发电机且考虑发电机组爬坡约束的Disco能量获取模型,该模型由于爬坡约束的关联使之成为一个多时段模型。算例验证当多个时段联合优化且爬坡约束起作用时Disco的能量获取策略不同于多个单时段的策略,从而为Disco制定能量获取方案提供更有效的指导,这是论文的另一创新工作。 第五:针对论文所建的两层优化模型,本文利用非线性互补方法进行求解。该求解方法的思路是将模型的里层优化问题用一阶优化条件表示,然后利用非线性互补函数将其转化为一组非线性代数方程组并作为外层优化问题的约束。同理对外层优化模型重复上述过程,这样两层优化模型的求解转化为对一系列非线性代数方程的求解,可同时确定内外模型中所有变量的值。上述算例验证了该方法具有良好的收敛性,为求解其他大规模复杂优化问题提供了一条有效途径。
【学位授予单位】:上海大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TM744

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