本文来讲将用户侧弹性调节资源纳入电能市场有两种方式,最后输出结论:
①集中调度:直接接入调度,跟发电端一起调节,也就是以虚拟电厂的方式接入;
②价格引导:通过设置峰谷价差、需求响应补贴等方式,开展价格引导。
我们用一个例子来看两种方式的谁的效率更高:
一、背景
有一个总时长 2h,按照 1h 出清的电力市场,参与的主体有:
①1个发电厂,成本C=功率P的平方,最大技术出力为Pmax=8MW;
②1个没有价格弹性的电力用户,在第一个时间段的需求为D₁=1MW,在第 二个时间段的需求为D₂=2MW;
③1000个 有价格弹性电力用户,需求是d。在这 2h 内要用掉E=6kWh的电量,但每个周期内电能消费不能超过 dmax=5kWh。(比如, 2h 要洗的衣服是固定的,每小时洗衣机的功率有上限)。
目标:总发电成本最小
二、方法比较
(一)集中调度
总结上面的限制条件如下:
由于发电量要等于用电量,通过d1 可以计算出P1,也可以通过 d1 计算出 d2,从而得出P2,通过调整 d1,我们可以得到如下的调度方案:
我们发现第四行成本最低,这样当可调负荷接入调度时,我们可以通过计算机软件一次性计算出最有的调度方案。
(二)价格引导
加入我们告诉弹性电力需求用户第1个小时的电价比第2个小时电价低,
π₁ <π₂。有弹性的用户就会尽量多的在第1 个小时用电,无约束子调度的结果就是:
也就是集中调度的第一种结果,是无法达到最优发电成本的。
这时候有两种改进方法,增加限制系数或者惩罚系数。
(1)限制负荷调节弹性
在第一个时段额外设置一个用电功率的上限(我想有点类似于需求响应基线)。令:
这时候通过改变ω值,也是可以找到成本为 4050 的最优解的。
(2)增加惩罚系数
增加一个惩罚系数α,在最后用户支付电费的时候加上一个α乘以电量的平方,这样最后支付的电费就变成非线性的了,可以有自调节效果。我们建立用户用电支出和d1 的关系,按照用户支出电费最少为条件,也就是它的对 d1 求导=0, 这时候就可以得出 d1 和α的关系,通过改变α,也是可以找到最优解的。
所以经过前面的比较我们发现:
①将具有调节弹性的负荷接入调度,跟发电端一起集中调度,制定用电计划,可以很快输出成本最低的调度结果,但是这种方式对用户侧通信、计量的技术要求很高,也要大范围地去了解用户在不同时段的用电需求。
②通过简单的价格引导无法得到最优解,这种方式可能把原来的谷时段变成了新的峰时段(比如听省调说现在中午时段出现的充电桩充电尖峰),而且高峰时段持续一段时间后,又会开始反复波动,需要增加限制系数或者惩罚系数等手段。
参考文献:
[1]Daniel S. Kirschen,Goran Strbac,黄辉(译),李晨(译)等电力系统经济学(第二版).