预测策略性储能行为

文摘   科技   2023-09-26 11:00   北京  

作者:孙晨曦

(图片来源于网络)

研究背景

储能在平衡未来碳中和电力系统中的电力需求和供应波动中将起着关键作用。近年来,公用事业级储能(utility-scale energy storage)和电表后储能(Behind the meter energy storage,即用户侧储能)得到了大量的投资并迎来了飞速发展,而电力市场也正在积极消除储能参与的障碍。随着储存能力的持续增长,电力市场的价格套利,即低价购电和高价售电,正成为储能所有者参与电力市场获得收入的主要来源之一。未来的电力系统运营商需要理解并预测策略性储能套利行为,以进行市场力量监测和战略产能规划。

研究方法

为了解决这个问题,本文提出了一种结合了先验模型知识的数据驱动方法用于预测作为价格接受者(price taker)的储能用户的策略性行为,具体预测框架如图1和图2所示。具体而言,储能代理模型的先验知识(prior knowledge) 被建模为一个优化问题,在这个问题中,优化目标是最小化能源成本和电池老化成本,同时受到储能物理限制的约束。其中,储能模型中的参数对系统运营商来说是未知的。本文使用一个基于梯度下降的方法来通过历史价格信号和观察结果来更新和识别能源储存模型中的参数,以最小化预测的储存响应和实际响应之间的差异。

图1. 策略性储能行为


图2. 所提出的储能代理模型识别和预测框架

研究结果

本文首先在理论上证明了在一类二次目标目标和线性等式约束的储能用户模型下,通过该方法所确定的模型参数将收敛到真实的储能代理模型参数。
通过在昆士兰电池项目的实际储能行为数据上进行实验,本文检验了所提出方法的有效性。图3展示并比较了各种方法在该数据集上两个长度为40小时的情况下的预测结果。与以前的黑箱数据驱动方法相比,该方法提高了储能模型识别和策略性行为预测的准确性。
与求解双层优化问题的优化工具相比,如图4所示,该方法的计算效率更高,且在不同噪声等级下基本能保证性能的稳定性。 
            

图3. 该方法与基准方法的预测效果对比

图2. 该方法与优化工具Gurobi的性能对比

参考文献

[1] Y. Bian, N. Zheng, Y. Zheng, B. Xu, and Y. Shi, “Demand response model identification and behavior forecast with OptNet: a gradient-based approach,” ACM International Conference on Future Energy Systems (ACM e-Energy), 2022.

[2] Y. Bian, N. Zheng, Y. Zheng, B. Xu, and Y. Shi, Predicting Strategic energy storage behaviors, under review, submitted to IEEE transaction on Smart Grid. 2023.

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