高比例可再生能源电力系统中计及灵活调节产品的实时调度

doi:10.3969/j.issn.1000-7229.2019.10.003

电力建设 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (10): 18-27.doi: 10.3969/j.issn.1000-7229.2019.10.003

• 电力系统弹性与灵活性 ·栏目主持文福拴教授、林振智副教授· • 上一篇下一篇

高比例可再生能源电力系统中计及灵活调节产品的实时调度

林鸿基1，闫园1，文福拴1，胡嘉骅2，曲昊源3，赵铮3

1. 浙江大学电气工程学院，杭州市 310027；2. 国网浙江省电力有限公司经济技术研究院，杭州市 310008；3. 国网能源研究院有限公司，北京市 102209

出版日期:2019-10-01
作者简介:林鸿基（1995），男，硕士研究生，主要从事电力系统风险管理与优化调度、电力市场方面的研究工作；闫园（1995），女，硕士研究生，主要从事电力经济与电力市场方面的研究工作；文福拴（1965），男，博士，教授，博士生导师，通信作者，主要从事电力系统故障诊断与系统恢复、电力经济与电力市场、智能电网与电动汽车方面的研究工作；胡嘉骅（1992），男，博士，主要从事电能交易、需求响应及可再生能源方面的研究工作；曲昊源（1990），女，硕士，工程师，研究方向为电力体制改革、电力市场；赵铮（1984），男，博士，高级工程师，研究方向为电力体制改革、电力市场。
基金资助:
国家电网公司总部科技项目“面向全国统一电力市场的电力现货市场模式选择与演化路径研究” （SGGSJY00PSJS1800063）

Real-Time Dispatch Considering Flexible Ramping Products in A Power System with High Proportion of Renewable Energy Generation

LIN Hongji1， YAN Yuan1， WEN Fushuan1， HU Jiahua2， QU Haoyuan3， ZHAO Zheng3

1. College of Electrical Engineering， Zhejiang University， Hangzhou 310027， China；2. State Grid Zhejiang Economic Research Institute， Hangzhou 310008， China；3. State Grid Energy Research Institute Co.， Ltd.， Beijing 102209， China

Online:2019-10-01
Supported by:
This work is supported by research program “Research on Selection and Evolution Path of Electricity Spot Market for the National Unified Electricity Market”of State Grid Corporation of China （No. SGGSJY00PSJS1800063）.

摘要/Abstract

摘要： 并网运行的间歇性可再生能源发电（intermittent renewable energy generation， IREG）出力的波动性和不确定性对电力系统运行灵活性提出了更高的要求，系统灵活性匮乏时有可能导致切负荷和/或弃风弃光等问题。在此背景下，灵活调节产品（flexible ramping product， FRP）的概念应运而生并逐步引起广泛关注。FRP为电力系统消纳IREG提供了一种新思路。文章首先概述了电力系统灵活性的定义、特点与灵活性资源的获取问题。接着，提出了针对发电机组与需求响应（demand response， DR）资源提供FRP情形下的电力系统实时调度模型。该调度模型可容纳不同类型的需求响应资源，并考虑了未来时段机组的启停约束以及上行爬坡/下行滑坡速率约束。之后，基于负荷水平和IREG出力水平的预测值，采用拉丁超立方抽样获得多个相应的不同实际值的运行场景，并通过对实际调度过程的仿真来评价所获得的调度方案。最后，采用算例系统说明了FRP在提升系统灵活性以及消纳IREG方面的作用，以及不同因素对系统运行灵活性的影响。

关键词: 电力系统, 间歇性可再生能源发电（IREG）, 运行灵活性, 灵活调节产品（FRP）, 实时调度, 需求响应（DR）

Abstract: The variability and uncertainty brought about by intermittent renewable energy generation （IREG） impose higher requirements on the operational flexibility of the power system. The scarcity of flexibility may result in load shedding and/or curtailment of wind or solar power. Given this background， the concept of flexible ramping product （FRP） thus comes into being and has gradually attracted extensive attentions， since FRP provides an alternative for enhancing the accommodation capability for IREG. Firstly， the definition and characteristics of power system flexibility and the procurement of flexible resources are clarified. Then， a real-time dispatch model considering FRP provided by generation units and demand response resources is presented. In the developed real-time dispatch model， multiple types of demand response resources are taken into account， and some operating constraints are respected including the ones associated with unit start-up/shut-down in future periods and ramping up/down rates. Next， scenarios with various corresponding actual load demands and power outputs from IRES are generated by the Latin Hypercube Sampling method based on forecasted values of load demands and power outputs from IREG， and the dispatch schemes are evaluated by simulating the actual dispatch process. Finally， the role of FRP in enhancing system flexibility and in enhancing the accommodation capability for IREG and the impacts of different factors on the system operational flexibility are investigated through case studies.

Key words: power system, intermittent renewable energy generation（IREG）, operational flexibility, flexible ramping product（FRP）, real-time dispatch, demand response（DR）

中图分类号:

TM 73

林鸿基，闫园，文福拴，胡嘉骅，曲昊源，赵铮. 高比例可再生能源电力系统中计及灵活调节产品的实时调度[J]. 电力建设, 2019, 40(10): 18-27.

LIN Hongji， YAN Yuan， WEN Fushuan， HU Jiahua， QU Haoyuan， ZHAO Zheng. Real-Time Dispatch Considering Flexible Ramping Products in A Power System with High Proportion of Renewable Energy Generation[J]. Electric Power Construction, 2019, 40(10): 18-27.

参考文献

［1］鲁宗相，李海波，乔颖. 含高比例可再生能源电力系统灵活性规划及挑战［J］. 电力系统自动化， 2016， 40（13）: 147-158.
LU Zongxiang， LI Haibo， QIAO Ying. Power system flexibility planning and challenges considering high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems， 2016， 40（13）: 147-158.
［2］康重庆，姚良忠. 高比例可再生能源电力系统的关键科学问题与理论研究框架［J］. 电力系统自动化， 2017， 41（9）: 2-11.
KANG Chongqing， YAO Liangzhong. Key scientific issues and theoretical research framework for power systems with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems， 2017， 41（9）: 2-11.
［3］国家发展和改革委员会能源研究所. 中国2050高比例可再生能源发展情景暨路径研究［R/OL］. 北京: 国家发展和改革委员会能源研究所， 2015.https://wenku.baidu.com/view/33339597763231126fdb1199.html.
［4］刘敦楠，李奇，秦丽娟，等. 电网多时间尺度接纳可再生能源能力评估指标体系［J］. 电力建设， 2017， 38（7）: 44-50.
LIU Dunnan， LI Qi， QIN Lijuan， et al. Evaluation of grid accepting renewable energy in multi-time scale ［J］. Electric Power Construction， 2017， 38（7）: 44-50.
［5］HEYDARIAN-FORUSHANI E， GOLSHAN M E H， SHAFIE-KHAH M， et al. Optimal operation of emerging flexible resources considering sub-hourly flexible ramp product［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy， 2018， 9（2）: 916-929.
［6］LANNOYE E， FLYNN D， OMALLEY M. Evaluation of power system flexibility ［J］. IEEE Transactions on Power Systems， 2012， 27（2）: 922-931.
［7］ULBIG A， ANDERSSON G. Analyzing operational flexibility of electric power systems ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems， 2015， 72: 155-164.
［8］MA J， SILVA V， BELHOMME R， et al. Evaluating and planning flexibility in sustainable power systems ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy， 2013， 4（1）: 200-209.
［9］苏承国，申建建，王沛霖，等. 基于电源灵活性裕度的含风电电力系统多源协调调度方法［J］. 电力系统自动化， 2018， 42（17）: 111-119.
SU Chengguo， SHEN Jianjian， WANG Peilin， et al. Coordinated dispatching method for wind-turbine-integrated power system with multi-type power sources based on power flexibility margin ［J］. Automation of Electric Power Systems， 2018， 42（17）: 111-119.
［10］WANG Q， HODGE B. Enhancing power system operational flexibility with flexible ramping products: A review ［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics， 2017， 13（4）: 1652-1664.
［11］WU H， SHAHIDEHPOUR M， ALABDULWAHAB A， et al. Thermal generation flexibility with ramping costs and hourlydemand response in stochastic security-constrained scheduling of variable energy sources ［J］. IEEE Transactions on Power Systems， 2015， 30（6）: 2955-2964.
［12］MARNERIS I G， BISKAS P N. Optimal scheduling of flexible ramping capacity in short-term electricity markets［C］//2016 Power Systems Computation Conference （PSCC）. New York， USA: IEEE， 2016.
［13］WU C Y， HUG G， KAR S. Risk-limiting economic dispatch for electricity markets with flexible ramping products ［J］. IEEE Transactions on Power Systems，2016， 31（3）: 1990-2003.
［14］WANG B B， HOBBS B F. Real-time markets for flexiramp: A stochastic unit commitment-based analysis［J］. IEEE Transactions on Power Systems， 2016， 31（2）: 846-860.
［15］HU J H， WEN F S， WANG K， et al. Simultaneous provision of flexible ramping product and demand relief by interruptible loads considering economic incentives ［J］. Energies， 2017， 11（1）: 46.
［16］HU J H， SARKER M R， WANG J H， et al. Provision of flexible ramping product by battery energy storage in day-ahead energy and reserve markets［J］. IET Generation， Transmission & Distribution， 2018， 12（10）: 2256-2264.
［17］胡嘉骅，文福拴，马莉，等. 电力系统运行灵活性与灵活调节产品［J］. 电力建设， 2019， 40（4）: 70-80.
HU Jiahua， WEN Fushuan， MA Li， et al. Power system operation flexibility and flexible ramping products ［J］. Electric Power Construction， 2019， 40（4）: 70-80.
［18］胡嘉骅. 电力系统灵活性提升方法和灵活调节产品获取机制［D］. 杭州: 浙江大学， 2018.
HU Jiahua. Methods to enhance power system flexibility and acquisition mechanism for flexible ramping products ［D］. Hangzhou: Zhejiang University， 2018.
［19］CHEN R Z， WANG J H， BOTTERUD A， et al. Wind power providing flexible ramp product［J］. IEEE Transactions on Power Systems， 2017， 32（3）: 2049-2061.
［20］PJM Interconnection. PJM demand response strategy ［EB/OL］.（2017-06-28）［2019-01-07］. http://www.pjm.com/-/media/library/reports-notices/demand-response/20170628-pjm-demand-response-strategy.ashx?la=en.
［21］PJM Interconnection. Price responsive demand ［EB/OL］.（2017-03-23）［2019-01-07］.https://www.pjm.com/~/media/about-pjm/newsroom/fact-sheets/price-responsive-demand.ashx.
［22］张巍峰，车延博，刘阳升. 电力系统可靠性评估中的改进拉丁超立方抽样方法［J］. 电力系统自动化， 2015， 39（4）: 52-57.
ZHANG Weifeng， CHE Yanbo， LIU Yangsheng. Improved Latin hypercube sampling method for reliability evaluation of power systems ［J］. Automation of Electric Power Systems， 2015， 39（4）: 52-57.
［23］王雅，曾成碧，苗虹，等. 基于K-means聚类的有序充放电多目标调度模型［J］. 电力建设， 2016， 37（7）: 99-104.
WANG Ya， ZENG Chengbi， MIAO Hong， et al. Multi-objective scheduling model for coordinated charging and discharging based on K-means clustering ［J］. Electric Power Construction， 2016， 37（7）: 99-104.
［24］LOFBERG J. YALMIP: A toolbox for modeling and optimization in Matlab ［C］// IEEE International Symposium on Computer Aided Control Systems Design .IEEE，2004: 1-6.
［25］史俊祎，文福拴，崔鹏程，等. 参与需求响应的工业用户智能用电管理［J］. 电力系统自动化， 2017， 41（14）: 45-53.
SHI Junyi， WEN Fushuan， CUI Pengcheng， et al. Intelligent energy management of industrial loads considering participation in demand response program ［J］. Automation of Electric Power Systems， 2017， 41（14）: 45-53.

[1]	檀勤良, 丁毅宏, 李渝, 李锐. 考虑经济环境平衡的风光火联合外送调度策略多目标优化[J]. 电力建设, 2020, 41(8): 129-136.
[2]	梁修锐，刘道伟，杨红英，李卫星，邵广惠，徐兴伟，王克非，李宗翰，赵高尚. 数据驱动的电力系统静态电压稳定态势评估[J]. 电力建设, 2020, 41(1): 126-132.
[3]	袁桂丽，董金凤，魏更，贾新潮. 基于需求响应和多能互补的冷热电联产微网优化调度[J]. 电力建设, 2019, 40(9): 64-72.
[4]	郇嘉嘉，隋宇，张小辉. 综合能源系统级联失效及故障连锁反应分析方法[J]. 电力建设, 2019, 40(8): 84-92.
[5]	刘教民，郭通，徐姗姗，李永刚，高亚静. 计及离散出力特征的火电机群固有运行灵活性评价方法[J]. 电力建设, 2019, 40(6): 65-73.
[6]	宋杰，陈振宇，杨阳，张凯恒，张卫国，朱庆，徐青山. 考虑资源相关性和不确定性的负荷需求响应决策研究[J]. 电力建设, 2019, 40(6): 132-138.
[7]	胡嘉骅，文福拴，马莉，彭生江，范孟华，徐昊亮. 电力系统运行灵活性与灵活调节产品[J]. 电力建设, 2019, 40(4): 70-80.
[8]	陈飞，冯昊，徐晨博，孙飞飞. 电力系统演进的内在驱动因素及发展路径探索[J]. 电力建设, 2019, 40(3): 59-66.
[9]	李凌昊，邱晓燕，张楷，刘梦依，赵长枢. 考虑多负荷聚集商参与的系统日前-日内分层优化调度策略[J]. 电力建设, 2019, 40(12): 70-79.
[10]	董军，聂麟鹏，聂仕麟，杨培文，付安媛，黄辉. 考虑需求响应与风电不确定性的两阶段鲁棒旋转备用容量优化模型[J]. 电力建设, 2019, 40(11): 55-64.
[11]	周瑜, 杨明，王飞，王士柏，朱毅. 一种计及光伏发电功率不确定性的实时调度方法[J]. 电力建设, 2019, 40(10): 1-8.
[12]	杨智超，孙磊，丁明. 计及关键恢复路径的机组启动次序优化策略[J]. 电力建设, 2019, 40(10): 28-35.
[13]	潘昭旭，刘三明，王致杰，王帅，丁超然. 基于信息间隙决策理论的含风电电力系统调度[J]. 电力建设, 2018, 39(9): 87-94.
[14]	黄海涛，王岱锋，朱丰泽，王俊伟. 考虑热舒适度的变频空调响应调控策略[J]. 电力建设, 2018, 39(9): 9-17.
[15]	张晴晴，吴倩，李盛伟，白星振. 计及不同需求响应群体的新能源并网系统优化调度[J]. 电力建设, 2018, 39(7): 107-114.

高比例可再生能源电力系统中计及灵活调节产品的实时调度

Real-Time Dispatch Considering Flexible Ramping Products in A Power System with High Proportion of Renewable Energy Generation

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价