共享经济视角下分布式灵活资源协调调控理论与方法

东南大学电氣工程学院 SCHOOLOFELECTRICALENGINEERING,SEU 共享经济视角下分布式灵活资源协调调控理论与方法 宋梦，副教授，博导 东南大学，电气工程学院 Email:msongseu@seu.edu.cn TNEASUNVERS 宋梦东南大学至善青年学者副教授/博士生导师 >个人简介： 入选江苏省科协青年科技人才托举工程，中国电机工程学会第八届青年人才托举工程。目前主持国家自然科学基金面上/青年项目2项，重点实验室开放基金2项，出版英文专著1部，发表/录用期刊论文40 余篇，授权中国专利8项，获得教育部优秀成果科技进步二等奖1项 （排2），中国能源研究会技术创新二等奖1项（排1），担任《电 >研究方向：1、需求侧资源建模调控与虚拟电厂：柔性负荷建模与控制，虚拟电厂聚合建模、优化调控；2、电力市场：分布式交易市场机制设计与优化运行，共享储能商业运营机制；3、配电网优化运行：配电网负荷恢复方法及韧性提升技术。 2 东南大学電氣工程学院 SCHOOLOFELECTRICALENGINEERING.SEU 录2广义共享储能聚合优化调度策略（主流模式） 目CONTENTS 1背景及意义 3考虑用户有限理性和电能源的产消者分布 式低碳调度方法（探索模式） 4基于产消者能量-备用联合共享的虚拟电厂 优化运行方法（未来模式） 1背景及意义 高比例可再生能源接入加剧电力系统供需不平衡 不确定性汇聚至主网： ·影响系统的供需平衡主网 ·传统灵活性机组占比下降 要求更高的系统灵活性影响供需 配网侧大量可再生能源接入：平衡 激励信号 ·多而分散，功率低，特性各异配网 ·资源所有权归属用户 ·无需承担供需平衡责任 缺乏常态化参与系统运行渠道 分布式光伏 电动汽车蓄冷空调 分布式储能 高比例可再生能源的接入深刻改变了电力系统的运行模式与平衡机理，电力系统吸需从用户侧海量柔性资源中发掘新能源消纳的新途径 东南大学电氣工程学院4 SCHOOLOFELECTRICALENGINEERING,SEU 1背景及意义 共享经济背景下，虚拟电厂（VPP）、分布式交易（TE）等新兴技术出现 共享经济理念：将个人闲置资源有偿共享，以实现资源优化配置和高效利用。 优势：不损害灵活资源所有权的同时，实现了中小用户闲置资源的集中调控与本地共享 有助于实现源网荷协调运行。一客观上提供了需求侧资源与系统灵活互动的途径 系统运行批发市场 现存局限：“自上而下”垂直管理 ·方式一：直接控制用户资源 ·方式二：发送价格激励信号 ·本地交易未考虑用户有限理性偏好 聚合主体 ·无法同时兼顾社会效益与个人效益聚合控制+本地共享 ·分布式资源地理位置优势灌没 ·集中式管理涉及隐私安全问题 分布式光伏 电动汽车 蓄冷空调 分布式储能 仍需进一步探索激励灵活性资源主动性的合理方法，以促进可再生能源消纳 东南大学电氣工程学院 5 SCHOOLOFELECTRICALENGINEERING,SEU 录>2广义共享储能聚合优化调度策略（主流模式） 目CONTENTS 1背景及意义 3考虑用户有限理性和电能溯源的产消者分布 式低碳调度方法（探索模式 4基于产消者能量-备用联合共享的虚拟电厂 优化运行方法（未来模式） 2.1广义储能资源聚合优化模型 广义共享储能聚合表征模型 选取一组统一的参数集来表征各资源 广义储能资源 的可调潜力和灵活性，简单且易于理集中式储能分布式储能 解，表示为： EGES FGESDGESDGESPGESDGES实体储能 实体储能虚拟储能 maxmincmaxcmindmaxdmin αGESRGESGESGES? 有效降低模型表述所需参数量和变量 集中式储能 基站备用分布式电动汽车空调 维度，并能够在保护个体隐私前提下 储能储能 充电站 采取统一指令集中调控广义储能资源类型图 能量时段耦合约束 XGESS FTCL M N.FTCL +NEV 功率上下限约束 cmin ch.tcmax ch,t GESS NeTCL FTCIDES MEM NFTCLNes dmindis,tddis,t ≤1 ch,tdis,t GESS NFTCL FTCLEV K EM 聚合模型约束 能量上下限约束 东南大学电氣工程学院 SCHOOLOFELECTRICALENGINEERINC,SEU minmax 7 Y 聚合参数计算方法 Nes i=1 2.2基于组合拍卖理论的广义共享储能优化调度框架 储能买家 用户1用户2用户3用户n 上报投标信息下发中标和结算信息 买卖双方投标 拍卖商 买家储能服务需求及价格>买卖双方储能中标量和B 竞胜标决定 卖家储能服务品种及价格 资金结算 上报投标信息，下发中标和结算信息资源定价 储能卖家 共享储能运营商 广义储能聚合封装体 资金结算 基站备用储能空调 电动汽车充电站分布式储能 集中式储能组合拍卖流程 广义共享储能调度框架 ■共享储能运营商SESO：作为独立的第三方公司，根据用户储能需求，以投资建设集中式储 能为主，租赁闲置的虚拟储能和分布式储能资源为辅 口组合拍卖流程：当拍卖开始时，拍卖商收集并汇总储能买家和卖家的报量、报价等投标信息，然后根据拍卖参与者双方的投标信息进行竞胜标决定过程；以最大化社会福利确定中标者后，将资源分配结果和定价结果告知中标者，并进行资金结算，从而完成拍卖过程。 东南大学电氣工程学院 8 SCHOOLOFELECTRICALENGINEERING,SEU 2.2广义共享储能交易品种建模 共享储能交易品种基于广义储能的储能使用权组合模型 功率使用权：在特定时间内可使用固定量的广义储能电量时段耦合约束储能充放电功率的权力，包括充电功率权和 放电功率权，灵活性差 口容量便用权：在连续特定的时间段内可使用 固定容量进行储能的权力，其充放电功率在 EGES()=αGESSEGESs(t-1)+[E(0+E'()+Q(O]+GESS(0) 充电功率权对应的储能电量：E(t)=BGESpsel(t)A 放电功率权对应的储能电量：E()=GEp()At 此时间段内可灵活调整，灵活性较好。容量权对应的储能电量9()=(BGEsp(t)At+GEsp(t)Az) AP/kW 用户功率曲线 广义储能储能电量上下限约束 基准线 EGES"()EGES()SEGES(0) 广义储能充放电功率约束 容量权对应充放电功率上下限： 1530456075 用户容量权需求情况说明 T/min Pc(0)=PGES"(t)·e()/(EGESs(0)-EGESs(0) Pfd(t)=PGESs(t)·esl(0)/(EGESs(0)-EGESs(t) ()()0 口对于储能需求不确定性较大的用户而言 防止最终中标的功率权与现实相，导致 成本增加； 功率权对应充放电功率上下限： PGES"()≤p()≤PGES"(t)-P(t)PGES"(O)≤pel(O)≤PGES()-pd(t) 口若用户充放电操作的时间尺度小于储能功初始储能量约束 率权出售的时间尺度，则用户需同时购买 充电和放电功率权，且二者需同时中标。 容量权对应初始储能量：E()=E()e()/(EGES()-EGE() 功率权对应初始储能量：Ec(t)=E.(t)-E,(t) 东南大学电氣工程学院9 SCHOOLOFELECTRICALENGINEERING,SEU 2.2基于功率权和容量权的广义共享储能组合拍卖机制 竞胜标决定模型 目标函数：最大化带惩罚项的社会福利maxR. pur （1）全社会福利：买卖双方剩余之和或报价之差（2）惩罚项：确保买卖双方出价一致时，交易顺利达成 约束条件 EXsll*Osell*ysell Cpun=Spun[(1+Npuver)*T*3- (xell+ll+xell)- Zouyybunyybu)] （1）决策变量0-1约束（2）投标价格约束（3）中标量约束 0≤xellxal、xll≤1,VteTvel=bh+2c;(-xelPsel+3PGEs(t)(1-SOC,)) c,t pbuy yomyautyhu,e0.1),VteTbuy,VneN,vel=b,+2c,(xalPall+3PeEs(t)(1-SOC) buy A .nsId,n.t 、vsel、vsel、SOC,E连续变量vell=b,+2c,(xelEsell+3EmEs(t)(1+SOC,))A （4）功率权与容量权模型约束（5）中标时段/品种组合关系约束 资源定价与资金结算机制 LA f,n,t 定价机制：高低匹配买卖双方申报价格的平均值结算机制：定价阶段完成后，由拍卖商按照成 交价格和中标量向买卖双方进行资金结算 +vbuy)/2,vande=(vadl+vaun)/2,vtrade=(veal+vu)/2 东南大学电氣工程学院 10 SCHOOLOFELECTRICALENGINEERING,SEU 2.3算例分析 共享储能运营商价格曲线参数灵敏度分析 不同场景下SESO价格曲线成本系数设置不同场景下✁中标情况和社会福利 bi b2 0.24 1.5e-6 0.24 0.15 le-5 0.15 0.25 0 0.25 场景5 C2b3C3场景 中标数量/个平均成交价格/元社会福利 场景1.5e-6 0.25e-7充电权放电权容量权 合计充电权放电权容量权1元 场景二场景三 le-5/ 01 场景12911 32 0.271 0.292 0.299 1029.55 22 0.204 0.255 0.316 2423.43 3 6 13 12 10 12 场景二13 0.271 0.271 0.292 1392.41 0.285 0.294 0.281 1185.07 场景三1035 场景四1//0.11le-6 场景四527 场景五 场景六 场景七 /10.290 场景五 14 8 10 场景六 13 3 5 1 0.15 1e-5 0.15 0.25 0 0.25 le-50.11le-6 00.290场景七1259 320.262 0.290.3011009.42 18 0.206 0.255 0.32 2340.81 26 0.263 0.28 0.302 991.50 令荷电状态为0.5，以6个时段中广义储能 最大充放电功率限值、最大容量限值为例，绘 制价格曲线。 当卖家储能使用权✁价格曲线过陡时，即卖家投标价格随中标量变化✁幅度加大，中标数量将大幅减少 若价格设置过高不利于提高SESO储能资源利用率 0.4 场景一、四、五 0.294 场景一 场景二、六0.292场景四、六且可能导致最终储能设备✁荷电状态过高或过低，不 0.35一场景三、七场录五、七 0.25 0.286 利于SESO✁长期交易。 当卖家储能使用权✁价格曲线过缓甚至为常数时，卖家投标价格与中标量、荷电状态等均无关，仅凭买卖 0.284双方✁出价进行竞标，无法通过价格信号来表征共享 0.240.282 500050001000 2000 300040005000 P/(kW) E/(kW-h)储诸能资源✁稀缺性状况，也无法维持SESO内储能设 (a)功率权价格(b)容量权价格 荷电状态为0.5时不同场景下✁价格曲线 东南大学电氣工程学院 SCHOOLOFELECTRICALENGINEERING,SEU 备荷电状态均衡，不利于SESO✁长期交易。 11 录2广义共享储能聚合优化调度策略（主流模式） 目CONTENTS 1背景及意义 3考虑用户有限理性和电能溯源✁产消者分布 式低碳调度方法（探索模式） 4基于产消者能量-备用联合共享✁虚拟电厂 优化运行方法（未来模式） 3.1考虑碳积分与电能溯源✁配电网低碳调度架构 研究框架： 碳市场/绿证市场·研究场景：绿色社区低碳能量调度 外部电网电能净需求 社区经理 有限信息交互 ·社区共享产品：能量+碳积分 DSO/售电商·参与成员：社区经理+社区产消者 ·时