智能电网环境下 Dynamic Pricing 在需求侧响应中的应用研究

智能电网环境下 Dynamic Pricing 在需求侧响应中的应用研

究

答辩人康执玺指导老师高峰教授

西安交通大学系统工程研究所 XI’AN JIAO TONG UNIVERSITY SYSTEMS ENGINEERING

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主要内容


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研究课题背景及理论介绍研究课题的总体工作安排智能电网下的电力市场行为者模型研究智能电网下的电力市场仿真系统设计仿真案例中的参数选择及设计研究课题目前的工作进展

研究背景及理论介绍智能电网下的市场结构与参与者的行为模式


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Wholesale Market

RetailMarket

Electricity Market

Supply-side

resources

RTO/ISO

Load serving entities(LSE)

End-User

Customer

load

price

load

price

研究背景及理论介绍

降低用户的电能成本

降低整个系统的成本

避免电价的突然波动

降低发电公司对于电力市场可能的操控行为的能力


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Dynamic Pricing 进行需求侧响应的理论价值

研究课题的总体工作安排理论研究部分

系统及算法实现部分

实验数据参数选择设计部分


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研究课题的总体工作安排标识号任务模式任务名称工期开始时间完成时间前置任务

1 背景理论研究 75 days 2010 7 8年月日 2010 10 21年月日2 基于动态定价的电力市场结构分析 30 days 2010 10 21年月日 2010 12 2年月日 13 智能电网中应用动态定价机制角色分析30 days 2010 12 2年月日 2011 1 13年月日 24 智能电网环境下的动态电价费率体系设计30 days 2011 1 23年月日 2012 3 9年月日 2FS+15 days, 25FF5 智能电网环境下的终端居民建模 45 days 2011 1 20年月日 2011 3 24年月日 3FS+5 days6 智能电网环境下的终端商业用户建模30 days 2011 2 10年月日 2011 3 24年月日 3FS+20 days7 智能电网环境下的终端大工业用户建模40 days 2011 6 2年月日 2011 7 28年月日 5FS+50 days8 智能电网环境下的LSE建模 30 days 2011 2 10年月日 2011 3 24年月日 3FS+20 days9 智能电网环境下的ISO建模 30 days? 2011 8 4年月日 2011 9 15年月日 7FS+5 days10 仿真实现方案设计 15 days 2011 3 25年月日 2011 4 15年月日 5FS+1 day11 终端居民用户仿真参数设计 20 days 2011 4 20年月日 2011 5 18年月日 10FS+3 days12 终端商业用户仿真参数设计 20 days 2011 3 31年月日 2011 4 28年月日 6FS+5 days13 终端工业用户仿真参数设计 20 days 2011 7 28年月日 2011 8 25年月日 714 基于CPLEX的算法设计 15 days 2011 5 19年月日 2011 6 9年月日 11FS+1 day15 终端居民用户仿真算法实现 20 days 2011 6 16年月日 2011 7 14年月日 14FS+5 days16 终端商业用户仿真算法实现 20 days 2011 5 18年月日 2011 6 15年月日 11, 617 终端工业用户仿真算法实现 20 days 2011 7 28年月日 2011 8 25年月日 16, 718 LSE仿真算法实现 20 days 2011 4 15年月日 2011 5 13年月日 1019 ISO仿真算法实现 20 days 2011 9 1年月日 2011 9 29年月日 17FS+5 days20 智能电网下的电力市场仿真系统用例设计30 days 2011 5 13年月日 2011 6 24年月日 10FS+20 days21 仿真系统模块交互设计 20 days 2011 7 1年月日 2011 7 29年月日 20FS+5 days22 仿真系统数据库设计 20 days 2011 11 11年月日 2011 12 9年月日 21, 23FF23 仿真系统的实现 80 days 2011 8 19年月日 2011 12 9年月日 21FS+15 days24 仿真实验设计 20 days 2011 9 9年月日 2011 10 7年月日 23SS+15 days25 仿真案例结果分析 25 days 2012 3 9年月日 2012 4 13年月日 23FS+30 days, 26FF26 毕业论文撰写 60 days 2012 1 20年月日 2012 4 13年月日 23FS+30 days

智能电网下的电力市场行为者模型研究


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LSE

Ind. Com. Res. ……

ISO

市场中的行为参与者框架


终端用户的市场行为建模

Features ：克服传统终端用户模型描述粗糙的缺陷，以用电设备

为最小粒度来进行模型描述。

Objective :在动态电价费率体系下，根据自身用电需求进行用

电规划，使得在满足需求约束的前提下，用电费用最小。


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对于不同的终端用户类型，可以按照不同用电设备（或用电模块）电能需求的时间耦合关系的不同，划分为三种用电模式：

用电设备的运行只取决于当前时刻的用电需求与物理环境，用电不具有时间耦合关系（如照明、办公用电等），以集合 I 表示。用电设备的运行依赖于多个时段的设备运行状态、用电需求与物理环境，用电具有时间耦合关系（如制冷、蓄能装置等），以集合 J 表示。用电设备的运行与其运行的具体时段无关，可以在决策周期内的任意时段运行（如独立生产环节、洗衣等），以集合 L 表示。


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终端用户通用模型

其中：


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1

min ( ) ( ) ( ) ( )T

i j lt i I j J l L

t p t p t p t

ip jp , lp 某一类用电模式中的某一类用电设备的用电规划， , , (1, 2, , )i j l N

( )t 为电价，是时段 t的函数，在动态电价下 LSE在前一天会公布第二天所有时段的电

价信息 t ,即用户知道当天所有的电价信息，以此为基础来做自己的用电规划。

终端用户通用模型约束


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1

( ( ) ( ) ( )) (1)I II III

T

i j lt i m j m l m

p t p t p t D

( ) ( ) ( ) (2)I II III

i j li m j m l m

P p t p t p t P

( ) ( ) (3)ip t t

( 1) ( ) ( ) ( ) (4)j j j j JV t p t d t V t j m

( ) (5)j j jV V t V

( ) (6)on

l l Lt T

p t d l m


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终端用户通用模型约束


( ) (7)i i i IP p t P i m

( ) (8)j j j JP p t P j m

( ) (9)l l l LP p t P l m

智能电网下的电力市场仿真系统设计

仿真系统设计目标

通过策略迭代的博弈仿真，考察不同类型用户在不同动态定价模式下的用电行为，寻找问题达到均衡的稳定模式。


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智能电网下的电力市场仿真系统设计LSE 在每一个时段（可以是一个小时或者是三十分钟）的前 5 分钟给出下一时段的 retail 市场的

实时电价。

end-user 根据LSE 提供的报价，上交下一时段用

电需求。

LSE 把所有end-user 用电需求集中起来，根据供求平衡关

系，确定在wholesale 市场实时交易电量。

LSE 在wholesale 市场上实时交易得到确定的下一时段的实时电价，进行整个 retail 市场的市场结算。

以上过程进行迭代，完成 T时段内的市场

模拟。

仿真系统中的市场运行模式（需求侧）理想状态下的市场运行模式：


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智能电网下的电力市场仿真系统设计仿真系统中的市场运行模式（需求侧）转换模式下的市场运行模式： LSE 在一个 T

时段开始前公布所有的 T 时段内的实时电

价。

end-user 根据LSE 提供的报价，上交下一时段用

电需求。

LSE 把所有end-user 用电需求集中起来，根据供求平衡关

系，确定在wholesale 市场实时交易电量。

LSE 在 wholesale 市场上实时交易得到确定的下一时段的实时电价，

进行整个 retail 市场的市场结算。对终端用户用之前公布的电价进行结算，而在 LSE 侧

按实时的市场价格结算。

在 T 时段结束之后，LSE 按照售电购电情况，更新下一个T 内的提供给 end-

user 的报价。

系统模块图


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系统用例


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智能电网下的电力市场仿真系统设计系统模块交互图

管理

员

GUI 控制

逻辑

仿真

逻辑

LSE仿真逻辑

End-user仿真逻辑

1.1创建仿真任务 1.2创建仿

真任务 1.3传递仿真参数 1.4开始进行

LSE的仿真 1.5对 LSE做出实时响应

1.6仿真数据记录

1.7反馈仿真信息

1.8实时显示任务状态

数据

库

2.1查看仿真结果

2.2查看仿真结果 2.3调用数据库

2.2反馈结果

3.1查看仿真结果 3.2查看仿

真结果

3.3反馈仿真结果

仿真系统数据库设计


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基于 CPLEX 的仿真算法实现

利用 ILOG Concert Technology 在VS2010下实现对于终端用户和市场中各个行为参与者模型的求解算法。


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仿真算法实现

Describing the problem•What is Known•What is Unknown•What are the constrains

•What is the Objective

Modeling with CPLEX•Create the model•Create the variables• Put in the numerical parameters

•Add constrains•Add objective

Solve the problem•Using the CPLEX Optimizer to Solve the problem that described

•Return the solution


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仿真案例中的参数选择及设计终端用户用电设备分类及具体设备确定

模式 I 下的用电设备：

cooking stoves, kitchen ventilation, bathroom lighting and ventilation ,TV sets(worki ng day),

lighting , floor heating for drying purposes

炉灶，抽油烟机等厨房通风设备，浴室照明（含取暖）和通风设备，电视机（工作日），照

明，干燥设备。

模式 J 下的用电设备：

refrigerators ,floor heating for heating purposes，air conditioning

冰箱，取暖设备，空调。

模式 L下的用电设备：

electric irons, PCs with modem, home cinema and audio systems, local lighting ,boiling kettles,

coffee machines ,vacuum cleaners,water heaters, washing machines, dishwashers

电熨斗，电脑设备，家庭影院，音响系统，局部照明，烧水壶，咖啡机，吸尘器，洗衣

机，洗碗机。

终端用户用电设备分类及具体设备确定


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仿真案例中的参数选择及设计

原始数据来源


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仿真案例中的参数选择及设计


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仿真案例中的参数选择及设计Table 2. Residential Consumption of Electricity by End Use, 2001

数据来源： http://www.eia.gov/

研究课题目前的工作进展


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标识号任务模式

12

3

4

5

6

7

8

9

1011

12

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14

15

16

17

18

19

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21

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23

24

25

26

100%100%

100%

75%

100%

50%

0%

50%

0%

100%100%

25%

0%

100%

100%

0%

0%

25%

0%

100%

100%

75%

30%

25%

0%

0%

6/ 13 7/ 11 8/ 8 9/ 5 10/ 3 10/ 31 11/ 28 12/ 26 1/ 23 2/ 20 3/ 20 4/ 17 5/ 15 6/ 12 7/ 10 8/ 7 9/ 4 10/ 2 10/ 30 11/ 27 12/ 25 1/ 22 2/ 19 3/ 18 4/ 15 5/ 13 6/ 10五月上旬七月上旬九月上旬十一月上旬一月上旬三月上旬五月上旬七月上旬九月上旬十一月上旬一月上旬三月上旬五月上旬

THANK YOUTHE END

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