基于多階段決策的需求側(cè)聚合響應(yīng)策略

張子昊，包濤，王鵬宇，陳文皓，楊蘋

（1. 南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司，廣州 510663；2. 廣東省綠色能源技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（華南理工大學(xué)），廣州 510640）

0 引言

為實(shí)現(xiàn)我國的“碳達(dá)峰”、“碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)，可再生能源并網(wǎng)的比例會(huì)越來越大，這對電網(wǎng)的調(diào)度工作提出了挑戰(zhàn)［1］。一方面，可再生能源發(fā)電波動(dòng)大，隨機(jī)性強(qiáng)，僅依靠調(diào)節(jié)發(fā)電側(cè)出力難以確保功率的實(shí)時(shí)平衡，且發(fā)電側(cè)調(diào)節(jié)成本較高；另一方面，可再生能源發(fā)電站在風(fēng)能、光能充足時(shí)段發(fā)出的電需要被實(shí)時(shí)消納，以有效降低碳排［2］。這些都促使電力行業(yè)的學(xué)者們將目光轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)速度快、調(diào)節(jié)成本相對低廉的需求側(cè)可調(diào)資源上，利用需求側(cè)可調(diào)資源參與電力系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)節(jié)成為以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的核心調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)［3］。

美國和歐洲對需求響應(yīng)策略的研究開展較早，一直走在世界的前列，我國較晚開始探索需求響應(yīng)，但隨著我國電力市場的改革為需求側(cè)響應(yīng)提供了良好的發(fā)展環(huán)境［4］，國內(nèi)也涌現(xiàn)出許多優(yōu)秀的成果。文獻(xiàn)［5］為需求側(cè)可調(diào)資源制定了響應(yīng)優(yōu)先級，在進(jìn)行需求響應(yīng)時(shí)按照優(yōu)先級調(diào)用資源；文獻(xiàn)［6］結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計(jì)了一種實(shí)時(shí)需求響應(yīng)的方案。以上研究將需求側(cè)可調(diào)資源視為確定性資源，但需求側(cè)響應(yīng)一般以價(jià)格信號或激勵(lì)引導(dǎo)用戶改變用電行為，不具備強(qiáng)制性［7］，因此需要考慮到用戶響應(yīng)行為的不確定性。文獻(xiàn)［8-9］通過挖掘用戶歷史用電行為對用戶響應(yīng)行為進(jìn)行預(yù)測，優(yōu)化響應(yīng)策略；文獻(xiàn)［10］利用蒙特卡羅模擬用戶用電行為，以此設(shè)計(jì)合適的價(jià)格信號促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電的消納。以上文獻(xiàn)都考慮了用戶響應(yīng)執(zhí)行的不確定性，但并沒有綜合考慮需求側(cè)可調(diào)資源具有響應(yīng)速度各異的特性［11］，實(shí)時(shí)的價(jià)格信號或是響應(yīng)請求無法綜合利用到響應(yīng)速度較慢的需求側(cè)可調(diào)資源。將決策的時(shí)間尺度拉長可以利用更多響應(yīng)速度較慢的可調(diào)資源，但同時(shí)也會(huì)面臨來自響應(yīng)執(zhí)行、負(fù)荷預(yù)測、需求出清等多方面更多的不確定性［12］。

針對以上問題，本文擬引入多階段決策的方法，綜合利用多類型多時(shí)間尺度的可調(diào)資源，消納來自負(fù)荷預(yù)測、響應(yīng)執(zhí)行、多時(shí)間尺度的需求響應(yīng)市場出清三方面的不確定性，建立多階段聚合需求響應(yīng)模型，并以負(fù)荷聚合商為決策主體設(shè)計(jì)考慮響應(yīng)執(zhí)行偏差風(fēng)險(xiǎn)和聚合響應(yīng)收益的多階段目標(biāo)函數(shù)，形成基于多階段決策的聚合需求響應(yīng)策略，為大規(guī)模聚合利用需求側(cè)可調(diào)資源，支撐新型電力系統(tǒng)的調(diào)控奠定基礎(chǔ)。

1 多階段需求側(cè)可調(diào)資源聚合響應(yīng)模型

本節(jié)擬建立多階段需求側(cè)可調(diào)資源聚合響應(yīng)模型，設(shè)計(jì)多階段需求響應(yīng)決策框架，并結(jié)合多類型需求側(cè)可調(diào)資源的響應(yīng)特性給出聚合需求響應(yīng)模型。

1.1 多階段需求響應(yīng)框架

本文提出的多階段聚合需求響應(yīng)策略包括3 個(gè)不同時(shí)間尺度的響應(yīng)階段：日前響應(yīng)、日內(nèi)響應(yīng)和實(shí)時(shí)響應(yīng)［13］。為作簡化處理，本文不考慮響應(yīng)速度在一日以上的資源，且將響應(yīng)速度各異的可調(diào)資源相應(yīng)地分類為日前資源、日內(nèi)資源和實(shí)時(shí)資源，其響應(yīng)速度分別為提前一日及以上通知可響應(yīng)、提前4 h 及以上通知可響應(yīng)，提前5 min 及以上通知可響應(yīng)［14］。

日前響應(yīng)每隔24 h決策一次，以15 min作為一個(gè)調(diào)控基本時(shí)段，根據(jù)日前負(fù)荷預(yù)測信息，響應(yīng)日前及中長期中標(biāo)需求，決策各可調(diào)資源在下一日96個(gè)基本時(shí)段內(nèi)的響應(yīng)狀態(tài)。由于不考慮響應(yīng)速度在一日以上的可調(diào)資源，日前響應(yīng)可以對全部的可調(diào)資源進(jìn)行響應(yīng)狀態(tài)決策，有效綜合利用了各時(shí)間尺度的可調(diào)資源。

日內(nèi)響應(yīng)每隔15 min 決策一次，同樣以15 min為一個(gè)基本時(shí)段，根據(jù)日內(nèi)更新的超短期負(fù)荷預(yù)測，響應(yīng)截至決策時(shí)刻前出清的各時(shí)間尺度中標(biāo)需求，決策可調(diào)資源在決策時(shí)刻后4 h 至本日結(jié)束內(nèi)的響應(yīng)狀態(tài)。日內(nèi)響應(yīng)可決策的可調(diào)資源為決策時(shí)段內(nèi)的日內(nèi)資源。

實(shí)時(shí)響應(yīng)每隔5 min 決策一次，以下一個(gè)5 min作為決策時(shí)段，根據(jù)實(shí)時(shí)測量的負(fù)荷功率，響應(yīng)截至決策時(shí)刻前的各時(shí)間尺度的中標(biāo)需求。實(shí)時(shí)響應(yīng)可決策的可調(diào)資源只包括實(shí)時(shí)資源，在3 個(gè)響應(yīng)階段中可決策的資源數(shù)量最小，容量最小，但可以有效平抑負(fù)荷預(yù)測誤差帶來的響應(yīng)誤差，也能對可調(diào)資源響應(yīng)執(zhí)行偏差或是其他突發(fā)情況作出應(yīng)對。

多階段需求側(cè)響應(yīng)的時(shí)間尺度示意圖見圖1。

圖1 多階段需求側(cè)響應(yīng)決策時(shí)間尺度示意圖Fig. 1 Sketch diagram illustrating the time scale of multi-stage demand response decision

3 個(gè)階段的響應(yīng)按照先日前，再日內(nèi)滾動(dòng)，再實(shí)時(shí)的優(yōu)先級，按照時(shí)間順序進(jìn)行，后序的響應(yīng)以之前響應(yīng)決策的可調(diào)資源響應(yīng)計(jì)劃為基礎(chǔ)進(jìn)行部分資源響應(yīng)狀態(tài)的修正。各次響應(yīng)可決策的可調(diào)資源數(shù)量及容量依次減少，但同時(shí)面臨的不確定性也逐漸降低，因此綜合了長時(shí)間尺度單階段決策可調(diào)用資源數(shù)量多的優(yōu)點(diǎn)和短時(shí)間尺度單階段決策面臨不確定性小的優(yōu)點(diǎn)［15］。

1.2 需求側(cè)可調(diào)資源聚合響應(yīng)模型

常見的需求側(cè)可調(diào)資源包括儲(chǔ)能資源、可中斷負(fù)荷、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷和可削減（增量）負(fù)荷等［16］，考慮各類型可調(diào)資源的調(diào)節(jié)特性，建立基本時(shí)段i內(nèi)的聚合需求響應(yīng)模型如下。

式中：PNR，j為在時(shí)段j內(nèi)對可調(diào)資源請求的總響應(yīng)容量；q為可調(diào)資源的數(shù)量；xj，i為可調(diào)資源i的在時(shí)段j的響應(yīng)狀態(tài)決策變量，以下簡稱狀態(tài)變量；pN，i為可調(diào)資源i的響應(yīng)容量。

1） 對于可中斷負(fù)荷，pN，i等于其額定工作功率，xj，i取值為0 表示其不進(jìn)行響應(yīng)，取值為-1 表示其進(jìn)行響應(yīng)，即在該時(shí)段中斷工作。

2） 對于儲(chǔ)能資源，pN，i等于其額定充放電功率，xj，i為1 表示儲(chǔ)能資源充電，為0 表示儲(chǔ)能不充電也不放電，為-1表示儲(chǔ)能資源放電。

3） 對于可轉(zhuǎn)移負(fù)荷，pN，i等于其額定工作功率，xj，i為1表示可轉(zhuǎn)移負(fù)荷轉(zhuǎn)移至該時(shí)間段進(jìn)行工作，為-1表示可轉(zhuǎn)移負(fù)荷原計(jì)劃在該時(shí)段的用電被轉(zhuǎn)移出去，為0表示不進(jìn)行響應(yīng)。

4） 對于可削減（增量）負(fù)荷，pN，i等于其可削減（增量）的功率，xj，i為1表示其在該時(shí)間段增大用電功率，為-1 表示其在該時(shí)段內(nèi)減小用電功率，為0表示不進(jìn)行響應(yīng)。

2 基于多階段決策的需求側(cè)可調(diào)資源聚合響應(yīng)策略

基于聚合需求響應(yīng)模型，可以確定一總響應(yīng)容量請求下的多種響應(yīng)策略，本文擬站在負(fù)荷聚合商的角度考慮，建立考慮負(fù)荷聚合商響應(yīng)收益與響應(yīng)偏差考核風(fēng)險(xiǎn)的目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合各類型可調(diào)資源響應(yīng)約束條件，基于分支定界法設(shè)計(jì)求解策略，形成多階段決策的需求側(cè)可調(diào)資源聚合響應(yīng)策略。

2.1 多階段決策的聚合需求響應(yīng)目標(biāo)函數(shù)

2.1.1 日前響應(yīng)目標(biāo)函數(shù)

日前響應(yīng)的規(guī)劃時(shí)段較長，可以綜合利用各類型各時(shí)間尺度的可調(diào)資源，應(yīng)在本決策階段追求負(fù)荷聚合商的調(diào)節(jié)收益最大［17］。

負(fù)荷聚合商與用戶簽訂的聚合需求響應(yīng)收益分成方式各異，本文假設(shè)負(fù)荷聚合商與用戶間以固定比例進(jìn)行分成［18］；另外，負(fù)荷聚合商一般不具備對用戶持有的可調(diào)資源的強(qiáng)制控制力，因此最終的執(zhí)行情況較決策計(jì)劃的執(zhí)行情況間一般具有一定量的偏差，可能導(dǎo)致負(fù)荷聚合商響應(yīng)容量偏離允許范圍，進(jìn)而造成響應(yīng)考核費(fèi)用，因此應(yīng)對響應(yīng)偏差帶來的考核風(fēng)險(xiǎn)給予考慮［19］。綜上，本文設(shè)計(jì)的日前響應(yīng)目標(biāo)函數(shù)由兩部分構(gòu)成：聚合響應(yīng)分成收益和響應(yīng)偏差考核的條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值，如式（2）—（3）所示。

式中：YDay-ahead為日前響應(yīng)目標(biāo)模型；kD為負(fù)荷聚合商與可調(diào)資源持有用戶商定的聚合響應(yīng)收益分成比例；m為有中標(biāo)需求的基本時(shí)段數(shù)；QR，j為中標(biāo)基本時(shí)段j的聚合響應(yīng)容量；Dj為中標(biāo)需求容量；PB，j為用戶基線功率；RD，j為中標(biāo)基本時(shí)段j的中標(biāo)需求補(bǔ)償價(jià)格；T為基本時(shí)段時(shí)長；(QR，j)為在置信度β下聚合響應(yīng)容量QR，j執(zhí)行偏差帶來的響應(yīng)考核成本的條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值；PE，j為響應(yīng)后聚合用戶總負(fù)荷；PUN，j為不可控負(fù)荷在時(shí)段j的日前預(yù)測功率；PNR，j為全可調(diào)資源在時(shí)段j內(nèi)計(jì)劃響應(yīng)容量。

聚合響應(yīng)容量由Dj、PB，j、不可控負(fù)荷功率PNR，j、可調(diào)資源原總用電功率PN，j、可調(diào)資源總響應(yīng)容量計(jì)算得到。

要獲得(QR，j)，可先進(jìn)行電力用戶歷史響應(yīng)數(shù)據(jù)挖掘，得到實(shí)際聚合響應(yīng)容量與計(jì)劃聚合響應(yīng)容量之比δ概率密度分布函數(shù)［20］，接著根據(jù)響應(yīng)偏差量ε=QR，j·(δ- 1)與響應(yīng)考核成本的關(guān)系得到響應(yīng)考核成本yl的概率密度分布函數(shù)f(yl)。

式中：k1、k2分別為響應(yīng)偏差允許下限、上限比例；r1、r2分別為響應(yīng)欠量和響應(yīng)過量的單位懲罰價(jià)格；T為基本時(shí)段時(shí)長；根據(jù)f(yl)可進(jìn)一步得到y(tǒng)l的累計(jì)分布函數(shù)F(yl)，則可計(jì)算Vcβ(QR，j)的值。

式中Vβ(QR，j)為在置信度β下，聚合響應(yīng)容量QR，j執(zhí)行偏差的風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值。

2.1.2 日內(nèi)響應(yīng)目標(biāo)函數(shù)

日內(nèi)響應(yīng)的決策時(shí)段同樣較長，本文同樣將日內(nèi)響應(yīng)的目標(biāo)設(shè)計(jì)為考慮聚合響應(yīng)執(zhí)行偏差風(fēng)險(xiǎn)的負(fù)荷聚合商收益最大。

式中YIntraday為日內(nèi)響應(yīng)目標(biāo)模型。

其中各量的計(jì)算方法與日前響應(yīng)目標(biāo)函數(shù)中的類似，不同之處在于日前資源的決策變量不能在本階段被修正，中標(biāo)需求可能增多，不可控負(fù)荷功率的值由更精確的日內(nèi)超短期預(yù)測值替代。

2.1.3 實(shí)時(shí)響應(yīng)目標(biāo)函數(shù)

實(shí)時(shí)響應(yīng)的決策時(shí)段短，難以通過實(shí)時(shí)響應(yīng)決策優(yōu)化整日的響應(yīng)收益，但實(shí)時(shí)響應(yīng)面臨的不確定性最小，本階段決策應(yīng)以減少響應(yīng)偏差為目標(biāo)［21］，以減少聚合響應(yīng)容量超過允許范圍的風(fēng)險(xiǎn)，如式（7）所示。

式中：Yreal-time為實(shí)時(shí)響應(yīng)目標(biāo)模型；kS為負(fù)荷聚合商決定的保險(xiǎn)系數(shù)，意義為負(fù)荷聚合商認(rèn)為計(jì)劃的響應(yīng)容量應(yīng)為中標(biāo)需求的kS倍時(shí)最能兼顧風(fēng)險(xiǎn)與收益［22］。

2.2 需求側(cè)可調(diào)資源響應(yīng)約束條件

開展需求側(cè)聚合響應(yīng)調(diào)控時(shí)，需遵循多類型多時(shí)間尺度的可調(diào)節(jié)資源調(diào)節(jié)約束。

2.2.1 調(diào)節(jié)時(shí)間尺度約束

定義決策階段時(shí)間尺度標(biāo)志變量ζ1∈[1，2，3]，分別表示當(dāng)前決策為日前響應(yīng)、日內(nèi)響應(yīng)、實(shí)時(shí)響應(yīng)；定義可調(diào)資源調(diào)節(jié)時(shí)間尺度標(biāo)志變量ζ2，j∈[1，2，3]，分別表示第j個(gè)可調(diào)節(jié)負(fù)荷為日前資源、日內(nèi)資源、實(shí)時(shí)資源。記第z次調(diào)控 決 策 前 的 負(fù) 荷 調(diào) 控 計(jì) 劃 為包含q個(gè)可調(diào)節(jié)資源的整日的調(diào)控計(jì)劃，其中單個(gè)可調(diào)節(jié)資源一日的調(diào)控計(jì)劃包含該可調(diào)節(jié)資源在m個(gè)時(shí)段下的調(diào)控狀態(tài)，則調(diào)節(jié)時(shí)間尺度約束可表示為：

當(dāng)可調(diào)資源調(diào)節(jié)時(shí)間尺度大于決策時(shí)間尺度時(shí)，ζ2，i-為一負(fù)數(shù)，該可調(diào)資源的工作計(jì)劃因此不能在當(dāng)前決策中被改變。

2.2.2 多類型可調(diào)資源調(diào)節(jié)特性約束

各可調(diào)資源具有不同的調(diào)節(jié)特性約束。對于儲(chǔ)能資源：其荷電狀態(tài)只能在0～100%間；對于可中斷負(fù)荷和可削減（增量）負(fù)荷：只有在其原定工作時(shí)段才能進(jìn)行響應(yīng)調(diào)節(jié)，即其響應(yīng)狀態(tài)變量可以不為0，且其一日內(nèi)的總響應(yīng)時(shí)長一般具有上限約束；對于可轉(zhuǎn)移負(fù)荷：其一日的總工作時(shí)長不應(yīng)被改變，且原定工作時(shí)段不可作為增量調(diào)節(jié)時(shí)段，原定不工作時(shí)段不可作為減量調(diào)節(jié)時(shí)段［23］。綜上，建立以下多類型可調(diào)資源調(diào)節(jié)特性約束。

式中：為儲(chǔ)能資源i在任意時(shí)刻的荷電狀態(tài)；為儲(chǔ)能資源i在規(guī)劃時(shí)段j結(jié)束后的荷電狀態(tài)；為儲(chǔ)能資源i的額定容量；為儲(chǔ)能資源i在時(shí)段j的狀態(tài)變量；為可中斷負(fù)荷或可削減（增量）負(fù)荷i在時(shí)段j的狀態(tài)變量；為可中斷或可削減（增量）負(fù)荷的原工作狀態(tài)變量，且為0-1 變量，為1表示原定在該時(shí)段工作；為可轉(zhuǎn)移負(fù)荷i在時(shí)段j的狀態(tài)變量；為可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的原工作狀態(tài)變量，且為0-1 變量，為1 表示原定在該時(shí)段工作；為可中斷或可削減（增量）負(fù)荷的一日內(nèi)最大響應(yīng)時(shí)段數(shù)上限。

2.3 可調(diào)資源優(yōu)化調(diào)控策略求解方法

由上文給出的需求響應(yīng)模型、目標(biāo)函數(shù)、約束條件所構(gòu)成的優(yōu)化問題為一分段的線性優(yōu)化問題，應(yīng)首先對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行線性化［24］。

對于一個(gè)n段線性函數(shù)f(x) 的分點(diǎn)為[b1，b2，…，bn+1]，引入n+ 1個(gè)連續(xù)變量，可將x和f(x)表示為：

式中：wi為引入的第i個(gè)連續(xù)變量；bi為分段函數(shù)的第i個(gè)分點(diǎn)；f(bi)為函數(shù)分點(diǎn)bi對應(yīng)的函數(shù)值。

同時(shí)引入n個(gè)0-1 變量zi，連續(xù)變量wi和zi需滿足以下約束。

線性化后的聚合調(diào)控優(yōu)化問題為一混合整數(shù)線性優(yōu)化問題，可采用分支定界法進(jìn)行尋優(yōu)［25］。

3 算例分析

為驗(yàn)證本文所提策略的有效性和實(shí)用性，本文構(gòu)建了包含15 個(gè)可調(diào)資源聚合體的需求響應(yīng)場景，可調(diào)資源信息選取自山西某電力調(diào)峰負(fù)荷聚合商所聚合的電力用戶，對其分別采用多階段響應(yīng)決策和單階段響應(yīng)決策，并對兩種決策方法下的響應(yīng)效果進(jìn)行分析比對。

3.1 算例設(shè)計(jì)

3.1.1 需求設(shè)計(jì)

設(shè)置該負(fù)荷聚合商于該次聚合需求響應(yīng)中的中標(biāo)需求信息見表1所示。

該需求響應(yīng)市場規(guī)定的響應(yīng)越限考核單價(jià)等于補(bǔ)償單價(jià)。

3.1.2 需求側(cè)可調(diào)資源設(shè)計(jì)

該負(fù)荷聚合商于當(dāng)日聚合的用戶的不可控負(fù)荷日前預(yù)測功率、實(shí)際運(yùn)行功率及可調(diào)節(jié)負(fù)荷原定使用計(jì)劃見圖2-3，可調(diào)資源詳情見表2。為作簡化起見，利用聚合用戶日前不可控負(fù)荷預(yù)測及可調(diào)節(jié)負(fù)荷原總用電功率相加作為聚合用戶基線負(fù)荷；利用聚合用戶不可控負(fù)荷實(shí)際用電功率每15 min的平均值作為各日內(nèi)負(fù)荷預(yù)測值。

表2 可調(diào)資源聚合體信息Tab. 2 Information of ajustable resource

圖2 聚合用戶負(fù)荷曲線Fig. 2 Load curves of aggregated users

圖3 可調(diào)負(fù)荷原定工作時(shí)間Fig. 3 Adjustable load original working time

3.2 單階段可調(diào)資源聚合需求側(cè)響應(yīng)效果分析

3.2.1 長時(shí)間尺度（日前）決策的聚合需求響應(yīng)

本節(jié)采用單階段日前決策進(jìn)行聚合需求響應(yīng)，使用的模型、目標(biāo)函數(shù)、約束條件均與本文多階段決策中的日前響應(yīng)相同，決策后的可調(diào)資源計(jì)劃使用情況和計(jì)劃的負(fù)荷曲線見圖4—5。

圖5 日前決策詳情Fig. 5 Details of day-ahead decision

但是，日前單階段決策是基于日前及中長期需求、日前不可控負(fù)荷預(yù)測進(jìn)行的，不能有效響應(yīng)日內(nèi)及實(shí)時(shí)的需求，不能針對負(fù)荷預(yù)測的誤差做出修正，基于日前單階段決策的策略進(jìn)行響應(yīng)后的實(shí)際負(fù)荷曲線如圖6 所示，該日負(fù)荷商實(shí)際總收益為148 822.5元。

圖6 日前決策實(shí)際響應(yīng)曲線Fig. 6 Actual response curves of day-ahead decision

由圖6 可以看出，日前決策響應(yīng)后的負(fù)荷曲線在日前中標(biāo)時(shí)段都能滿足基本的響應(yīng)精度要求，但對日內(nèi)需求、實(shí)時(shí)需求則無法作有效響應(yīng)，影響負(fù)荷聚合商收益，也影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3.2.2 短時(shí)間尺度（實(shí)時(shí)）決策的聚合需求側(cè)響應(yīng)

本節(jié)采用實(shí)時(shí)單階段決策的方法對算例需求進(jìn)行響應(yīng)，使用的響應(yīng)模型、目標(biāo)函數(shù)、約束條件均與本文所提多階段決策中的實(shí)時(shí)響應(yīng)相同。整日經(jīng)實(shí)時(shí)單階段決策后的實(shí)時(shí)決策負(fù)荷曲線和實(shí)時(shí)決策詳情見圖7—8，該日負(fù)荷聚合商實(shí)際總收益-89 215元。

圖7 實(shí)時(shí)決策負(fù)荷曲線Fig. 7 Real-time decision load curves

圖8 實(shí)時(shí)決策詳情Fig. 8 Details of real-time decision

從圖7—8 可以看出實(shí)時(shí)單階段決策并沒有利用到日內(nèi)資源及日前資源進(jìn)行響應(yīng)，只能調(diào)用實(shí)時(shí)資源進(jìn)行響應(yīng)，響應(yīng)容量不足以滿足需求。

3.3 多階段可調(diào)資源聚合需求側(cè)響應(yīng)效果分析

3.3.1 日前響應(yīng)策略

本階段的決策情況與日前單階段響應(yīng)決策相同，可調(diào)資源狀態(tài)變量的日前決策詳情見圖5。

3.3.2 日內(nèi)響應(yīng)策略

該算例在06：30 時(shí)出清了需要在11：00—11：30進(jìn)行響應(yīng)的需求，因此在06：45 進(jìn)行的日內(nèi)決策較原響應(yīng)決策有較大修正。對比日前單階段決策，為滿足11：00—11：30 的填谷需求，日內(nèi)資源，實(shí)時(shí)響應(yīng)資源11、12、13 被調(diào)用進(jìn)行充電。圖9—10 為06：45 進(jìn)行日內(nèi)響應(yīng)決策后的計(jì)劃負(fù)荷曲線和可調(diào)資源響應(yīng)狀態(tài)決策情況。

圖9 多階段決策日內(nèi)（06：45）決策計(jì)劃負(fù)荷曲線Fig. 9 Intraday decision planning load curves at 06:45 for multistage decision making

3.3.3 實(shí)時(shí)響應(yīng)策略

各次實(shí)時(shí)決策對原響應(yīng)策略做的變動(dòng)較小，不便于直觀比較，此處直接給出經(jīng)全天多階段決策的聚合需求響應(yīng)后的實(shí)際響應(yīng)負(fù)荷和可調(diào)資源狀態(tài)變量，如圖11—12所示。

圖12 多階段決策詳情Fig. 12 Details decision of multi-stage decision

從多階段需求側(cè)響應(yīng)決策狀態(tài)變量圖13 可知，多階段決策的實(shí)時(shí)決策階段利用了實(shí)時(shí)儲(chǔ)能資源以及實(shí)時(shí)可中斷負(fù)荷資源2、3 精準(zhǔn)響應(yīng)了短時(shí)間尺度出清的實(shí)時(shí)需求。通過延長實(shí)時(shí)響應(yīng)儲(chǔ)能資源13、14、15 的充電時(shí)長滿足了實(shí)時(shí)出清的填谷需求；通過調(diào)用實(shí)時(shí)可中斷資源3 的中斷滿足實(shí)時(shí)出清的削峰需求，該日負(fù)荷聚合商實(shí)際總收益199 125元。

對比采用單階段決策和多階段決策的聚合需求側(cè)響應(yīng)效果（圖6—7 和圖11），可以清晰直觀地看出多階段需求側(cè)的響應(yīng)精度更高，能有效響應(yīng)多時(shí)間尺度的需求，平抑負(fù)荷預(yù)測誤差和響應(yīng)執(zhí)行帶來的影響。

4 結(jié)語

針對需求響應(yīng)交易市場、可調(diào)資源等的多時(shí)間尺度特性，本文提出了一種基于多階段決策的需求側(cè)可調(diào)資源聚合響應(yīng)策略，具體構(gòu)建了多階段需求側(cè)可調(diào)資源聚合響應(yīng)框架，建立了考慮多類型需求側(cè)可調(diào)資源的聚合需求響應(yīng)模型，以負(fù)荷聚合商為決策主體設(shè)計(jì)了考慮聚合響應(yīng)收益和響應(yīng)考核風(fēng)險(xiǎn)的多階段聚合需求響應(yīng)目標(biāo)函數(shù)，并給出多階段聚合響應(yīng)實(shí)施流程。最后通過算例分析對比單階段聚合需求側(cè)響應(yīng)決策和多階段聚合需求側(cè)響應(yīng)決策的響應(yīng)效果，驗(yàn)證了多階段決策可以有效響應(yīng)多時(shí)間尺度出清的需求，消納來自負(fù)荷預(yù)測誤差、響應(yīng)執(zhí)行帶來的響應(yīng)偏差，提高了聚合需求側(cè)響應(yīng)的精度。

隨著電力市場改革的深入，聚合需求響應(yīng)將在我國電力調(diào)度工作中發(fā)揮越來越重要的作用。本文對于多類型可調(diào)資源聚合響應(yīng)的建?？紤]較為簡單，在本文研究的基礎(chǔ)上，更精細(xì)地優(yōu)化聚合響應(yīng)模型，更全面地考慮各可調(diào)資源響應(yīng)特性，將有助于聚合需求響應(yīng)的質(zhì)量，為新型電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行提供好的服務(wù)。