東南大學(xué)：2024共享經(jīng)濟(jì)視角下分布式靈活資源協(xié)調(diào)調(diào)控理論與方法研究報告

東南大學(xué)電氯工程學(xué)院共享共享經(jīng)濟(jì)視角下分布式靈活資源協(xié)調(diào)調(diào)控理論與方法宋夢，副教授，博導(dǎo)東南大學(xué)，電氣工程學(xué)院 宋夢東南大學(xué)至善青年學(xué)者副教授/博士生導(dǎo)師>個人簡介：入選江蘇省科協(xié)青年科技人才托舉工程，中國電機(jī)工程學(xué)會第八屆青年人才托舉工程。目前主持國家自然科學(xué)基金面上/青年項(xiàng)目2項(xiàng)，重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金2項(xiàng)，出版英文專著1部，發(fā)表/錄用期刊論文40余篇，授權(quán)中國專利8項(xiàng)，獲得教育部優(yōu)秀成果科技進(jìn)步二等獎1項(xiàng)(排2),中國能源研究會技術(shù)創(chuàng)新二等獎1項(xiàng)(排1),擔(dān)任《電>研究方向：1、需求側(cè)資源建模調(diào)控與虛擬電廠：柔性負(fù)荷建模與控制，虛擬電廠聚合建模、優(yōu)化調(diào)控；分布式交易市場機(jī)制設(shè)計(jì)與優(yōu)化運(yùn)行，共享儲能商業(yè)運(yùn)營機(jī)制；3、配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行：配電網(wǎng)負(fù)荷恢復(fù)方法及韌性提升技術(shù)。東南大學(xué)電氯工程學(xué)院SCHOOLOFELECTRICALENGINEERING.SEU21背景及意義2廣義共享儲能聚合優(yōu)化調(diào)度策略(主流模式)3考慮用戶有限理性和電能溯源的產(chǎn)消者分布式低碳調(diào)度方法(探索模式)4基于產(chǎn)消者能量-備用聯(lián)合共享的虛擬電廠優(yōu)化運(yùn)行方法(未來模式)1背景及意義高比例可再生能源接入加劇電力系統(tǒng)供需不平衡要求更高的系統(tǒng)靈活性配網(wǎng)側(cè)大量可再生能源接入：·資源所有權(quán)歸屬用戶缺乏常態(tài)化參與系統(tǒng)運(yùn)行渠道主網(wǎng)平衡配網(wǎng)高比例可再生高比例可再生能源的接入深刻改變了電力系統(tǒng)的運(yùn)行模式與平衡機(jī)理，電力系統(tǒng)亟需從用戶側(cè)海量柔性資源中發(fā)掘新能源消納的新途徑4SCHOOLOFELECTRICALENGINEERING,SEU1背景及意義共享經(jīng)濟(jì)背景下，虛擬電廠分布式交易(TE)等新興技術(shù)出現(xiàn)◆共享經(jīng)濟(jì)理念：將個人閑置資源有償共享，以實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化優(yōu)勢：不損害靈活資源所有權(quán)的同時，實(shí)現(xiàn)了中小用戶閑置資源的集中調(diào)控與本地共享，“自上而下”垂直管理直接控制用戶資源·本地交易未考慮用戶有限理性偏好·無法同時兼顧社會效益與個人效益·分布式資源地理位置優(yōu)勢淹沒系統(tǒng)運(yùn)行批發(fā)市場系統(tǒng)運(yùn)行聚合主體聚合控制+本地共享·集中式管理涉及隱私安全問題分布式儲能蓄冷空調(diào)電動汽車分布式光伏分布式儲能蓄冷空調(diào)電動汽車仍需進(jìn)一步探索激勵靈活性資源主動性的合理方法，以促進(jìn)可再生能源消納東南大學(xué)電氯工程學(xué)院SCHOOLOFELECTRICALENGINEERING,SEU1背景及意義2廣義共享儲能聚合優(yōu)化調(diào)度策略(主流模式)3考慮用戶有限理性和電能溯源的產(chǎn)消者分布式低碳調(diào)度方法(探索模式)4基于產(chǎn)消者能量-備用聯(lián)合共享的虛擬電廠優(yōu)化運(yùn)行方法(未來模式)少心聚合參數(shù)計(jì)算方法的可調(diào)潛力和靈活性，簡單且易于理解，表示為：夕有效降低模型表述所需參數(shù)量和變量維度，并能夠在保護(hù)個體隱私前提下采取統(tǒng)一指令集中調(diào)控,少心聚合參數(shù)計(jì)算方法的可調(diào)潛力和靈活性，簡單且易于理解，表示為：夕有效降低模型表述所需參數(shù)量和變量維度，并能夠在保護(hù)個體隱私前提下采取統(tǒng)一指令集中調(diào)控,’廣義儲能資源廣義儲能資源實(shí)體儲能鄉(xiāng)實(shí)體儲能虛擬儲能*集中式儲能集中式儲能廣義儲能資源類型圖聚合模型約束能量時段耦合約束功率上下限約束能量上下限約束7SCHOOLOTELECTRICALENGINEERING,SEU∑arct+2a+ZaaE?S=i=1—2.2基于組合拍賣理論的廣義共享儲能優(yōu)化調(diào)度框架儲能買家用戶3用戶n用戶3用戶n上報投標(biāo)信息下發(fā)中標(biāo)和結(jié)算信息買賣雙方儲能中標(biāo)量和資金結(jié)算買賣雙方儲能中標(biāo)量和資金結(jié)算拍賣商>賣家儲能服務(wù)品種及價格上報投標(biāo)信息下發(fā)中標(biāo)和結(jié)算信息共享儲能運(yùn)營商馬分布式儲能馬分布式儲能宮集中式儲能基站備用儲能集中式儲能基站備用儲能空調(diào)資源定價組合拍賣流程競勝標(biāo)決定資金結(jié)算□共享儲能運(yùn)營商SESO:作為獨(dú)立的第三方公司，根據(jù)用戶儲能需求，以投資建設(shè)集中式儲能為主，租賃閑置的虛擬儲能和分布式儲能資源為輔?？诮M合拍賣流程：當(dāng)拍賣開始時，拍賣商收集并匯總儲能買家和賣家的報量、報價等投標(biāo)信息，然后根據(jù)拍賣參與者雙方的投標(biāo)信息進(jìn)行競勝標(biāo)決定過程；以最大化社會福利確定中標(biāo)者后，將資源分配結(jié)果和定價結(jié)果告知中標(biāo)者，并進(jìn)行資金結(jié)算，從而完成拍賣過程。8東南大學(xué)電氯工程學(xué)院8SCHOOLOFELECTRICALENGINEERING,SEU2.2廣義共享儲能交易品種建模共享儲能交易品種基于廣義儲能的儲能使用權(quán)組合模型儲能充放電功率的權(quán)力，包括充電功率權(quán)和口容量使用權(quán)：在連續(xù)特定的時間段內(nèi)可使用固定容量進(jìn)行儲能的權(quán)力，其充放電功率在廣義儲能電量時段耦合約束廣義儲能電量時段耦合約束E?ES(1)=a?ESEES(t-1)+[E(I)+E√放電功率權(quán)對應(yīng)的儲能電量：此時間段內(nèi)可靈活調(diào)整，靈活性較好?？趯τ趦δ苄枨蟛淮_定性較大的用戶而言，防止最終中標(biāo)的功率權(quán)與現(xiàn)實(shí)相悖，導(dǎo)致成本增加；口若用戶充放電操作的時間尺度小于儲能功率權(quán)出售的時間尺度，則用戶需同時購買充電和放電功率權(quán)，且二者需同時中標(biāo)?！倘萘繖?quán)對應(yīng)的儲能電量廣義儲能儲能電量上下限約束廣義儲能儲能電量上下限約束廣義儲能充放電功率約束廣義儲能充放電功率約束初始儲能量約束初始儲能量約束9(2)投標(biāo)價格約束(1)全社會福利(1)全社會福利：買賣雙方剩余之和或報價之差(2)懲罰項(xiàng)：確保買賣雙方出價一致時，交易順利達(dá)成(3)中標(biāo)量約束Vt∈T(4)功率權(quán)與容量權(quán)模型約束(5)中標(biāo)時段/品種組合關(guān)系約束資源定價與資金結(jié)算機(jī)制◆定價機(jī)制：高低匹配買賣雙方申報價格的平均值,SCHOOLOTELECTRICALENGINEERING,SEU交價格和中標(biāo)量向買賣雙方進(jìn)行資金結(jié)算。2.3算例分析共享儲能運(yùn)營商價格曲線參數(shù)靈敏度分析不同場景下SESO價格曲線成本系數(shù)設(shè)置不同場景下的中標(biāo)情況和社會福利/00場景充電權(quán)放電權(quán)容量權(quán)合計(jì)充電權(quán)放電權(quán)容量權(quán)/元 場景二場景三場景四場景五場景六場景七令荷電狀態(tài)為0.5,以6個時段中廣義儲能最大充放電功率限值、最大容量限值為例，繪(a)功率權(quán)價格(b)容量權(quán)價格東南大學(xué)電氯工程掌院格隨中標(biāo)量變化的幅度加大，中標(biāo)數(shù)量將大幅減少，若價格設(shè)置過高，不利于提高SESO儲能資源利用率，且可能導(dǎo)致最終儲能設(shè)備的荷電狀態(tài)過高或過低，不家投標(biāo)價格與中標(biāo)量、荷電狀態(tài)等均無關(guān)，僅憑買賣雙方的出價進(jìn)行競標(biāo)，無法通過價格信號來表征共享儲能資源的稀缺性狀況，也無法維持SESO內(nèi)儲能設(shè)1背景及意義2廣義共享儲能聚合優(yōu)化調(diào)度策略(主流模式)3考慮用戶有限理性和電能溯源的產(chǎn)消者分布式低碳調(diào)度方法(探索模式)4基于產(chǎn)消者能量-備用聯(lián)合共享的虛擬電廠優(yōu)化運(yùn)行方法(未來模式)3.1考慮碳積分與電能溯源的配電網(wǎng)低碳調(diào)度架構(gòu)>研究框架：社區(qū)經(jīng)理社區(qū)經(jīng)理全體凈需求全體凈需求>運(yùn)行規(guī)則：·基于有限理性行為的差異化定價異質(zhì)能量與碳積分協(xié)同調(diào)度·碳積分的獲取、消耗與流通規(guī)則異質(zhì)能量與碳積分協(xié)同調(diào)度能量流碳積分流·異質(zhì)電能的溯源定價方法能量流碳積分流·基于碳積分激勵的社區(qū)能量交易機(jī)制與產(chǎn)消者低碳能量管理模型·基于生產(chǎn)溯源途徑與有限理性行為的異質(zhì)電能差異化定價方法·基于ADMM的綠色社區(qū)能量-碳積分聯(lián)合分布式協(xié)同優(yōu)化方法SCHOOLOFELECTRICALENGINEERING,SEU3.2碳積分的概念，及其獲取、消耗與流通規(guī)則生產(chǎn)側(cè)的碳減排激勵機(jī)制碳市場綠證市場降低碳排放量補(bǔ)貼新能源用戶目標(biāo)相似但彼此獨(dú)立不考核/補(bǔ)貼終端用戶協(xié)同運(yùn)行有助于環(huán)境成本進(jìn)一步合理分?jǐn)倐鹘y(tǒng)電力交易產(chǎn)消者1同質(zhì)同價產(chǎn)消者1產(chǎn)消者2異質(zhì)電能：·來自上級電網(wǎng)·來自分布式光伏·來自排碳電源異質(zhì)電能有不同的碳標(biāo)簽與環(huán)境價值定義：一種對環(huán)境友好發(fā)用電方式進(jìn)行確認(rèn)的指標(biāo)，作為可交易產(chǎn)品且僅在社區(qū)內(nèi)部買賣和流通產(chǎn)生2wPV東南大學(xué)電氯工程學(xué)院SCHOOLOFELECTRICALENGINEERING,SEU僅為電能付費(fèi)轉(zhuǎn)移碳積分wPV產(chǎn)消者2流通規(guī)則(以綠電為例):·凈生產(chǎn)/購入：獲取碳積分·凈售出：消耗碳積分·能量交易伴隨碳積分的無償轉(zhuǎn)移共生產(chǎn)2kWh綠電，共獲取2kWh綠電對應(yīng)的碳積分獎勵，與其產(chǎn)生的環(huán)境效益相匹配 3.3能量-碳積分聯(lián)合出清模型及求解算法能量交易模型(電能溯源)綠色環(huán)保型(偏好更多使用綠電):本地消費(fèi)型(偏好更多使用本地電能):外價值享受型(偏好更舒適的用能體驗(yàn)):3.4算例分析所述機(jī)制對產(chǎn)消者的經(jīng)濟(jì)激勵產(chǎn)消者傳統(tǒng)模式場景1(元)無碳積分場景4(元)所提模式能量成本碳積分成本合計(jì)1-51.9-79.6·與傳統(tǒng)模式相比，幾乎所有產(chǎn)消者總體成本均得到減少·產(chǎn)消者1、2對本地綠電具有較高補(bǔ)償意愿，總體成本略有增加·產(chǎn)消者3僅擁有MT電源，傳統(tǒng)模式下邊際成本已經(jīng)運(yùn)行于RTP,成本增加全部來自于碳積分成本·社區(qū)內(nèi)部的環(huán)境效益由產(chǎn)生碳排放的產(chǎn)消者向綠色環(huán)保型產(chǎn)消者流動SCHOOLOFELECTRICALENGINEERING,SEU碳積分成本(元)3.4算例分析碳積分成本(元)碳積分的演化路徑+ADMM的擴(kuò)展性分析將逐漸增加·發(fā)展至成熟階段時，碳積分將跌至負(fù)值，表示REC與ETS價格變動下的社區(qū)碳積分成本本，物理層面促進(jìn)終端綠色電能消費(fèi)替代員數(shù)量下，ADMM收斂效率仍可滿足日前計(jì)劃需求迭代次數(shù)產(chǎn)消者數(shù)量迭代次數(shù)基于ADMM的殘差收斂過程不同產(chǎn)消者規(guī)模的迭代次數(shù)1背景及意義2廣義共享儲能聚合優(yōu)化調(diào)度策略(主流模式)3考慮用戶有限理性和電能溯源的產(chǎn)消者分布式低碳調(diào)度方法(探索模式)4基于產(chǎn)消者能量-備用聯(lián)合共享的虛擬電廠優(yōu)化運(yùn)行方法(未來模式)4.1研究框架能量-備用聯(lián)合共享的虛擬電廠優(yōu)化運(yùn)行架構(gòu)：批發(fā)市場(能量/備用)產(chǎn)消者i產(chǎn)消者n備用能量備用虛擬電廠多元資源聚合產(chǎn)消者2產(chǎn)消者1價格信號>研究框架：>運(yùn)行規(guī)則：·VPP設(shè)置與產(chǎn)消者的交易價格本章·考慮光伏不確定性的產(chǎn)消者備用需求量化模型東南大學(xué)電氯工程學(xué)院SCHOOLOFELECTRICALENGINEERING.SEUWe(a?;K,S)←aF-1(a?)F1(a?)We(a?;K,S)←aF-1(a?)F1(a?)負(fù)備用：棄光期望負(fù)備用：棄光期望·采用基于偏度S與峰度K的Cornish-Fisher偏分布通用高斯模型計(jì)算MPR/MNR與EENS/EEWSCHOOLOFELECTRICALENGINEERING,SEUP2P交易：結(jié)合期望最大化理論，每個產(chǎn)消者以能量-備用總成本最小為決策目標(biāo)約束條件：(1)能量平衡約束PSCHOOLOTELECTRICALENGINEERING,SEU4.2本地能量-備用聯(lián)合交易市場分布式出清方法基于自適應(yīng)ADMM的本地能量-備用市場出清方法：市場出清以最大化社會福利為目標(biāo)保護(hù)產(chǎn)消者隱私的前提下獲得本地市場出清結(jié)果Y+Y=0,Vt∈T,i/j∈Ωi≠jX,=Y,Vt∈T,i/j∈Ω,i≠j1)更新本地決策變2)更新輔助變量3)更新拉格朗日乘子原始?xì)埐顚ε細(xì)埐钤龃蟛介L促進(jìn)加快收斂速度；以減少目標(biāo)函數(shù)的震蕩SCHOOLOFELECTRICALENGINEERING,SEU負(fù)備用價格(元/kWh)價格(元kwh) 4.3算例分析價格(元kwh)產(chǎn)消者P2P的交易結(jié)果分析P2P交易價格處在VPP購售價格之間——本地市