國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司無(wú)錫供電分公司 胡曉青 魯玉普 惠 煒 許吉強(qiáng) 許 歡

1 引言

電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度是電力市場(chǎng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其目標(biāo)是在滿(mǎn)足電力需求的前提下，以最小的成本來(lái)調(diào)度發(fā)電設(shè)備和電力負(fù)荷。電力市場(chǎng)的運(yùn)行模式和調(diào)度機(jī)制對(duì)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度產(chǎn)生了重要影響，隨著分布式能源的快速發(fā)展，尤其是光伏發(fā)電的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)的不確定性和波動(dòng)性不斷增加，給電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)。同時(shí)，需求響應(yīng)作為一種新型調(diào)度方式，可以通過(guò)調(diào)整用戶(hù)的用電行為來(lái)提高電力系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性。

本文從電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的基礎(chǔ)知識(shí)、光伏不確定性對(duì)調(diào)度的影響、需求響應(yīng)的應(yīng)用以及結(jié)合需求響應(yīng)與光伏發(fā)電預(yù)測(cè)的調(diào)度模型等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究。研究結(jié)果表明，結(jié)合需求響應(yīng)和光伏發(fā)電預(yù)測(cè)的調(diào)度模型可以提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益和穩(wěn)定性，為電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度提供了一種新的思路和方法。同時(shí)，本文也為電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的研究提供了一定的參考和借鑒價(jià)值。

2 電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度基礎(chǔ)知識(shí)

2.1 電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的基本概念和目標(biāo)

電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度是電力系統(tǒng)運(yùn)行中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其基本目標(biāo)是在保證電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行的前提下，盡可能地降低電力系統(tǒng)的總成本。電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的核心內(nèi)容是發(fā)電設(shè)備和電力負(fù)荷的合理安排和調(diào)度，通過(guò)對(duì)發(fā)電設(shè)備的合理調(diào)度，可以保證電力系統(tǒng)的供電能力，同時(shí)最小化發(fā)電成本；而通過(guò)對(duì)電力負(fù)荷的合理調(diào)度，可以平衡電力供需，同時(shí)最小化用戶(hù)的用電成本。

2.2 電力市場(chǎng)的基本運(yùn)行機(jī)制

電力市場(chǎng)的基本運(yùn)行機(jī)制包括市場(chǎng)化交易、調(diào)度和監(jiān)管等環(huán)節(jié)。電力市場(chǎng)交易是電力市場(chǎng)的核心環(huán)節(jié)，是通過(guò)市場(chǎng)化的方式進(jìn)行電力交易的過(guò)程。目前主要有競(jìng)價(jià)上網(wǎng)和雙邊協(xié)商兩種交易方式。競(jìng)價(jià)上網(wǎng)是指電力市場(chǎng)參與者根據(jù)自己的發(fā)電成本或用電成本，以電力市場(chǎng)規(guī)定的交易方式和價(jià)格進(jìn)行競(jìng)價(jià)，最終確定交易結(jié)果的過(guò)程。而雙邊協(xié)商則是指電力市場(chǎng)參與者在市場(chǎng)機(jī)構(gòu)的撮合下，通過(guò)自愿協(xié)商確定電力交易的過(guò)程。

2.3 電力市場(chǎng)交易的基本類(lèi)型和方式。

電力市場(chǎng)交易的基本類(lèi)型和方式見(jiàn)表1。

3 光伏不確定性對(duì)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的影響

3.1 光伏發(fā)電的不確定性產(chǎn)生的原因

3.1.1 光照強(qiáng)度

光照強(qiáng)度是影響光伏發(fā)電輸出功率的最主要因素之一。而光照強(qiáng)度會(huì)受到天氣、時(shí)間、季節(jié)以及地理位置等多種因素的影響，因此光伏發(fā)電的輸出功率也會(huì)隨之變化，從而產(chǎn)生不確定性。

3.1.2 溫度

光伏電池的輸出功率隨溫度的升高而下降。由于光伏電池的工作環(huán)境多在室外，其溫度受氣溫、太陽(yáng)輻射等因素的影響較大，因此光伏發(fā)電的輸出功率也會(huì)受到溫度變化的影響。

3.1.3 風(fēng)速

在某些光伏發(fā)電系統(tǒng)中，風(fēng)速也是影響光伏發(fā)電輸出功率的因素之一。當(dāng)風(fēng)速過(guò)大時(shí)，光伏組件的溫度會(huì)下降，從而提高了輸出功率。而當(dāng)風(fēng)速過(guò)小或?yàn)榱銜r(shí)，光伏發(fā)電的輸出功率則會(huì)降低。

3.2 光伏不確定性對(duì)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的影響

3.2.1 發(fā)電計(jì)劃調(diào)整

由于光伏發(fā)電的不確定性，其實(shí)際發(fā)電量與預(yù)測(cè)發(fā)電量總是存在一定的偏差[1]，這將對(duì)電力系統(tǒng)的發(fā)電計(jì)劃產(chǎn)生影響。當(dāng)光伏發(fā)電量偏高時(shí)，發(fā)電系統(tǒng)需要調(diào)整其他電源的發(fā)電計(jì)劃來(lái)降低光伏發(fā)電量的影響；而當(dāng)光伏發(fā)電量偏低時(shí)，電網(wǎng)需要調(diào)整其他電源的發(fā)電計(jì)劃來(lái)彌補(bǔ)光伏發(fā)電量的缺口。這些調(diào)整將對(duì)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響，因?yàn)樵谡{(diào)整過(guò)程中需要考慮各種電源的發(fā)電成本、傳輸成本等因素。

3.2.2 電力市場(chǎng)交易

光伏發(fā)電的不確定性將對(duì)電力市場(chǎng)交易產(chǎn)生影響。當(dāng)光伏發(fā)電量偏高時(shí)，電力市場(chǎng)供過(guò)于求，可能會(huì)導(dǎo)致電力價(jià)格下降；而當(dāng)光伏發(fā)電量偏低時(shí)，電力市場(chǎng)需求過(guò)剩，可能會(huì)導(dǎo)致電力價(jià)格上漲。這將對(duì)電力市場(chǎng)參與者的收益產(chǎn)生影響，因?yàn)殡娏r(jià)格的波動(dòng)將影響電力市場(chǎng)參與者的收益。

3.2.3 能源調(diào)度策略

光伏不確定性對(duì)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的另一個(gè)挑戰(zhàn)是如何設(shè)計(jì)適應(yīng)性強(qiáng)、魯棒性好的能源調(diào)度策略。在光伏不確定性情況下，如何有效地利用各種電源，以滿(mǎn)足電網(wǎng)的負(fù)荷需求，同時(shí)盡量減少電網(wǎng)運(yùn)行成本，是電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。

4.需求響應(yīng)在電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度中的應(yīng)用

4.1 需求響應(yīng)的基本概念和技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式

需求響應(yīng)是指通過(guò)調(diào)整用戶(hù)的用電行為，以適應(yīng)電力系統(tǒng)的供需平衡和能源效率的要求，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力負(fù)荷的調(diào)節(jié)和控制。

需求響應(yīng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式包括兩種主要類(lèi)型：一種是基于信息技術(shù)的直接控制，例如通過(guò)智能電表、智能家居設(shè)備等實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備的遠(yuǎn)程控制；另一種是基于經(jīng)濟(jì)手段的激勵(lì)措施，例如通過(guò)電價(jià)峰谷差異化的設(shè)定、電力市場(chǎng)獎(jiǎng)懲機(jī)制等激勵(lì)用戶(hù)在高負(fù)荷時(shí)段減少用電，以及在低負(fù)荷時(shí)段增加用電。

4.2 需求響應(yīng)對(duì)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的影響和作用

需求響應(yīng)在電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度中具有重要的作用和影響。一方面，通過(guò)鼓勵(lì)用戶(hù)參與到電力調(diào)度中來(lái)，需求響應(yīng)可以在一定程度上減輕電力系統(tǒng)的壓力，優(yōu)化電力供需結(jié)構(gòu)，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。另一方面，需求響應(yīng)可以提高電力系統(tǒng)的靈活性和響應(yīng)速度，有助于應(yīng)對(duì)突發(fā)事件和電力系統(tǒng)的不確定性因素，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.3 需求響應(yīng)與電力市場(chǎng)交易的關(guān)系和調(diào)度機(jī)制

在電力市場(chǎng)中，需求響應(yīng)可以通過(guò)參與市場(chǎng)交易來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一些電力市場(chǎng)中，參與市場(chǎng)交易的消費(fèi)者可以獲得相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)或優(yōu)惠，以鼓勵(lì)居民在高峰期減少用電，從而降低電網(wǎng)壓力，減少對(duì)發(fā)電機(jī)組的需求。

同時(shí)，對(duì)于電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度來(lái)說(shuō)，需求響應(yīng)也是一種重要的調(diào)度策略。在傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，電力系統(tǒng)的負(fù)荷需求基本是由供給方通過(guò)調(diào)度發(fā)電機(jī)組來(lái)滿(mǎn)足的。但是，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷過(guò)大或供給不足時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)電力不足的情況，這時(shí)需要通過(guò)緊急調(diào)度或增加發(fā)電容量等方式來(lái)應(yīng)對(duì)。

而需求響應(yīng)則是一種能夠降低系統(tǒng)負(fù)荷的方法，通過(guò)調(diào)整負(fù)荷曲線(xiàn)來(lái)降低電力需求，將用電高峰期部分繁重的工作量轉(zhuǎn)化至其他時(shí)段進(jìn)行[2]，從而減輕電網(wǎng)壓力，降低電力系統(tǒng)運(yùn)行成本。因此，在電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度中，需要考慮將需求響應(yīng)納入調(diào)度策略中，以實(shí)現(xiàn)更加靈活和高效的電力系統(tǒng)調(diào)度。

需要注意的是，需求響應(yīng)雖然可以幫助降低電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本和改善電網(wǎng)負(fù)荷平衡，但其實(shí)施也存在一定的難度和風(fēng)險(xiǎn)。一方面，需求響應(yīng)的實(shí)現(xiàn)需要消費(fèi)者的積極參與和支持，而這往往需要一定的激勵(lì)措施。另一方面，需求響應(yīng)也可能會(huì)對(duì)一些關(guān)鍵領(lǐng)域的用電造成不利影響，如醫(yī)療、安全等。

因此，在電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度中，需要權(quán)衡需求響應(yīng)的潛在收益和風(fēng)險(xiǎn)，并制定相應(yīng)的調(diào)度策略，以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定和安全運(yùn)行。

5 結(jié)合需求響應(yīng)與光伏發(fā)電預(yù)測(cè)的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型

案例選取了某地區(qū)的電力系統(tǒng)進(jìn)行分析，具體的數(shù)據(jù)和模型假設(shè)如下。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)：電力系統(tǒng)包含5個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別是A、B、C、D、E；系統(tǒng)中有兩個(gè)電力市場(chǎng)，分別為Day-ahead 市場(chǎng)和Real-time 市場(chǎng)；系統(tǒng)中有兩個(gè)可再生能源發(fā)電設(shè)施，分別是光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電；需求響應(yīng)參與者有3個(gè)，分別是工業(yè)用戶(hù)、商業(yè)用戶(hù)和居民用戶(hù)。

系統(tǒng)中的負(fù)荷數(shù)據(jù)和發(fā)電數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 系統(tǒng)負(fù)荷數(shù)據(jù)和發(fā)電數(shù)據(jù)（單位：MW）

模型假設(shè)：光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的預(yù)測(cè)誤差分別服從正態(tài)分布，其均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差分別為10%和15%；需求響應(yīng)的彈性系數(shù)分別為0.5、0.3和0.2。

電力市場(chǎng)電價(jià)見(jiàn)表3。

表3 電力市場(chǎng)電價(jià)（單位：元/MWh）

光伏的預(yù)測(cè)精度直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度[3-4]，建立的結(jié)合需求響應(yīng)與光伏發(fā)電預(yù)測(cè)的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型的優(yōu)化目標(biāo)是最小化系統(tǒng)的總成本，其中包括市場(chǎng)交易成本、供需不平衡成本和需求響應(yīng)成本。模型的約束條件包括能量平衡約束、供需匹配約束、需求響應(yīng)響應(yīng)約束、光伏發(fā)電容量約束、發(fā)電機(jī)出力約束等。

模型的求解方法:采用線(xiàn)性規(guī)劃或者基于啟發(fā)式算法的優(yōu)化方法。具體而言，可以使用GAMS 或MATLAB 等軟件進(jìn)行建模和求解。同時(shí)，為了加速求解過(guò)程，可以采用并行計(jì)算等技術(shù)。

計(jì)算實(shí)現(xiàn)方面:通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)技術(shù)獲取光伏發(fā)電量和需求響應(yīng)量，將其作為模型的輸入數(shù)據(jù)。然后通過(guò)優(yōu)化算法求解得到最優(yōu)的電力系統(tǒng)調(diào)度方案，即各發(fā)電機(jī)的出力和需求響應(yīng)量，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目標(biāo)的最大化。

6 結(jié)語(yǔ)

本文主要探討了光伏不確定性和需求響應(yīng)在電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度中的應(yīng)用，并建立了結(jié)合需求響應(yīng)與光伏發(fā)電預(yù)測(cè)的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型進(jìn)行實(shí)例分析。光伏發(fā)電功率的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)對(duì)保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定、促進(jìn)電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行具有重要意義，其光伏發(fā)電的不確定性對(duì)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度產(chǎn)生了一定的挑戰(zhàn)和影響，

但是光伏發(fā)電預(yù)測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用可以降低其不確定性，提高經(jīng)濟(jì)調(diào)度的準(zhǔn)確性和效率。需求響應(yīng)作為一種能量供需平衡的技術(shù)手段，在電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度中發(fā)揮了重要作用，可以提高供需匹配的靈活性，減少供需不平衡成本，并為電力市場(chǎng)交易提供更多的機(jī)會(huì)和靈活性。建立結(jié)合需求響應(yīng)與光伏發(fā)電預(yù)測(cè)的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型可以更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)電力市場(chǎng)需求和供給情況，提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。在模型求解和優(yōu)化分析方面，可以采用現(xiàn)代優(yōu)化算法和計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，以提高模型的求解速度和精度。