[论文解读] Generic Demand Modelling Considering the Impact of Prosumers for Future Grid Scenario Studies

Hesamoddin Marzooghi, Shariq Riaz+3 more|arXiv (Cornell University)|May 19, 2016

Smart Grid Energy Management被引用 6

一句话总结

本文提出了一种与市场结构无关的、基于双层优化的通用需求模型，用于模拟屋顶光伏和电池储能的产消者群体的聚合行为，以预测未来电网的净负荷。该模型展示了随着产消者渗透率的提高，电网灵活性增强、承载能力提升，并在高比例可再生能源渗透的情况下支持电压稳定性，特别是在澳大利亚国家电力市场中表现显著。

ABSTRACT

High penetration of intermittent renewable energy sources (RESs) in future grids (FGs) requires flexible resources such as energy storage and demand response (DR) to maintain the balance between demand and supply. At the same time, residential battery storage is becoming an increasingly sound proposition for users with rooftop photovoltaic (PV). Hence, in this paper, we propose a generic demand model which represents the aggregated effect of price-responsive users equipped with rooftop PV-battery systems (prosumers) for modelling net future demand in FG scenario studies. The model that is market structure agnostic aims to mimic the behaviour of an efficient future electricity market provided a suitable mechanism for DR aggregation is adopted. The framework is based on a bi-level optimisation in which a unit commitment (UC) problem is taken as the upper-level optimisation aiming to minimise the total electricity cost. The lower-level optimisation is formulated in terms of an aggregation of prosumers aiming to maximise their self-consumption. Case studies explore the influence of different penetration of prosumers on performance, loadability and voltage stability of the Australian National Electricity Market with an increased penetration of RESs.

研究动机与目标

• 应对由于间歇性可再生能源发电（RESs）渗透率提高而带来的未来电网对灵活资源日益增长的需求。
• 建模价格响应型居民产消者（配备屋顶光伏和电池储能）对净负荷的聚合影响。
• 开发一种与市场结构无关的框架，通过需求响应聚合模拟高效未来电力市场行为。
• 评估产消者渗透率对系统性能、承载能力及电压稳定性的系统影响。
• 提供一种可扩展且通用的需求建模方法，适用于未来电网情景研究，尤其适用于高可再生能源整合的系统。

提出的方法

• 构建双层优化框架：上层为最小化总电费的机组组合（UC）问题。
• 下层优化产消者的聚合自用电量，反映其在价格信号下的个体决策行为。
• 将产消者建模为对价格敏感的实体，配备屋顶光伏和电池储能，重点在于最大化自用电量并最小化电网购电。
• 通过与UC问题耦合，将产消者模型整合到整个系统中，确保市场出清的一致性。
• 采用与市场结构无关的方法，确保在不同电力市场设计中的适用性。
• 在不同产消者渗透率下对澳大利亚国家电力市场进行仿真，以评估系统层面的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高比例可再生能源发电的未来电力系统中，产消者渗透率的提高如何影响净负荷曲线？
• RQ2 产消者驱动的需求响应与自用电量在多大程度上可改善系统的承载能力和电压稳定性？
• RQ3 不同产消者渗透率水平对总电费和系统运行效率有何影响？
• RQ4 所提出的双层优化模型如何以与市场结构无关的方式准确反映产消者的聚合行为？
• RQ5 产消者的整合在何种方式下改变了未来电网情景中供需之间的平衡？

主要发现

• 更高的产消者渗透率显著降低了净峰值负荷，提升了系统承载能力，并减轻了输电基础设施的压力。
• 由于本地化能源生产及反向潮流减少，模型表明在产消者采用率提高的情况下，电压稳定性得到增强。
• 产消者聚合自用电量减少了整体的电力进口需求，从而在机组组合框架下降低了总系统成本。
• 双层优化框架有效捕捉了产消者的策略性行为，且不依赖于特定的市场机制。
• 案例研究显示，产消者整合提升了电网灵活性，并在不损害运行安全性的前提下支持了更高的可再生能源渗透率。
• 该模型的与市场结构无关的设计确保了其在不同未来电力市场设计和监管框架下的广泛适用性。