[论文解读] Risk Limiting Dispatch with Fast Ramping Storage

Junjie Qin, Han-I Su+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 3, 2012

Electric Power System Optimization参考文献 29被引用 5

一句话总结

本文将风险限制经济调度（RLD）扩展至整合快速响应储能系统，推导出在多个市场中结合实时信息的最优随机经济调度的闭式阈值规则。该研究提出了一种高效的阈值评估算法，并表明储能系统通过提升预测利用率和缓解小时内波动，显著降低了备用需求与排放量。

ABSTRACT

Risk Limiting Dispatch (RLD) was proposed recently as a mechanism that utilizes information and market recourse to reduce reserve capacity requirements, emissions and achieve other system operator objectives. It induces a set of simple dispatch rules that can be easily embedded into the existing dispatch systems to provide computationally efficient and reliable decisions. Storage is emerging as an alternative to mitigate the uncertainty in the grid. This paper extends the RLD framework to incorporate fast-ramping storage. It developed a closed form threshold rule for the optimal stochastic dispatch incorporating a sequence of markets and real-time information. An efficient algorithm to evaluate the thresholds is developed based on analysis of the optimal storage operation. Simple approximations that rely on continuous-time approximations of the solution for the discrete time control problem are also studied. The benefits of storage with respect to prediction quality and storage capacity are examined, and the overall effect on dispatch is quantified. Numerical experiments illustrate the proposed procedures.

研究动机与目标

• 将风险限制经济调度（RLD）框架扩展至整合快速响应储能系统，以提升在可再生能源不确定性下的电网韧性。
• 开发一种计算高效的经济调度算法，整合多市场调整机制与实时预测更新。
• 量化储能容量与预测质量对随机电力系统运行中备用需求与排放量的影响。
• 基于连续时间近似方法，推导系统性能指标与储能/预测参数之间的解析关系。

提出的方法

• 提出一种随机控制框架，系统运营商在R个连续市场中调度常规机组，通过快速储能实现实时调整，以管理净负荷偏差。
• 基于预测缺额与预测误差统计特性，推导出最优调度决策的闭式阈值规则。
• 采用代数可重组树状模型表示预测误差演化过程，并计算状态空间中每个节点的转移概率。
• 通过分析最优储能运行行为并利用最优控制理论的结构化结果，开发一种高效算法以评估调度阈值。
• 对离散时间控制问题应用连续时间近似，推导关键性能指标的解析表达式。
• 通过数值实验验证方法有效性，展示储能容量与预测精度对系统性能的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何最优地将快速响应储能系统整合进风险限制经济调度（RLD）框架，以降低备用容量与排放量？
• RQ2 当同时具备储能系统与多市场调整机制时，最优调度决策的阈值规则应如何确定？
• RQ3 预测质量与储能容量如何共同影响所需旋转备用容量与排放量的减少？
• RQ4 在所提出的框架下，储能运行、预测误差统计特性与系统成本之间的解析关系为何？
• RQ5 连续时间近似在多大程度上能准确捕捉离散时间最优控制在该储能集成经济调度问题中的性能？

主要发现

• 所提出的RLD-储能集成框架通过利用实时预测更新与储能系统缓解小时内波动，显著降低了所需备用容量。
• 推导出闭式阈值规则，可在保持随机净负荷不确定性下最优性的同时，实现计算高效的调度决策。
• 通过数值实验验证了阈值评估算法的高效性，展示了其可扩展性与实际可行性。
• 研究表明储能容量与预测质量具有协同效应：更优的预测可进一步放大储能系统在降低备用需求方面的效益。
• 连续时间近似提供了系统成本、储能容量与预测误差方差之间准确且可解释的解析关系。
• 数值结果证实，与采用3σ裕度的传统确定性经济调度相比，所提方法在降低排放与备用需求方面更具优势。