[论文解读] Trilevel Scheduling Model Considering Residential Demand Flexibility of Aggregated HVACs and EVs under Distribution LMP

Xiaofei Wang, Fangxing Li+6 more|arXiv (Cornell University)|Mar 1, 2021

Smart Grid Energy Management参考文献 27被引用 8

一句话总结

该论文提出了一种三水平调度模型，利用配电网节点边际电价（DLMP）下的聚合居民空调（HVAC）和电动汽车（EV）的负荷灵活性。通过数据驱动的参数估计方法和基于优先级列表的经济调度算法，该模型优化了聚合商支付成本与系统效率，实现通过负荷转移、DLMP阶跃变化和降低网损来减少成本，已在IEEE 33节点系统上验证，实现可量化的成本节约。

ABSTRACT

Residential loads, especially heating, ventilation, and air conditioners (HVACs) and electric vehicles (EVs) have great potentials to provide demand flexibility which is an attribute of Grid-interactive Efficient Buildings (GEB). Under this new paradigm, first, EV and HVAC aggregator models are developed in this paper to represent the fleet of GEBs, in which the aggregated parameters are obtained based on a new approach of data generation and least-squares parameter estimation (DG-LSPE), which can deal with heterogenous HVACs. Then, a tri-level bidding and dispatching framework is established based on competitive distribution operation with distribution locational marginal price (DLMP). The first two levels form a bilevel model to optimize the aggregators payment and to represent the interdependency between load aggregators and the distribution system operator (DSO) using DLMP, while the third level is to dispatch the optimal load aggregation to all residents by the proposed priority list-based demand dispatching algorithm. Finally, case studies on a modified IEEE 33-Bus system illustrate three main technical reasons for payment reduction due to demand flexibility: load shift, DLMP step changes, and power losses. They can be used as general guidelines for better decision-making for future planning and operation of demand response programs.

研究动机与目标

• 开发一种可扩展的框架，用于聚合居民HVAC和EV，以在配电网中提供负荷灵活性。
• 利用DLMP信号，建立负荷聚合商与配电网系统运营商（DSO）之间相互依赖关系的建模。
• 设计一种基于优先级列表的经济调度算法，以高效调度聚合的居民负荷。
• 量化在DLMP下需求响应计划中成本节约的技术驱动因素。
• 为未来需求响应计划的规划与运行提供可操作的见解。

提出的方法

• 采用数据生成与最小二乘参数估计（DG-LSPE）方法，对具有聚合参数的异构HVAC和EV进行建模。
• 构建三水平优化框架：第1层与第2层构成双层模型，用于优化聚合商支付成本并实现与DSO通过DLMP的交互。
• 第3层实施基于优先级列表的需求调度算法，将最优负荷计划分配给单个居民。
• 模型整合DLMP信号，以反映网络阻塞与网损对调度决策的影响。
• 利用改进的IEEE 33节点配电网系统与真实的居民负荷数据对框架进行验证。
• 敏感性分析识别出关键的成本节约机制：负荷转移、DLMP阶跃变化与降低的有功网损。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何有效聚合异构的居民HVAC和EV，以在配电网中表征负荷灵活性？
• RQ2 在竞争性配电网环境中，DLMP对聚合商支付成本与调度决策有何影响？
• RQ3 负荷转移、DLMP阶跃变化与有功网损如何共同促成需求响应中的成本节约？
• RQ4 何种调度策略可确保在居民用户间实现高效且公平的灵活性分配？
• RQ5 哪些技术因素使得在所提出的三水平框架下实现可测量的成本节约成为可能？

主要发现

• 通过将HVAC和EV充电调度转移至DLMP较低的时段，负荷转移显著降低了支付成本。
• 由网络阻塞驱动的DLMP阶跃变化创造了价格差异，激励了负荷灵活性，从而降低了聚合商成本。
• 由于优化调度带来的有功网损减少，配电网中实现了可量化的成本节约。
• DG-LSPE方法有效捕捉了异构HVAC特性，为大规模建模提供了准确的聚合基础。
• 基于优先级列表的调度算法在维持用户舒适度约束的前提下，确保了负荷分配的稳定与高效。
• 案例研究证实，三水平模型通过协调灵活性显著降低了聚合商支付成本，且所有三项技术机制均作出了可量化的贡献。