电力系统保护与控制 第 49 卷 第 19 期 2021 年 10 月 1 日 Power System Protection and Control Vol.49 No.19 Oct. 1, 2021 DOI: 10.19783/j.cnki.pspc.201605 考虑动态激励型需求响应的微电网两阶段优化调度 魏震波，张海涛，魏平桉，梁 政，马新如，孙舟倍 (四川大学电气工程学院，四川 成都 610065) 摘要：针对微电网中风电、光伏出力和负荷大小的不确定性，从日前和实时两个阶段出发，建立了微电网两阶段 优化调度模型。日前调度阶段建立以微电网总运行成本最优的经济调度模型。实时调度阶段在日前调度优化结果 的基础上，综合考虑实时优化调度各电源的出力调整顺序，提出了一种动态激励型需求响应参与的实时滚动优化 策略。该策略的激励价格和用户参与容量随时间尺度前进呈现出动态变化，旨在利用价格引导用户提高需求响应 的参与程度。通过算例表明，动态激励型需求响应相较于静态激励型需求响应不仅可以提升对日前联络线计划的 跟踪效果，还能更好地消除微电网日前预测误差。该策略在显著提高用户收益的同时有效降低了系统运行成本， 为市场化的微电网优化运行提供了参考。 关键词：微电网；不确定性；优化调度；需求响应；预测误差 Two-stage optimal dispatching for microgrid considering dynamic incentive-based demand response WEI Zhenbo, ZHANG Haitao, WEI Ping'an, LIANG Zheng, MA Xinru, SUN Zhoubei (School of Electrical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China) Abstract: There is uncertainty over the amount of wind power, photovoltaic output and load size in a microgrid. To tackle this, starting from the two stage of day-ahead and real-time, a two-stage optimal dispatching model of a microgrid is established. In the day-ahead dispatching stage, an economic dispatching model based on the optimal total operation cost of the microgrid is established. Based on the results of day ahead scheduling optimization, the real-time scheduling stage considers the output adjustment sequence of each power supply in real-time optimization scheduling, and proposes a real-time rolling optimization strategy with dynamic incentive demand response participation. The incentive price and user participation capacity of the strategy presents dynamic changes with a time scale moving forward, aiming to use price to guide users to increase their participation in demand response. A calculation example shows that dynamic incentive model demand response, compared with static incentive model demand response, can not only improve the tracking effect of the day-ahead tie line plan, but also better eliminate the day-ahead prediction error of the microgrid. It can significantly improve user income and effectively reduce the system operation cost. This provides a reference for the optimal operation of the market-oriented microgrid. This work is supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 52077146). Key words: microgrid; uncertainty; optimal scheduling; demand response; prediction error 0 引言 近年来，由于传统化石能源的短缺和污染等问 题日益严重，以风电、光伏为代表的分布式发电资 源得到了大规模应用[1-3]。然而风、光等分布式电源 的出力具有随机性和不确定性，当其大规模并入电 网后，会给电力系统的运行带来巨大的挑战[4-6]。微 基金项目：国家自然科学基金项目资助(52077146) 电网作为一种集合了分布式电源、负荷、储能等控 制装置的可控单元，能实现自身的管理与控制，且 通过准确地预测负荷大小和新能源出力，并制定合 理的调度计划，可有效解决高渗透率分布式电源接 入电网带来的弃风、弃光等问题[7-9]。 然而，由于现阶段预测技术的不足，风、光等新 能源的日前出力预测误差通常会达到 20%~30% [10]。 所以，仅通过微电网的日前调度计划很难应对实时 出现的“源-荷”不匹配的情况。考虑到新能源出力 -2- 电力系统保护与控制 预测误差具有随时间尺度前进而不断减小的特点， 因此合理地增加预测次数对日前的调度计划及时修 正，能够达到平抑新能源出力波动的目的[11-13]。针 对微电网的调度优化研究，文献[14-16]从微电网运 行成本最小的角度出发建立了含多种分布式电源的 微电网日前经济调度的混合整数线性规划模型，但 上述研究仅针对日前时间范围，未考虑实时功率偏 差带来的影响。文献[17]在分时电价的基础上构建 了微电网日前日内两阶段优化调度模型，日内调度 以 15 min 为时间间隔，根据峰、谷、平电价时段采 取不同的控制策略实现对日前调度计划的修正，平 衡日前预测误差；文献[18]在日前阶段建立了基于 多场景分析技术的随机优化调度模型，日内调度通 过 MPC 滚动优化策略消除实时功率偏差。文献[19] 以微电网经济成本最小与污染排放气体最少为目 标，建立了微电网日优化运行的数学模型。然而， 以上研究在实时阶段未考虑调度计划的出力调整顺 序，实时联络线功率对日前调度计划的跟踪效果不 好，易对电网调度和生产计划造成负面影响。 值得注意的是，需求响应是指用户能够根据市 场价格信号或者激励机制主动改变原电力消费行 为，按照用户响应方式不同，可分为基于价格型需 求响应(Price-Based Demand Response, PBDR)和基 于激励型需求响应(Incentive-Based Demand Response, IBDR)[20-22]。关于需求响应在微电网优化调度中的 应用，文献[23]提出了一种考虑风电预测误差情况 下 PBDR 参与日前、日内调度和 IBDR 参与实时调 度的三阶段优化调度策略，减小了微电网的运行成 本和弃风量；文献[24]基于模糊工具箱建立了一种 激励价格动态变化的需求响应参与微电网两阶段优 化调度的模型，提高了微电网和用户利益。但是， 以上研究针对激励型需求响应参与微电网实时优化 调度时，仅给予用户动态的激励价格补偿，并未考 虑激励价格的变化给用户参与需求响应容量带来的 影响。 鉴于此，本文综合考虑微电网多阶段优化调度 技术与动态需求响应技术，提出一种动态激励型需 求响应参与微电网两阶段调度滚动优化策略。日前 调度建立了以微电网运行成本最优的经济调度模 型；实时调度在综合考虑调度计划调整顺序的基础 上，构建了一种动态 IBDR 参与微电网的实时调度 模型。其中，需求响应的激励价格随实时功率偏差 大小动态调整；同时类比 PBDR 需求弹性系数引入 IBDR 容量需求弹性系数建立了 IBDR 动态容量模 型，通过容量需求弹性系数来描述 IBDR 激励价格 的变化给用户 IBDR 容量带来的影响。该需求响应 模型的激励价格和用户参与容量随时间尺度前进呈 现出动态变化的特点，意在利用价格激励用户以最 大容量参与需求响应，最大程度地消除功率偏差， 提升微电网和用户的经济效益。最后，通过仿真算 例对本文所提模型的有效性和优越性进行了校验。 1 微电网基本结构 本文研究对象——微电网中配置有微型燃气轮 机、燃料电池、柴油发电机、风力发电机和光伏发 电等分布式电源装置。同时，还配置了一定容量的 储能装置用来平衡新能源出力波动。此外，为保证 功率的实时平衡，微电网与电网之间应能进行能量 交互。微电网对外呈现的是一个能够实现自身能量 管理和控制的可控单元，其结构如图 1 所示。 图 1 微电网结构图 Fig. 1 Microgrid structure diagram 2 两阶段调度基本框架 2.1 日前调度策略 日前调度计划以 1 h 为分辨率根据日前预测数 据，以运行周期一天(24 h)内微电网的总运行成本最 小为优化目标，计及微电网内各电源的运行约束条 件。在日前阶段制定运行日当天(24 h)微电网各电源 每小时的出力计划，为实时调度提供参考。 2.2 实时调度策略 实时调度计划根据实时预测数据以 15 min 为 分辨率、1 h 为运行周期，每 1 h 进行一次滚动优化。 实时调度是在日前调度的基础上以每个运行周期内 的运行成本最小为目标对日前调度出力计划进行修 正，得到每个运行周期内电源出力计划的修正值。 当微电网出现实时功率偏差时，负荷侧资源的