Chance-Constrained Economic Dispatch with Flexible Loads and RES

📄 arXiv: 2405.15187v4 📥 PDF

作者: Tian Liu, Bo Sun, Danny H. K. Tsang

分类: eess.SY

发布日期: 2024-05-24 (更新: 2024-12-24)

💡 一句话要点

提出基于灵活负荷和可再生能源的概率约束经济调度方法，降低日前市场波动

🎯 匹配领域: 支柱四：生成式动作 (Generative Motion)

关键词: 概率约束经济调度 需求侧管理 多维灵活性 可再生能源 日前市场

📋 核心要点

  1. 可再生能源的不确定性给电力系统平衡带来挑战，现有方法难以有效应对由此产生的波动。
  2. 论文提出一种基于多维灵活性的需求侧管理方法，通过交易聚合负荷的灵活性来优化日前市场。
  3. 案例研究表明，该方法能有效降低节点边际价格的波动，并揭示了不同灵活性价值，为市场设计提供参考。

📝 摘要（中文）

随着间歇性可再生能源（RES）渗透率的提高，仅依靠发电侧来维持电力系统的供需平衡变得越来越具有挑战性。为了应对不确定的RES带来的波动，利用多维灵活性（MDF）的需求侧管理已被认为是一种经济有效的方法。因此，将MDF整合到现有的电力系统中非常重要。本文提出了一种增强的日前能源市场，其中聚合负荷的MDF被交易，以最小化发电成本并减轻输电网络中节点边际价格（LMP）的波动。我们首先通过概率约束经济调度问题（CEDP）显式地捕捉RES不确定性对日前市场的负面影响。然后，我们为聚合负荷的MDF提出了一种投标机制，并将该机制结合到日前市场的CEDP中。通过多个案例研究，我们表明来自负荷聚合器的MDF可以降低LMP的波动。此外，我们确定了MDF投标中不同灵活性的价值，这为更复杂的MDF市场的设计提供了有用的见解。

🔬 方法详解

问题定义：论文旨在解决高比例可再生能源接入下，日前电力市场由于可再生能源的间歇性导致的价格波动问题。现有方法主要依赖发电侧的调节，成本较高且效率较低，未能充分利用需求侧的灵活性资源。

核心思路：论文的核心思路是引入需求侧的多维灵活性（MDF）参与日前市场交易，通过负荷聚合器提供灵活的用电模式，从而平衡可再生能源的波动性，降低节点边际价格（LMP）的波动。

技术框架：整体框架包括：1) 建立考虑可再生能源不确定性的概率约束经济调度（CEDP）模型，该模型显式地考虑了可再生能源出力对日前市场的影响；2) 设计一种MDF投标机制，允许负荷聚合器提交包含不同灵活性类型的投标；3) 将MDF投标机制整合到CEDP模型中，优化日前市场的调度计划。

关键创新：论文的关键创新在于将需求侧的多维灵活性引入到概率约束经济调度模型中，并设计了相应的投标机制。这使得日前市场能够充分利用需求侧的灵活性资源，从而更有效地应对可再生能源的波动性。与传统方法相比，该方法能够降低发电成本和LMP波动。

关键设计：论文的关键设计包括：1) 概率约束的建模方式，用于处理可再生能源的不确定性；2) MDF投标机制的具体设计，包括灵活性类型的定义和投标价格的确定；3) CEDP模型的具体形式，包括目标函数、约束条件和求解算法。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

案例研究表明，来自负荷聚合器的MDF可以有效地降低节点边际价格（LMP）的波动。论文还识别了MDF投标中不同灵活性的价值，为更复杂的MDF市场设计提供了有用的见解。具体性能数据和对比基线在论文中进行了详细展示。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于实际的电力市场运营中，帮助电力系统运营商更好地应对高比例可再生能源接入带来的挑战。通过引入需求侧的灵活性资源，可以提高电力系统的稳定性和经济性，促进可再生能源的消纳。此外，该研究为未来更复杂的MDF市场设计提供了有益的参考。

📄 摘要（原文）

With the increasing penetration of intermittent renewable energy sources (RESs), it becomes increasingly challenging to maintain the supply-demand balance of power systems by solely relying on the generation side. To combat the volatility led by the uncertain RESs, demand-side management by leveraging the multi-dimensional flexibility (MDF) has been recognized as an economic and efficient approach. Thus, it is important to integrate MDF into existing power systems. In this paper, we propose an enhanced day-ahead energy market, where the MDFs of aggregate loads are traded to minimize the generation cost and mitigate the volatility of locational marginal prices (LMPs) in the transmission network. We first explicitly capture the negative impact of the uncertainty from RESs on the day-ahead market by a chance-constrained economic dispatch problem (CEDP). Then, we propose a bidding mechanism for the MDF of the aggregate loads and combine this mechanism into the CEDP for the day-ahead market. Through multiple case studies, we show that MDF from load aggregators can reduce the volatility of LMPs. In addition, we identify the values of the different flexibilities in the MDF bids, which provide useful insights into the design of more complex MDF markets.