需求响应对电力系统可靠性影响研究毕业设计开题报告.docx
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需求响应对电力系统可靠性影响研究毕业设计开题报告
南京工程学院
毕业设计开题报告
课题名称：
需求响应对电力系统可靠性影响研究
学生姓名：
李玲
指导教师：
陈丽娟
所在院部：
电力工程学院
专业名称：
电气工程及其自动化（供用电技术）
南京工程学院
2014年3月1日
说明
1．根据南京工程学院《毕业设计（论文）工作管理规定》，学生必须撰写《毕业设计（论文）开题报告》，由指导教师签署意见、教研室审查，系教学主任批准后实施。
2．开题报告是毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。
学生应当在毕业设计（论文）工作前期内完成，开题报告不合格者不得参加答辩。
3．毕业设计开题报告各项内容要实事求是，逐条认真填写。
其中的文字表达要明确、严谨，语言通顺，外来语要同时用原文和中文表达。
第一次出现缩写词，须注出全称。
4．本报告中，由学生本人撰写的对课题和研究工作的分析及描述，应不少于2000字，没有经过整理归纳，缺乏个人见解仅仅从网上下载材料拼凑而成的开题报告按不合格论。
5．开题报告检查原则上在第2～4周完成，各系完成毕业设计开题检查后，应写一份开题情况总结报告。
毕业设计（论文）开题报告
学生姓名
李玲
学号
206100804
专业
电气工程及其自动化
（供用电技术）
指导教师姓名
陈丽娟
职称
讲师
所在院部
电力工程学院
课题来源
自拟课题
课题性质
其他
课题名称
需求响应对电力系统可靠性影响研究
毕业设计的内容和意义
文献综述
文献综述
文件综述
内容与意义：
电能不能大规模经济存储,而且供需双方需要保证实时平衡,电力系统的这些特性要求电网必须预先规划以确保系统运行的可靠性,也决定了电力市场在较长一段时间内并不是理想的完全竞争市场。
在传统的电力体制下,只有通过新建更多的发电和输电设施来适应电力系统的发展,而在引入DR以后,由于DR的立足点是放松零售价格管制并提高需求弹性,它也是全面参与电力市场的新资源,因而,可以用相对低廉的成本来解决这些问题。
各国的电力市场发展模式都在不断探索和完善中。
美国加州电力市场失败的教训表明由于缺乏需求侧的实时响应,加上出现电力供应紧张情况造成了电力卖方市场。
因此,只有把需求侧和供应侧同等对待,才能形成一个真正良性运行的电力市场。
电力需求侧响应的重要意义体现在三个方面：
电力需求侧响应是在电力市场改革和偶新的地哪里工业组织结构下需求侧管理的方向、主流和新生形式。
需求侧响应是电力市场建设中重要的稳定力量,是提升电力市场效率的重要手段,是综合资源规划的优先资源。
需求侧响应是智能电网的主要和重要内容,是新型电力工业生产关系的主要表现形式。
综上三点,需求侧响应对提升能源效率、提高电力系统和电力市场的稳定性和运行效率都至关重要,同时需求侧响应作为智能电网的重要内容,已经超越电力系统的范畴,成为新经济模式的平台和国家竞争的新的制高点。
当前形势下,加紧研究需求侧响应的理论基础、管制政策和实施路径,对于我国电力工业发展、电力市建设甚至能源和国民经济发展战略,都具有十分重要的理论价值和紧迫的现实意义。
文献综述：
充足的备用容量是电力系统调峰、调频得以顺利开展的基础,也是紧急情况下系统安全稳定运行的重要保证。
在传统电力系统中,备用容量依据《电力系统技术导则户〕完全立足于系统的安全可靠性运行考虑,其中规定了备用容量的设置标准一般为最大发电负荷的10%左右,但不小于电网中一台最大机组的容量。
而在电力市场环境下,不论是发电公司、供电公司或是电网公司,作为独立经济实体其追求的首要目标都是经济利益,系统的安全可靠性运行仅仅是为了满足各个经济实体的经济性要求。
因此在这一背景下,研究适应于市场体制的电力系统备用容量已成为必需。
在电力市场化改革中增加电能使用的需求弹性有利于增加系统的安全可靠性,优化资源配置,实现电力市场的良性稳定运行,近年来需求响应项目在许多国家电力市场中的广泛推广就是一个很好的证明。
目前,在区域电力系统中关于备用容量的研究还处于探索阶段,世界各国的电力系统实践表明,还没有一套大家公认的成熟经验和研究成果。
文献[1]在统一定价（uniform-price）和差别定价（payasbid）模式下,提出了电力系统中运行备用容量是具有弹性的,应该通过费用——效益分析使其达到最优,基于电力系统可靠性评估,提出了以最大化社会效益为目标函数的弹性运行备用模型,并
且运用基于品质次序的启发式算法对模型进行求解。
在文献[2]中,提出了基于经济合同策略的常备用模型,其目标函数为购买运行备用总费用最小（在满足备用需求的情况下）。
文献[3]提出在电力市场环境下,为供需双方所乐于接受的供电中断不应认为是对系统安全可靠运行的破坏,处于该种情况下的系统应该被认为是供电连续的,并在此基础上提出了市场环境下事故备用容量的确定应在综合考虑保留事故备用容量费用和切负荷赔偿费用的基础上,求取经济上最优的事故备用容量。
文献[5]利用概率统计方法,对切负荷措施的可行性、保留负荷备用容量成本及切负荷赔偿费用进行了分析,提出市场环境下负荷备用容量的确定应在综合考虑保留备用容量成本和切负荷赔偿费用的基础上,求取经济上最优的负荷备用容量。
文献[7]提出一种确定备用容量的算法,根据经济学中的效用无差异理论,引入可中断负荷替代一部分备用容量,利用存储理论概念建立最优备用容量的数学模型,结合历史数据资料中备用容量利用的概率,运用决策论的算法求解最优备用容量。
但是,这些关于备用容量的研究,主要是建立单目标数学模型,只能够使一方面优化,而不能够兼顾其他方面的优化目标。
本设计考虑了这一因素建立了用户提供备用服务的成本模型,在此模型的基础上,运用最优潮流算法研究需求侧参与备用服务时需求弹性对系统备用的影响。
研究内容：
电力需求侧响应,简称需求响应（DemandResponse,缩写为DR）,是随着电力工业市场化改革和电力市场建设,而从电力需求侧管理（DemandsideManagement,缩写为DSM）中演变进化而来,旨在以市场手段和价格工具为主要载体,影响和调节需求的时间和水平,挖掘需求侧响应资源,提升需求侧响应弹性,约束供应侧市场力（MartketPower）,压制批发市场价格波动,提高电力系统和电力市场的运行稳定性和运行效率;同时,将需求侧响应资源与供应侧资源在各类市场和综合资源规划中平等甚至优先对待,起到提升社会整体资源的利用效率,和提高社会整体福利的重要作用。
电力系统可靠性包括两方面的内容：
即充裕度和安全性。
前者是指电力系统有足够的发电容量和足够的输电容量，在任何时候都能满足用户的峰荷要求，表征了电网的稳态性能，后者是指电力系统在事故状态下的安全性和避免连锁反应而不会引起失控和大面积停电的能力，表征了电力系统的动态性能。
电力市场改革的目的是提高电力工业的生产率，力求达到资源的最有效利用，实现电力生产的社会福利最大化。
电力系统可靠性是指电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户提供电力和电能量的能力的度量。
充足的备用容量是电力系统调峰、调频得以顺利开展的基础，也是紧急情况下系统安全稳定运行的重要保证。
在电力市场环境下，备用容量的考虑应以其是否带来经济利益为标准。
通过提供有助于恢复储备的负荷削减或调整以及为系统提供微增率可靠性效益,需求响应能够增强系统的可靠性。
本毕业设计的目标是研究市场条件下电力备用的价值，探讨系统最优备用水平的优化模型；编写相应程序，通过算例证明需求相应措施与系统最优备用水平和备用价格的关系。
本毕业设计的难点在于最优备用水平的计算与备用价格的确定。
以往的一些关于区域电力系统中备用容量的研究还处于探索阶段，主要是建立单目标多约束数学模型比较偏重经济性的考虑，不能兼顾区域系统运行的可靠性，不能满足系统安全可靠性要求，只能满足系统运行的经济性。
本设计在具有一定需求弹性和调节能力的电力用户参与备用服务提供的电力市场化背景下,考虑到用户侧提供备用服务时的电价和用户需求水平的不同会造成单位容量缺电成本的变化,建立了用户参与备用服务的补偿成本（消费者剩余）模型。
在此模型的基础上运用最优潮流算法研究了需求弹性对电力系统最优备用投入的影响。
设计思路：
1、需求弹性对用户缺电成本的影响
图1为第j个节点上用户的电力需求弹性曲线。
根据经济学理论,消费者剩余为需求曲线Pdj、直线AP。
以及P轴围绕部分面积。
假定第j个节点上用户的电力需求为指数形式的曲线,即
（1）
式中:
表示电力需求弹性。
图1中阴影部分面积即消费者剩余的损失为:
（2）
由式
（2）可见,用户的单位容量缺电成本随市场平衡点（Pdj。
P。
）变化,不适宜采用固定的单位容量缺电成本计算用户的缺电成本,在实际运行中,上文
建立的模型可以通过以下方式实现:
电力公司根据日常运行经验或某些行业的用电成本特点,得到各母线节点上的用户需求曲线,并用曲线拟合的方式得到用户需求的函数表示,见式
（1）,然后依据上文的模型（式
（2））得到不同电价和需求水平下的不同补偿标准,形成削减负荷服务合同并提供给用户,用户如选择签订此合同则依据合同条文进行补偿。
2、计及需求弹性的最优备用容量的计算
下图2表示市场环境下电力系统备用的供应流向和资金支付流向。
为保证系统可靠性和备用投人经济性,建立起以系统同时调用备用和削减负荷成本投人为最小的目标函数:
（3）
为备用的成本,由容量成本和实时调用电量成本2部分组成:
（4）
式中:
Pc和Pe分别为备用的容量和电量单位边际价格;Q与系统中发电机的强迫停运率有关:
（5）
3、算法过程
由于备用容量Gst、只有不小于任何实际被调用的备用容量才能满足系统的实时功率平衡要求,因此要满足式（3）的目标函数只有:
（6）
由此结合式（4）、（5），可将式（3）的目标函数等价转换为：
（7）
具体算法过程如图3所示。
遍历系统中所有的发电机节点,以及该节点上每台投人运行的发电机,找出满足所有约束条件并使目标函数最小的最优解Qim,及△Pdim,首先算出minGstd,然后代人式（7）,得到最小的备用和削减负荷成本:
minF（Gstb,Q,△Pd）.
通过上述的讨论研究，本设计将通过matlab软件建立系统最优备用水平的优化模型；编写相应程序，并通过算例验证本模型的正确性和准确性。
最终证明需求相应措施与系统最优备用水平和备用价格的关系。
文献综述
参考文献：
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技术经济研究，2002,
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[9]王蓓蓓，李扬，万秋兰等，需求弹性对系统最优备用投入的影响[J],电力
系统自动化，2006,30（11）:
13-17
[10]何永秀，王怡，黄文杰等，电力需求价格弹性与系统最优备用的关系，电力需求侧管理[J]，2003，10
研究计划
第1周熟悉课题，明确任务，查阅文献，查阅中英文资料15篇以上（关键词：
电力需求响应电力市场备用），熟悉需求响应，了解电力市场运行，熟悉发电备用。
第2～3周学习电力需求响应降低发电备用的相关资料，写开题报（围绕任务书，完成方案论证，工作思路等）。
第4周英文资料翻译
第5周学习发电备用，研究电力需求响应的降低发电备用的方式
第6周完成程序流程图设计
第7-8周学习matlab，编程实现
第9～11周完成软件界面，进行软件调试
第12～13周论文撰写，内容包括课题意义、方案论证、软件系统流程、软件的设计、得出课题的结论及心得体会）
第14周论文完善，审核设计内容及其格式
第15周答辩
特色与创新
本设计考虑到用户侧提供备用服务时的电价和用户需求水平的不同会造成单位容量缺电成本的变化,建立用户参与备用服务的补偿成本（消费者剩余）模型研究需求弹性对电力系统最优备用投入的影响。
通过仿真与算例将表明:
发电侧机组提供的备用容量和需求侧的削减负荷都可以作为保证系统安全运行所需要的备用,而且随着负荷侧需求弹性的增加,发电侧备用机组的投人量逐步减小,备用投入总成本也显著降低。
因此,随着电力市场的不断发展完善,应充分发掘和积极鼓励用电方式灵活、调节潜力较大的用电大户参与提供备用服务,以利于提高电力市场的经济效益和安全运行水平。
指导教师
意见
开题报告列出了毕业设计所作的主要工作，论述了产业区中压配网规划的意义内容，各章节安排基本合理，工作量较饱满符合要求。
同意开题
指导教师签名：
14年月日
教研室意见
系部意见
主任签名：
年月日
教学主任签名：
年月日
附：
与课题内容相关的外文资料翻译不少于2000字
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