电力市场环境下的微电网能量管理系统及风险管理

学号：1512302016姓名：罗任志专业：电力系统及其自动化日期：2016年7月AMicrogridEnergyManagementSystemandRiskManagementunderanElectricityMarketEnvironment电力市场环境下的微电网能量管理系统及风险管理JingshuangShen,ChuanwenJiang,YangyangLiuandXuWangAbstract—Thispaperpresentsanovelenergy-managementmethodforamicrogridthatincludesrenewableenergy,dieselgenerators,batterystorage,andvariousloads.Weassumethatthemicrogridtakespartinapoolmarketandrespondsactivelytotheelectricitypricetomaximizeitsprofitbyschedulingitscontrollableresources.Toaddressvariousuncertainties,arisk-constrainedscenario-basedstochasticprogrammingframeworkisproposedusingtheconditionalvalueatriskmethod.Thedesignedmodelissolvedbytwolevelsofstochasticoptimizationmethods.Onelevelofoptimizationistosubmitoptimalhourlybidstotheday-aheadmarketundertheforecastdata.Theotherlevelofoptimizationistodeterminetheoptimalschedulingusingthescenario-basedstochasticdataoftheuncertainresources.Theproposedenergymanagementsystemisnotonlybeneficialforthemicrogridandcustomersbutalsoappliesthemicrogridaggregatorandvirtualpowerplant(VPP).Theresultsareshowntoprovethevalidityoftheproposedframework.摘要--本文为微电网提出了一种新的能源管理方法，微电网中包括可再生能源，柴油发电机，电池存储和各种负载。我们假设，微电网为合伙经营市场中的一部分，并通过调度其可控的资源积极响应的电力价格，以最大限度地提高利润。为了解决各种不确定性，提出了一种基于场景的风险约束的随机规划的框架，用于条件值的风险评估。设计的模型是由两个层次的随机优化方法组成。优化的一个方面是提交在预测数据下日前市场每小时最佳出价。优化另一个方面是基于不确定资源的场景的随机数据确定最优调度。本文所提出的能量管理系统不仅有利于微网和客户也适用于微电网的聚合和虚拟电厂（VPP）。所示结果证明了提出的框架的有效性。Keywords—Controllableload;Smartgrid;Energymanagement;Electricitymarket;Microgrid;Renewableenergy;Riskmanagement;Stochasticoptimization关键词：可控负荷；智能电网；能源管理；电力市场；微电网；可再生能源；风险管理；随机优化I.INTRODUCTIONI.简介Inrecentyears,themicrogridhasbeengrowingdramaticallyduetoitspotentialbenefitstoprovidereliable,secure,efficient,environmentallyfriendly,andsustainableelectricityfromrenewableenergysources[1][2].Amicrogridconsistsofdistributedenergysources,suchasmicroturbines,windturbines,fuelcellsandphotovoltaicsystem(PVs),storagedevicesandagroupofradialloadfeeders[3].Inthegrid-connectedmode,amicrogridisconnectedtothegridthroughapointofcommoncouplinginalow-voltagedistributionnetwork.Withthedevelopmentofsmartgridtechnologies,moreandmorecontrollableresourcesinthemicrogridcanexchangeinformationwiththehigher-levelpowersystem[4][5].Henceamicrogridcanrespondactivelytotheelectricitypricetomaximizeitsprofitbyschedulingitscontrollableresources.In[6],aprice-incentivemodelwasutilizedtogenerateamanagementstrategytocoordinatethechargingofelectricvehicles(EVs)andbatteryswapstations(BSSs)tominimizethetotalcostoftheEVsandmaximizetheprofitfromtheBSSingrid-connectedmode.In[7],theauthordesignedanobjectivetodeterminetheoptimalhourlybidsthatthemicrogridaggregatorshouldsubmittotheday-aheadmarkettomaximizeitsprofit.In[8],twomarketbiddingtechniques,singlebiddinganddiscriminatorybidding,wereproposedforthemicrogridtoparticipateinthebiddingprocess.Muchworkhasbeencarriedoutonbiddingandauctiontheoryinthecompetitiveelectricitymarket.However,theenergymanagementandoptimaloperationforthemicrogridundertheelectricitymarketenvironmentfacechallenges.近年来，微电网由于其潜在的好处有了极大的发展，其能提供可靠，安全，高效，环保，可再生能源和可持续的电力能源[1][2]。一个微电网的分布式能源，如微型燃气轮机、风力发电机、燃料电池、光伏发电系统（PVS），存储设备和一组径向载荷馈线[3]。在并网模式下，一个微电网通过在低压配电网中的公共耦合点连接到电网。随着智能电网技术的发展，微电网中越来越多的可控能源可以与高电压的电力系统进行信息交换[4][5]。因此，一个微电网可以积极响应其电力价格并通过可控资源的调度，以最大限度地提高其利润。在[6]，利用价格激励模型来产生一个管理策略来协调充电的电动车（EV）和电池交换站（BSSS），以降低电动汽车的总成本和最大限度提高来自在并网中的电池交换站的利润。在图[7]中，作者设计了一个服从日前市场利润最大化的每小时最佳出价的目标函数。在[8]中，为微电网的参与竞价提出了两市场招投标技术、单投标和有偏见投标技术。竞争的电力市场中的招标和拍卖已经完成了许多工作。但是，在电力市场环境下微电网的能源管理和优化运行面临挑战。Asitisanimportantresearchfieldofsmartpower,severalapproacheshavebeenreportedintheliteratureinrelationtomicrogridsmartenergymanagementapplicablewithinthesmartgridsystem.In[9],theauthorsproposedmulti-objectiveintelligentenergymanagementtominimizetheoperationcostandtheenvironmentalimpactofamicrogrid.In[10],anoveldouble-layercoordinatedcontrolapproachformicrogridenergymanagementwasproposed,includingaschedulelayerobtaininganeconomicoperationschemebasedonforecastingdataandadispatchlayerprovidingpowertocontrollableunitsbasedonreal-timedata.In[11],three-levelhierarchicalenergymanagementstrategieswerepresentedformulti-microgrids.Demandresponseanddemandsidemanagementhavealsobeenconsideredinthemicrogridenergymanagementsystem[12][13].Overall,mostexistingworkshavenotroundlyconsideredtheuncertaintiesofelementsinthemicrogridsystem.Renewableenergy,suchaswindandphotovoltaicgeneration,customerloadsandmarketelectricitypricesareuncertainandrandominrealtime.Althoughsomeworksconsideredtheuncertaintiesofrenewableenergy[10][11],theuncertaintiesofmarketelectricitypriceshaveseldombeenconsidered.在许多与适用于智能电网系统的微电网智能能源管理相关的文献中已经提出，这是智能能源中一个重要的研究领域。在[9]，作者提出了多目标智能能源管理，以尽量减少微电网的运行成本和对环境的影响。在[10]，提出了使用一种新型的双层协调控制的方法以达到微电网能量管理，其中包括一个基于预测数据获得经济运行的计划层和一个基于实时数据对单元进行功率可控的调度层。在[11]，为多微网提出了三层次的能量管理策略。需求响应和需求侧管理也被考虑在微电网能量管理系统中[12][13]。总体而言，大多数现有的工作没有全面考虑在微电网系统中的不确定元素。可再生能源，如风和光伏发电，客户负载和市场电价是不确定的，实时为随机的。虽然有些工作可以视为考虑了可再生能源的[10][11]的不确定性，市场电价的不确定性很少被考虑。Inthispaper,wepresentamicrogridenergymanagementsystemthatconsiderstheuncertaintiesofrenewableresources,custo