考虑用户行为不确定性的阶梯式需求响应激励机制

王韵楚; 张智; 卢峰; 李磊; 芦鹏飞; 林振智

doi:10.7500/AEPS20210907006

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

考虑用户行为不确定性的阶梯式需求响应激励机制

学术研究 | 更新时间：2025-06-16

- 考虑用户行为不确定性的阶梯式需求响应激励机制
- Stepwise Incentive Mechanism of Demand Response Considering Uncertainty of User Behaviors
- 电力系统自动化 2022年46卷第20期页码：64-73
- 作者机构：
  
  1.浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市 310027
  2.国网浙江省电力有限公司,浙江省杭州市 310063
  3.杭州凯达电力建设有限公司自动化运维分公司,浙江省杭州市 311100
  4.山东大学电气工程学院,山东省济南市 250061
- 作者简介：
  
  王韵楚(1998—)，女，博士研究生，主要研究方向：需求侧响应、电力市场。E-mail：wangyunchu_ee@zju.edu.cn
  张智(1994—)，男，博士研究生，主要研究方向：电力市场、需求侧响应。E-mail：zhangzhi_ee@zju.edu.cn
  卢峰(1976—)，男，博士研究生，主要研究方向：电力需求侧响应、售电策略。E-mail：10907083@qq.com
  林振智(1979—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统态势感知、电力大数据、电力市场与需求侧管理、综合能源系统规划与运行。E-mail：linzhenzhi@zju.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金联合基金资助项目(U2166206)
- DOI：10.7500/AEPS20210907006
  中图分类号：
- 收稿日期：2021-09-07，
  
  修回日期：2022-01-07，
  
  网络出版日期：2022-04-09，
  
  纸质出版日期：2022-10-25
- 稿件说明：
移动端阅览
王韵楚,张智,卢峰等.考虑用户行为不确定性的阶梯式需求响应激励机制[J].电力系统自动化,2022,46(20):64-73.

WANG Yunchu,ZHANG Zhi,LU Feng,et al.Stepwise Incentive Mechanism of Demand Response Considering Uncertainty of User Behaviors[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(20):64-73.
王韵楚,张智,卢峰等.考虑用户行为不确定性的阶梯式需求响应激励机制[J].电力系统自动化,2022,46(20):64-73. DOI： 10.7500/AEPS20210907006.

WANG Yunchu,ZHANG Zhi,LU Feng,et al.Stepwise Incentive Mechanism of Demand Response Considering Uncertainty of User Behaviors[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(20):64-73. DOI： 10.7500/AEPS20210907006.

摘要

针对电力需求响应试点初期存在响应规模偏小、用户响应意愿较低且具有多重不确定性等问题，电网公司通过设计合理的需求侧互动机制引导用户积极、高效参与需求响应具有重要意义。为此，提出了考虑用户响应行为强不确定性的阶梯式需求响应激励机制随机优化模型。首先，构建参与需求响应的日前竞价市场用户切负荷行为和负荷波动的多重不确定性模型，以获得不同需求响应阶梯激励系数和调用场景下的期望响应量；然后，以电网公司为主体构建基于双层随机规划的阶梯式需求响应激励机制优化模型，上层构建在长时间尺度下的阶梯式需求响应激励机制阶梯区间和激励系数优化模型，并基于Pareto最优实现用户响应积极性最高、单位容量负荷激励成本最低的多目标优化；下层在给定的激励系数下，构建多负荷缺额场景下计及达标机会约束的需求响应调用裕度优化模型。最后，采用中国浙江省需求响应试点的实际数据进行仿真验证，结果表明阶梯式需求响应激励机制能够引导用户积极响应，并提高电网公司调用需求侧资源的经济效益。

Abstract

Because of the multiple existing uncertainty problems

such as small response scale and low enthusiasm of users in the pilot region of demand response (DR) in China

it is of great significance for power grid corporations to design a reasonable demand-side interaction mechanism to lead users to actively and efficiently participate in DR. Therefore

a stochastic optimization model of DR stepwise incentive mechanism considering the strong uncertainty of response behaviors of users is proposed. Firstly

a multiple uncertainty model of load shedding behaviors of users and load fluctuation in the demand-side bidding market is constructed to obtain the expected response demand in different scenarios. Secondly

the model of stepwise incentive mechanism based on the bi-level stochastic optimization is built for power grid corporations. In the upper level

the optimization model of ladder interval and incentive coefficient of stepwise incentive mechanism under a long timescale is constructed

and based on the Pareto front

the multi-objective optimization with the highest response enthusiasm of users and the lowest incentive cost per unit capacity load is realized. Then

given the incentive coefficient

the dispatching margin optimization model of demand response is built considering the DR compliance opportunity constraints in multiple scenarios of power deficit. Finally

the actual DR data in Zhejiang Province

China is utilized for simulation verification

and the simulation results show that the stepwise incentive mechanism can improve the enthusiasm of users and the benefits of power grid corporations.

关键词

Keywords

references

2020 monthly demand response activity report ［EB/OL］.（ 2020-04-06 ）［ 2021-05-05 ］. http：//www.pjm.com/-/media/markets-ops/dsr/2020-demand-response-activity-report.ashx http://www.pjm.com/-/media/markets-ops/dsr/2020-demand-response-activity-report.ashx .

张高，薛松，范孟华，等 . 面向我国电力市场的需求响应市场化交易机制设计［J］. 电力建设， 2021 ， 42 （ 4 ）： 132 - 140 .

ZHANG Gao ， XUE Song ， FAN Menghua ， et al . Design of demand-response market mechanism in accordance with China power market ［J］. Electric Power Construction ， 2021 ， 42 （ 4 ）： 132 - 140 .

关于印发《广州市虚拟电厂实施细则》的通知［EB/OL］.［ 2021-07-01 ］. http：//www.gz.gov.cn/ysgz/tzzc/hddl/content/post_7391723.html http://www.gz.gov.cn/ysgz/tzzc/hddl/content/post_7391723.html .

Notice on printing and distributing the “Detailed Rules of virtual Power Plant in Guangzhou” ［EB/OL］. ［ 2021-07-01 ］. http：//www. gz.gov.cn/ysgz/tzzc/hddl/content/ post_7391723.html http://www.gz.gov.cn/ysgz/tzzc/hddl/content/post_7391723.html .

关于印发《江苏省电力需求响应实施细则（修订版）》的通知［EB/OL］. ［ 2021-05-05 ］. http：//gxj.yangzhou.gov.cn/yzjingxw/tzgg/201807/ed8d318588104c33b9ba45aef6537238.shtml http://gxj.yangzhou.gov.cn/yzjingxw/tzgg/201807/ed8d318588104c33b9ba45aef6537238.shtml .

Notice on printing and distributing the “Detailed Rules for the Power Demand Response in Jiangsu Province （revision） ” ［EB/OL］. ［ 2021-05-05 ］. http：//gxj.yangzhou.gov.cn/yzjingxw/tzgg/201807/ed8d318588104c33b9ba45aef6537238.shtml http://gxj.yangzhou.gov.cn/yzjingxw/tzgg/201807/ed8d318588104c33b9ba45aef6537238.shtml .

关于开展2020年度电力需求响应工作的通知［EB/OL］. ［ 2021-05-05 ］. http：//fzggw.zj.gov.cn/art/2020/7/8/art_1229123367_1046464.html http://fzggw.zj.gov.cn/art/2020/7/8/art_1229123367_1046464.html .

Notice on carrying out the demand response work in 2020 ［EB/OL］. ［ 2021-05-05 ］. http：//fzggw.zj.gov.cn/art/2020/7/8/art_122912336-7_1046464.html http://fzggw.zj.gov.cn/art/2020/7/8/art_122912336-7_1046464.html .

关于开展2021年度电力需求响应工作的通知［EB/OL］.［ 2021-05-05 ］. http：//gyxxh.tj.gov.cn/ ZWGK4147/ zfxxgknew/fdzdgknrnew/qtfdgkxxnew/202102/t20210202_5345823.html http://gyxxh.tj.gov.cn/ZWGK4147/zfxxgknew/fdzdgknrnew/qtfdgkxxnew/202102/t20210202_5345823.html .

Notice on carrying out the demand response work in 2021 ［EB/OL］. ［ 2021-05-05 ］. http：// gyxxh.tj.gov.c-n/ ZWGK4147/zfxxgknew/ fdzdgknrnew/ qtfdgkxxnew/ 202102/ t20210202_5345823.html http://gyxxh.tj.gov.c-n/ZWGK4147/zfxxgknew/fdzdgknrnew/qtfdgkxxnew/202102/t20210202_5345823.html .

陈吉奂，刘强，李磊，等 . 国网浙江电力高弹性电网需求响应的探索和实践［J］. 电力需求侧管理， 2020 ， 22 （ 6 ）： 75 - 79 .

CHEN Jihuan ， LIU Qiang ， LI Lei ， et al . Exploration and practice on demand response of Zhejiang high elastic power grid ［J］. Power Demand Side Management ， 2020 ， 22 （ 6 ）： 75 - 79 .

丁一，惠红勋，林振智，等 . 面向电力需求侧主动响应的商业模式及市场框架设计［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 14 ）： 2 - 9 .

DING Yi ， HUI Hongxun ， LIN Zhenzhi ， et al . Design of business model and market framework oriented to active demand response of power demand side ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 14 ）： 2 - 9 .

郝洁，高赐威 . 基于需求侧竞价的安徽省激励型电力需求响应机制研究及应用［J］. 电力需求侧管理， 2021 ， 23 （ 2 ）： 63 - 67 .

HAO Jie ， GAO Ciwei . Research and application of incentive power demand response mechanism in Anhui Province based on demand side bidding ［J］. Power Demand Side Management ， 2021 ， 23 （ 2 ）： 63 - 67 .

郭昆健，高赐威，林国营，等 . 现货市场环境下售电商激励型需求响应优化策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 15 ）： 28 - 35 .

GUO Kunjian ， GAO Ciwei ， LIN Guoying ， et al . Optimization strategy of incentive based demand response for electricity retailer in spot market environment ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 15 ）： 28 - 35 .

侯慧，王逸凡，赵波，等 . 价格与激励需求响应下电动汽车负荷聚集商调度策略［J/OL］. 电网技术［ 2021-11-30 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.0719 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.0719 .

HOU Hui ， WANG Yifan ， ZHAO Bo ， et al . Dispatching strategy of electric vehicle aggregator under price and incentive demand response ［J/OL］. Power System Technology ［ 2021-11-30 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.0719 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.0719 .

ZHONG H W ， XIE L ， XIA Q . Coupon incentive-based demand response： theory and case study ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2013 ， 28 （ 2 ）： 1266 - 1276 .

ZHONG H W ， XIE L ， XIA Q ， et al . Multi-stage coupon incentive-based demand response in two-settlement electricity markets ［C］// 2015 IEEE Power & Energy Society Innovative Smart Grid Technologies Conference ， February 18-20 ， 2015 ， Washington， DC， USA ： 1 - 5 .

张智，卢峰，林振智，等 . 考虑用户有限理性的售电公司峰谷组合电力套餐设计［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 16 ）： 114 - 123 .

ZHANG Zhi ， LU Feng ， LIN Zhenzhi ， et al . Peak-valley combination electricity package design for electricity retailer considering bounded rationality of consumers ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 16 ）： 114 - 123 .

牛文娟，李扬，王磊 . 基于风险评估和机会约束的不确定性可中断负荷优化调度［J］. 电力自动化设备， 2016 ， 36 （ 4 ）： 62 - 67 .

NIU Wenjuan ， LI Yang ， WANG Lei . Optimal dispatch of uncertain interruptible loads based on risk assessment and chance constraint ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2016 ， 36 （ 4 ）： 62 - 67 .

RASHIDIZADEH-KERMANI H ， VAHEDIPOUR-DAHRAIE M ， SHAFIE-KHAH M ， et al . A regret-based stochastic bi-level framework for scheduling of DR aggregator under uncertainties ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2020 ， 11 （ 4 ）： 3171 - 3184 .

张鹏，蒯圣宇，刘维，等 . 考虑双侧不确定性的负荷聚集商需求响应资源规划［J］. 电力需求侧管理， 2021 ， 23 （ 1 ）： 49 - 54 .

ZHANG Peng ， KUAI Shengyu ， LIU Wei ， et al . Demand response resources planning for load aggregators considering bilateral uncertainty ［J］. Power Demand Side Management ， 2021 ， 23 （ 1 ）： 49 - 54 .

王蓓蓓，孙宇军，李扬 . 不确定性需求响应建模在电力积分激励决策中的应用［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 10 ）： 93 - 99 .

WANG Beibei ， SUN Yujun ， LI Yang . Application of uncertain demand response modeling in power-score incentive decision ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 10 ）： 93 - 99 .

林俐，张玉 . 激励型需求响应参与主动配电网优化调度的不确定性分析［J］. 华北电力大学学报（自然科学版）， 2020 ， 47 （ 5 ）： 10 - 20 .

LIN Li ， ZHANG Yu . Uncertainty analysis of incentive demand response participating in optimal scheduling of active distribution network ［J］. Journal of North China Electric Power University （Natural Science Edition）， 2020 ， 47 （ 5 ）： 10 - 20 .

祁兵，郑顺林，孙毅，等 . 考虑需求侧动态及耦合特性的激励型综合需求响应优化建模［J/OL］. 中国电机工程学报［ 2021-11-30 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.202351 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.202351 .

QI Bing ， ZHENG Shunlin ， SUN Yi ， et al . A model of incentive-based integrated demand response considering dynamic characteristics and multi-energy coupling effect of demand side ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2021-11-30 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.202351 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.202351 .

ZHENG S L ， SUN Y ， LI B ， et al . Stochastic programming model for incentive-based demand response considering complex uncertainties of consumers ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2020 ， 14 （ 20 ）： 4488 - 4500 .

KIM B G ， ZHANG Y ， VAN DER SCHAAR M ， et al . Dynamic pricing and energy consumption scheduling with reinforcement learning ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2016 ， 7 （ 5 ）： 2187 - 2198 .

徐弘升，陆继翔，杨志宏，等 . 基于深度强化学习的激励型需求响应决策优化模型［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 14 ）： 97 - 103 .

XU Hongsheng ， LU Jixiang ， YANG Zhihong ， et al . Decision optimization model of incentive demand response based on deep reinforcement learning ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 14 ）： 97 - 103 .

李雅婷，张智，杨莉，等 . 考虑源荷储协同优化的增量配售电公司决策模型［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 13 ）： 125 - 132 .

LI Yating ， ZHANG Zhi ， YANG Li ， et al . Decision-making model for incremental electricity distribution and retail companies considering source-load-storage collaborative optimization ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 13 ）： 125 - 132 .

RADOSZYNSKI A M ， DVORKIN V ， PINSON P . Accommodating bounded rationality in pricing demand response ［C］// 2019 IEEE Milan PowerTech ， June 23-27 ， 2019 ， Milan， Italy ： 1 - 6 .

涂夏哲，徐箭，廖思阳，等 . 考虑过程控制的钢铁工业负荷用能行为分析与功率特性建模［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 2 ）： 114 - 120 .

TU Xiazhe ， XU Jian ， LIAO Siyang ， et al . Process controlling based energy consumption behavior analysis and power characteristic modeling for iron and steel industry ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 2 ）： 114 - 120 .

侯佳萱，林振智，杨莉，等 . 面向需求侧主动响应的工商业用户电力套餐优化设计［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 24 ）： 11 - 19 .

HOU Jiaxuan ， LIN Zhenzhi ， YANG Li ， et al . Design of electricity plans for industrial and commercial customers oriented to active demand response on power demand side ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 24 ）： 11 - 19 .

Assessment of industrial load for demand response across U.S. regions of the western interconnect ［EB/OL］. ［ 2021-05-05 ］. https：//www.osti.gov/servlets/purl/1336551 https://www.osti.gov/servlets/purl/1336551 .

QI X J ， JI Z S ， WU H B ， et al . Short-term reliability assessment of generating systems considering demand response reliability ［J］. IEEE Access ， 2020 ， 8 ： 74371 - 74384 .

刘文颖，文晶，谢昶，等 . 考虑风电消纳的电力系统源荷协调多目标优化方法［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 5 ）： 1079 - 1088 .

LIU Wenying ， WEN Jing ， XIE Chang ， et al . Multi-objective optimal method considering wind power accommodation based on source-load coordination ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 5 ）： 1079 - 1088 .

ZHAO C Y ， WANG J H ， WATSON J P ， et al . Multi-stage robust unit commitment considering wind and demand response uncertainties ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2013 ， 28 （ 3 ）： 2708 - 2717 .

MOSHARI A ， EBRAHIMI A ， FOTUHI-FIRUZABAD M . Short-term impacts of DR programs on reliability of wind integrated power systems considering demand-side uncertainties ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 31 （ 3 ）： 2481 - 2490 .

艾欣，周树鹏，赵阅群 . 基于场景分析的含可中断负荷的优化调度模型研究［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （增刊1 ）： 25 - 31 .

AI Xin ， ZHOU Shupeng ， ZHAO Yuequn . Research on optimal dispatch model considering interruptible loads based on scenario analysis ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ Supplement 1 ）： 25 - 31 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

考虑差异化激励的中小用户参与准线型需求响应交易机制

考虑用户响应差异的聚合商需求响应投标定价联合优化方法