基于复杂流程工业网络的电力需求响应模型研究

Smart Grid integrates information and communication technologies with conventional power grid, which enables customers to actively participate in the management of power grid by adjusting their power consumption pattern, which is the “user-side demand response”. However, the introduction of real-time electricity prices significantly increases the uncertainty and complexity of demand response in complex industrial process as well as increases the real-time requirements on demand response. To solve this problem, we will concentrate on the research of adaptive electrical demand response model for complex industrial process in this research. From the complex systems’ theory, we will propose new methods to analyze the statistic characteristics and the dynamic evolution principles of electrical baseline load with full consideration on the power consumption pattern and the organization of complex industrial process. With the support of theoretical analysis results, we will respectively propose a demand response strategy based on the node importance degree and an adaptive demand response strategy based on the dynamic & real-time electricity prices in smart grid in order to minimize the overall cost of the electrical energy. This project aims to build an adaptive electrical demand response model for complex industrial process in smart grid, which will provide innovative theory for characteristic analysis and adaptive optimizing methods for the demand response of industrial process in smart grid.

智能电网将双向信息交互引入传统电力网络，使得用户可以通过调整自身电力能耗的方式，主动参与电网运营活动，即用户侧“电力需求响应”。而智能电网动态实时电价的引入，加剧了流程工业电力需求响应问题的复杂性与不确定性，并对需求响应的实时性提出了新的挑战。为解决这一问题，本项目将研究面向流程工业的自适应电力需求响应模型。从复杂系统理论的视角，结合流程工业电能消耗模式与网络结构特性，提出电力需求响应统计特性分析方法与电力基线负荷动态演化分析方法，以揭示流程工业与智能电网的双向互动规律；同时，结合流程工业电力需求响应特性分析结果，设计基于复杂流程工业网络节点重要度优先的需求响应策略与基于电网动态实时电价的自适应需求响应策略，以降低工业用户的整体电能开销。本项目旨在建立智能电网背景下的流程工业自适应电力需求响应模型，为流程工业的需求响应特性分析及动态优化提供新的理论和方法。

工业用户是电力能源的主要消费者之一，约占全国电能消耗总量的68%，因此是电网需求响应中不可或缺的重要组成部分。但是，工业用电设备之间的强关联特性与电网动态电价的不确定性，增加了工业需求响应问题的复杂度。针对上述现实问题与实际需求，本项目针对工业用户电力需求响应的基础理论与方法展开研究，形成了较为系统的研究成果，主要包括以下三部分：智能电网广域需求响应信息交互方法，智能电网邻域及用户域需求响应信息传输技术，以及工业用户自适应需求响应模型。其中，需求响应信息交互技术的研究，有效改善了需求响应信息在广域、邻域、以及用户域传输的实时性、可靠性、与兼容性；而所提出的用户自适应需求响应模型，在不影响生产任务与可靠性的前提下，实现了根据电网动态电价调整自身电能需求的目的。同时，该项目搭建了实验及仿真平台，对所提出方法及模型的性能进行分析验证。结果表明，本项目所提出的方法、模型、以及技术，实现了工业需求响应的预期目标，降低了工业用户的整体电能开销。