【电力系统】不计电池储能寿命损耗的微电网经济调度+三类需求侧响应研究附Matlab代码

原创于 2025-12-16 11:37:53 发布 · 533 阅读

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🔥 内容介绍

1. 引言 (Introduction)

1.1 研究背景与意义

在“双碳”目标引领下，以分布式光伏（PV）、风电（WT）为代表的可再生能源在微电网中的渗透率持续提升，推动能源系统向清洁低碳转型[1-2]。微电网作为整合分布式能源、储能系统与多元负荷的核心单元，其经济调度能力直接决定能源利用效率与运行经济性[3]。电池储能系统（BESS）因具备灵活的充放电调节特性，成为平抑可再生能源出力波动、保障微电网功率平衡的关键支撑设备[4]。在工程实践与初期理论研究中，为简化模型复杂度，常采用不计电池储能寿命损耗的假设，聚焦于调度策略本身的经济性优化。

需求侧响应（Demand Response, DR）通过引导用户调整用电行为，可有效挖掘负荷侧调节潜力，提升微电网运行灵活性与经济性[5]。当前需求侧响应主要分为价格型、激励型与可中断型三类，不同类型DR的响应机制与适用场景存在显著差异：价格型DR通过分时电价等价格信号引导用户自主调整用电；激励型DR通过补贴等经济激励措施引导用户参与负荷调节；可中断型DR则通过签订协议约定负荷中断条件与补偿标准[6]。将三类需求侧响应与微电网经济调度协同优化，可充分发挥源荷双侧调节潜力，进一步提升运行经济性。

然而，现有研究多聚焦于单一类型需求侧响应与微电网调度的结合，或未充分考虑不计电池储能寿命损耗假设下的调度策略优化逻辑，难以充分挖掘源荷协同潜力[7]。因此，开展不计电池储能寿命损耗的微电网经济调度与三类需求侧响应协同优化研究，明确三类DR的协同作用机制，构建高效的调度优化模型，对提升微电网运行经济性、促进可再生能源消纳具有重要的理论价值与工程意义。

1.2 国内外研究现状

国内外学者围绕微电网经济调度与需求侧响应开展了大量研究。在微电网经济调度方面，Li等[8]构建了考虑光伏出力不确定性的微电网经济调度模型，通过优化分布式电源与储能的出力策略降低运行成本，但未考虑需求侧响应的调节潜力；Zhang等[9]提出了计及电池储能寿命损耗的微电网调度优化方法，通过引入储能寿命成本系数提升模型实用性，但增加了模型复杂度，且未涉及多类型需求侧响应的协同。

在需求侧响应与微电网调度结合方面，Wang等[10]将价格型需求侧响应纳入微电网经济调度模型，通过分时电价引导用户调整用电负荷，提升了可再生能源消纳率，但未考虑激励型与可中断型DR的协同作用；Chen等[11]研究了激励型需求侧响应在微电网调度中的应用，通过优化补贴策略引导用户参与负荷调节，但忽略了不同类型DR的互补性；Liu等[12]构建了包含可中断负荷的微电网调度模型，通过中断高耗能负荷保障系统稳定运行，但未结合价格信号与经济激励实现多维度调节。

现有研究尚未充分实现不计电池储能寿命损耗假设下，微电网经济调度与三类需求侧响应的深度协同优化，缺乏对三类DR协同机制与优化逻辑的系统分析，难以充分挖掘源荷双侧潜力。因此，亟需构建兼顾三类需求侧响应的微电网经济调度模型，明确协同优化策略。

1.3 研究内容与创新点

本文以不计电池储能寿命损耗为前提，聚焦微电网经济调度与三类需求侧响应的协同优化，具体研究内容包括：（1）分析微电网核心构成与运行特性，明确三类需求侧响应的作用机制与建模方法；（2）构建不计电池储能寿命损耗的微电网经济调度与三类需求侧响应协同优化模型，以最小化运行总成本为目标，考虑可再生能源出力约束、储能充放电约束与三类DR约束；（3）设计高效的优化算法求解模型，得到最优的分布式电源出力、储能充放电策略与三类DR调度方案；（4）通过仿真实验验证模型与算法的有效性，分析三类DR的协同作用与经济效益。

本文的创新点主要体现在：（1）提出了微电网经济调度与三类需求侧响应的协同优化框架，系统整合价格型、激励型与可中断型DR，充分挖掘负荷侧调节潜力；（2）构建了不计电池储能寿命损耗的协同优化模型，简化模型复杂度的同时，明确了源荷协同优化逻辑，为工程初期调度策略制定提供理论支撑；（3）量化分析了三类需求侧响应的协同效益，明确不同场景下各类DR的最优配置比例，为微电网需求侧管理提供决策依据。

1.4 论文结构

论文后续结构安排如下：第2节阐述微电网构成与三类需求侧响应作用机制；第3节构建不计电池储能寿命损耗的协同优化模型；第4节设计模型求解算法；第5节通过仿真实验验证模型有效性并分析结果；第6节总结全文并展望未来研究方向。

2. 微电网构成与三类需求侧响应作用机制 (Microgrid Composition and Mechanism of Three Types of Demand Response)

2.1 微电网核心构成

本文研究的微电网系统主要由分布式电源、电池储能系统、多元负荷与公共连接点（PCC）构成。其中，分布式电源包括光伏电站与风电站，为微电网提供清洁电能；电池储能系统用于平抑可再生能源出力波动、保障功率平衡，不计其寿命损耗，仅考虑充放电功率与SOC约束；多元负荷包括刚性负荷（不可调节）、价格响应负荷、激励响应负荷与可中断负荷，分别对应不同类型的需求侧响应；公共连接点用于实现微电网与大电网的功率交互，当微电网内部电能不足时从大电网购电，盈余时向大电网售电。

2.2 三类需求侧响应作用机制

2.2.1 价格型需求侧响应（Price-Based DR）

价格型DR通过制定分时电价（TOU）、实时电价（RTP）等差异化价格信号，引导用户自主调整用电时间与用电负荷。本文采用分时电价机制，将一天24小时划分为峰、平、谷三个时段，不同时段设定不同电价：峰时电价最高，引导用户减少用电；谷时电价最低，引导用户增加用电；平段电价介于两者之间。价格型DR的响应负荷调整量与电价差呈正相关，其响应模型可通过弹性系数法构建。

2.2.2 激励型需求侧响应（Incentive-Based DR）

激励型DR通过设定经济补贴标准，引导用户在微电网运行紧张时段（如可再生能源出力不足、负荷高峰）主动削减负荷，或在电能盈余时段（如可再生能源出力高峰）增加负荷。微电网运营商根据负荷调节量向用户支付补贴，补贴标准与调节时段的系统运行压力正相关。激励型DR的核心是通过优化补贴策略，实现用户收益与微电网运行经济性的平衡。

2.2.3 可中断型需求侧响应（Interruptible DR）

可中断型DR针对高耗能负荷（如工业电炉、水泵），微电网运营商与用户签订可中断负荷协议，约定负荷中断的触发条件（如可再生能源出力骤降、大电网停电）、中断时长与补偿标准。当触发条件满足时，微电网可中断指定负荷，并按协议向用户支付补偿费用。可中断型DR具有调节力度大、响应速度快的特点，主要用于保障微电网紧急运行状态下的功率平衡。

2.3 三类需求侧响应协同作用逻辑

三类需求侧响应通过差异化调节机制实现协同互补：平常规运行时段，通过价格型DR引导用户优化用电行为，实现常态化负荷调节；当可再生能源出力波动较大或负荷出现小幅峰值时，启动激励型DR引导用户柔性调节负荷，平抑功率波动；当微电网遭遇紧急工况（如可再生能源出力骤降、大电网故障）时，触发可中断型DR中断高耗能负荷，保障系统稳定运行。三类DR的协同作用可充分覆盖微电网不同运行场景的调节需求，提升源荷协同优化效果。

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2.6 GRU/Bi-GRU/CNN-GRU/CNN-BiGRU门控神经网络时序、回归预测和分类

2.7 ELMAN递归神经网络时序、回归\预测和分类

2.8 LSTM/BiLSTM/CNN-LSTM/CNN-BiLSTM/长短记忆神经网络系列时序、回归预测和分类

2.9 RBF径向基神经网络时序、回归预测和分类

2.10 DBN深度置信网络时序、回归预测和分类

2.11 FNN模糊神经网络时序、回归预测

2.12 RF随机森林时序、回归预测和分类

2.13 BLS宽度学习时序、回归预测和分类

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