第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
需求响应(Demand Response,DR)，是指当电力批发市场价格升高或系统可靠性受威胁时，电力用户接收到调度方发出的诱导性减少负荷的直接补偿邀约或者电力价格上升的信号后，改变其原有的用电计划或改变其用电模式，达到减少或者推移某时段的用电负荷的目的，从而保障电网稳定，并抑制电价上升的行为,同时也是用户的一种能力体现。需求响应从提出至今，无论是在理论上，还是在实践当中，都验证其对于延缓电网基础设施的建设，缓解用电高峰期的紧张程度，减小负荷曲线的峰谷差、减小电价的波动程度以及在提高电网的可靠性、让电网更快地从事故或紧急状态中恢复等方面均有积极的意义。需求响应有多种分类方式，本文采用的是美国纽约州或 PJM(Pennsylvania NewJersey Maryland)电力市场中的分类方式，将需求响应区分为紧急需求响应(EmergencyDemand Response)和经济需求响应(Economic Demand Response,EDR)。紧急需求响应是指在容量市场中交易的用于保障电网安全的需求响应；而经济需求响应则是指在批发市场中交易用于降低批发电价的需求响应。其中作为本文研究对象的经济需求响应，其最大的特点在于使参与者能够直接响应批发电价，并且严格地保证参与者的经济性。在较为成熟的电力市场中，经济需求响应主要是参与到主能量市场当中，可以看做是“负发电量”参与到电力零售或批发市场当中。经济需求响应的实施，需要满足一定的市场条件和物理条件。其中市场条件是指需要有足够开放、成熟的电力市场环境，这是保证需求侧负荷能够公平地进行竞价的基础，也是体现 EDR 经济性的制度基础；物理条件是 EDR 得以顺利实施的设备基础，包括通讯设施设备、高级计量体系（Advanced Metering Infrastructure,AMI）等，当前各国积极建设的智能电网便满足该条件。当前中国的电力工业中无论是在电力市场机制的建立方面还是智能电网的建设方面，都无法完全得达到 EDR 的实施条件，但已经奠定了一定的基础。
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1.2 当前国内外经济需求响应的研究现状
1.2.1 国外需求响应的研究与应用
在大部分的电力系统中，全年的峰时时段内只占据全年约 1%总时段。由于直至如今电能仍无法大量存储，为了满足峰时时段用电需求而建设的大量机组和输电设施在全年的大部分时段都被闲置。发电的可变成本是随时改变的，而在峰时时段的成本往往是最高的。由此就逐渐催生了需求响应的概念。需求响应的概念由来已久。早在 1983 年的时候，美国加州的公共事业委员会便提出并实施了“需求侧管理项目成本-效益分析实践标准”[1]。在电力市场开放之前，电力系统中一直采用需求侧管理的方法结合法律、政策手段强制性对电力需求进行管制。及至电力系统垄断的打破和电力市场的初步成立，需求响应作为需求侧管理的解决方案之一被逐渐提及。国外对于需求响应的研究和应用都开展得比较早。文献[2]提及了早在 2000 年夏天美国加州实施的需求响应项目。随着电力市场的逐步的开放和电网技术的快速发展，越来越多的国家意识到需求响应的巨大的经济效应，也越来越多国家开展对需求响应的研究及实施。文献[3]量化了欧洲 40 个国家的理论需求响应潜力，认为各国全年中有至少61GW 的负荷削减型需求响应和 68GW 的负荷增加型需求响应的潜力。而文献[4]则是在当今智能电网广泛建设的背景下，研究了智能电网下需求响应的需求响应的潜力和经济、电网和社会效益；该文献提出，诸如智能电表、智能能量控制器和通讯电网等创新的技术发展极大地促进了需求响应的效率。
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第二章 经济需求响应的内涵和实施条件
绪论中对国内需求响应的研究与实施现状进行了研究，尤其是对国外 EDR 的实施状况进行了总结。虽然需求响应的概念由来已久，但就当前而言，EDR 尚属较新的概念。本章首先对 EDR 的内涵进行深入剖析，重点指出其“经济”的含义；然后对 PJM 电力市场中的 EDR 全方面的研究，包括其发展的历程、当前状况及存在的问题；在上述研究的基础上，分别从市场条件和物理条件对 EDR 实施的必要条件进行详尽分析。
2.1 经济需求响应内涵
2.1.1 经济需求响应的概念
需求响应的分类，国内外均无统一的标准，在不同的国家地区中按照不同的标准对需求响应的分类主要有如表 2-1 所示的几种。而在国内主流的分类标准一般是将需求响应分为基于价格（Price-based）的需求响应和基于激励的需求响应（Incentive-based）；而本文研究的经济需求响应是根据实施的目的来加以区分。实施需求响应的直接目的主要有两个：降低峰时负荷和提高可靠性。经济需求响应是由前者衍生出来的，在降低峰时负荷的同时降低市场中的电价。与诸如分时电价，尖峰电价，直接负荷控制等其他较常见的需求响应相比最重要区别在于，经济需求响应是直接参与到批发电力市场中能够直接影响 LMP；在市场出清后统一由调度中心或独立系统运营商进行统一调配；至于该项需求响应实施的具体步骤，与其他类型的需求响应并无分别。因此，经济需求响应可以总结为如下的定义：经济需求响应是终端用户直接参与批发电力市场下的一定条件下的改变用电模式或计划的用户自愿的承诺或行为。此处“一定的条件”指的是：保证实施者的经济性，在 PJM 中即负荷高峰的时段或 LMP 过高的情况下，且实施该行为能够给电网带来净经济效益，即实施的成本需小于实施的收益。
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2.2 经济需求响应实施的市场条件
EDR 实施的必要条件之一就是批发电力市场的建立。批发电力市场分为集中交易式和分散交易式两大类[39]；集中交易式的批发市场中所有的成交电量和成交价格必须由批发市场“出清”，再交由调度中心调度；而分散式的批发市场中大部分电量和价格都由双边合同确定，而且大部分为发用电双方的长期合同，在前一日向调度中心提交次日的发用电曲线。如图 2-5 所示的是集中交易式的批发电力市场，集中式的批发电力市场中，EDR 可以直接参与到市场中，进行 LMP 的报价决策，像 PJM、NYISO 等批发市场就属于此类；而在分散式中，由于缺乏集中市场，因此 EDR 只能参与到平衡性的批发市场中进行竞价，英国自 NETA 的实施到英国电力贸易和传输机制（British Electricity Tradeand Transmission Agreement,BETTA）实施都采用的是这种模式，其实施的 EDR 也正是在平衡性批发市场中进行交易，以降低远期合同的价格。批发市场是 EDR 得以成功实施的载体，但同时 EDR 对促进批发市场的良性运行起到了重要的作用。1）首先，无论是集中交易式还是分散交易式的批发电力市场，EDR的作用都主要是降低批发市场的价格：在集中交易市场中表现为“出清”的日前或实时电价，而分散交易市场中则表现为对远期合同价格的降低；2）其次，EDR 使 EUC 直接加入到批发竞价中，增强了需求响应能力、提高了需求价格弹性，对于限制市场寡头的市场力起到了重要的作用[40]。
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第三章 考虑 CBL 不确定性的经济需求响应模型研究.............16
3.1 背景分析......16
3.2 负荷转移型 EDR 方案.....17
3.3CBL 的计算方法.....20
3.4 模型建立......21
3.5 案例分析......23
3.6 本章小结......26
第四章 GridLAB-D 的应用研究与改进.......28
4.1 GridLAB-D 中的主要模块及分析 .......28
4.2 GridLAB-D 中的需求响应模型 ...........31
4.3 本文对 GridLAB-D 的改进 .......34
4.4 本章小结 .....40
第五章 基于 GridLAB-D 的经济需求响应模型仿真与分析.....41
5.1 仿真模型搭建 ........41
5.2 对比组的仿真与分析 ......44
5.3 批发电力市场下 EDR 的仿真与分析 ...........46
5.4 本章小结......53
第五章 基于 GridLAB-D 的经济需求响应模型仿真与分析
为了验证 GridLAB-D 对于基于 Agent 的时间序列仿真的效果，及验证 EDR 对于用户和电网的实际效果和EDR实施过程中需注意的细节之处；本章在第四章的基础之上，搭建了一个用以建模仿真的构架，并根据该构架进行了如下内容的仿真与分析：(1).情景 1 是在没有引入市场前,在默认设置情况下用户负荷曲线和在固定电价情形下的用电费用；情景 2 是初步引进 TOU 情况下，被动型的 DR 的实施的情形下用户的负荷曲线和用电费用等情况；这两种情况都是为后面做铺垫的对比；(2).情景 3：无 EDR 的批发电力市场模式以及 PJM 模式的批发电力市场情景下 EDR的实施情况分析；(3).情景 4：批发电力市场情景下本文第三章所提出的 EDR 模型的实施情况；(4).EDR 实施问题的探讨： EDR 实施过程中反弹问题的仿真与分析、EDR 响应负荷结构的影响以及供应价格曲线对于 EDR 实施的影响和判断。本章中仿真的负荷并没有加入商业负荷和工业负荷
