基于实时电价的智能电网需求响应与能量调度策略研究

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1、基于实时电价的智能电网需求响应与能量调度策略研究AStudyonDemandResponseandEnergyDispatchStrategyforSmartGridsbasedonReal-TimePrice一级学科：控制科学与工程学科专业：控制理论与控制工程研究生：杨婕指导教师：张国山教授天津大学电气与自动化工程学院二〇一四年十二月十五日独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天天天津津津大大大学学学或其他教育机构的学位或证书而使

2、用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名:签字日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天天天津津津大大大学学学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天天天津津津大大大学学学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:导师签名:签字日期:年月日签字日期:年月日摘要摘要智能电网是庞大的信息物理系统，市场参与者无法实现全

3、局的信息共享。因此，实现分布式的市场管理是亟待解决的关键问题。本论文基于凸优化和博弈论，分别针对大型商业和工业用户以及小型居民用户，提出了基于实时电价的智能电网分布式需求响应与能量调度策略。主要的创新性研究工作如下：首先，针对大型商业和工业用户，提出了分布式负荷控制算法和实时定价策略。并以面向供需匹配的实时定价策略为例，设计了电价参数调整算法。基于Lyapunov稳定性理论，证明了负荷控制算法和电价参数调整算法的全局渐近稳定性，并给出了算法的分布式实现过程。其次，针对小型居民用户，提出了具有社会福利最优性的能量消耗控制与实时定价算法，并证明了算法的全局渐近稳定性。进而，

4、基于非线性控制理论，证明了算法存在扰动情况下的输入到状态稳定性。再次，针对大型商业和工业用户，基于分层博弈理论，提出了联合需求响应与发电调度策略。通过求解非合作博弈的Nash均衡，获得了用户的需求响应策略；采用逆向归纳法，获得了发电商的发电调度策略。基于子梯度法，提出了能量消耗和能量生产调度算法，并证明了算法的收敛性。最后，针对小型居民用户，基于Stackelberg博弈理论，建立了联合需求响应、购电与发电调度策略。基于对偶分解原理和KKT条件，获得了用户的需求响应策略、零售商的购电策略以及发电商的发电调度策略。论文的研究结果表明，分布式负荷控制和实时定价算法具有较快的

5、收敛速度，可以实现电力市场的供需匹配和移峰填谷；联合需求响应与发电调度策略也可以实现供需匹配和移峰填谷，且与固定电价相比，实时电价策略可以有效降低电力市场的峰均比、日平均电价和日负荷；联合需求响应、购电与发电调度策略可以保证零售商从两阶段电力交易中获益。关键词：智能电网需求响应能量调度凸优化博弈论实时电价IABSTRACTABSTRACTSmartgridisalarge-scalecyber-physicalsystem,wherethemarketparticipantsdonothavetheglobalinformationofthemarket.Therefo

6、re,implementingdistributedmar-ketmanagementisakeyproblemtobesolved.Thisthesisstudiesdistributeddemandresponseandenergydispatchstrategyusingconvexoptimizationandgametheoryforlargecommercialconsumers,industrialconsumers,andsmallresidentialconsumers.Themaincontributionsareasbelow.Firstly,th

7、edistributedloadcontrolalgorithmandthereal-timepricingstrategyaredevelopedforlargecommercialconsumersandindustrialconsumers.Theadjustmentalgorithmsofthepricingparametersaredesignedforthepricingstrategythatistomatchsupplywithdemand.Theglobalasymptoticstabilityisprovedbased