《電網中動態電價下需求方用電管理》是依託清華大學，由梁湧擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：電網中動態電價下需求方用電管理
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：梁湧
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
傳統電網中需求方的定價主要包括恆定電價或分時電價等固定電價機制。這些定價機制難以反映電網中的實時供需關係，從而嚴重影響了電網的效率。隨著用電需求的快速攀升，在現有基礎設施下供電方的總裝機容量顯得愈發緊張。而可再生能源占總裝機容量比例的迅速提升以及電動汽車和智慧型電器等的加入也為傳統電網的發展帶來了新的機遇與挑戰。如何為電力定價和需求方用電管理設計合理的機制，是協調電網供需、減少能源浪費、加強電網供電可靠性的關鍵。.近年來，供應鏈管理領域的基礎理論逐步滲透到能源領域並得到了廣泛的套用。本項目著重從兩個方面在能源供應鏈管理領域進行創新：一是通過魯棒最佳化，研究並分析在何種條件下需求方用戶在動態電價下的效用不會差於在恆定電價下的效用；二是研究恰當的需求方用電管理機制，以實現協調電網中供需平衡的問題。本項目還將在套用層面上進一步分析中國電網的現狀和面臨的問題，並力爭為發展方向和改革途徑提出創新性建議。
結題摘要
國際上於本世紀初提出了 Smart Grid 的概念，利用技術的手段使得動態實時電價成為了可能，而一系列的中試實驗反饋的效果並不理想。研究者發現造成動態電價調整供需平衡效果不佳的原因在於缺乏有效的用電側自動化控制手段。課題工作之一直接最佳化智慧型電網中需求側的控制。工作假設供給側釋放價格信號來激勵用電消費的削峰填谷。工作在弱假設下得到普適算法，可以被套用在各類型的用戶端。用戶購買裝配申請人算法模組的產品，只需要短時間的試運行，採集相關數據，即可自適並進行用戶端最優控制。研究有兩個難點：(1) 缺乏關於電價和需求的隨機分布函式，(2) 問題涉及高維度，導致了維度災難。工作的貢獻是利用一個基於近似動態規劃 (Approximate Dynamic Programming) 的算法來解決分布函式未知和維度災難問題，並設計了偽多項式時間算法去解決近似後函待解決的最佳化問題。這工作形成了一篇論文發表在工業工程頂級期刊IISE Transactions。 第二項工作仍屬於能源供應鏈範疇，但是具體問題切換到天然氣 Gunbarrel 結構的管網運輸最佳化問題。這項研究旨在增進供給側效率，改善供需平衡，為需求側爭取更大的空間進行最佳化。天然氣的運輸直接消耗天然氣來為管網增壓，消耗巨大並產生碳排放。本工作解決了天然氣運輸領域數十年來的難點，有效的計算出最優的增壓方式。方法仍是基於動態規劃的算法，創新點是算法的設計，使得傳統上由於計算複雜度過高而無法得到解決的問題能夠被有效率的解決。數值試驗驗證了算法精度達到甚至超過現有仿真商業軟體能給出的精度，具有現實的利用價值。研究形成了一篇論文發表在UTD24的期刊 INFORMS Journal on Computing。 第三項工作將我們的控制思路進一步抽象，研究二部圖基礎上的柔性 (flexibility) 網路結構設計問題。可套用於社區電網配置。柔性指利用現有產能滿足不確定需求的能力，而該能力是由柔性的網路結構所賦予的。主要的研究問題是如何在所有隨機性事件被觀測之前設計一個稀疏的網路結構，使得在隨機性事件被觀測到後二部圖的網路流能夠滿足預設的服務水平的問題。這裡的隨機性事件可以是需求或供給的中斷或需求量的不確定性。工作形成的論文已被 Productions and Operations Management 接收。
