SUPERVISOR
Gholamreza Yousefi,Mohamadamin Latifi
غلامرضا یوسفی (استاد راهنما) محمدامین لطیفی (استاد راهنما)
STUDENT
Reza Bajoul
رضا باجول
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
TITLE
Residential Demand Response Coordination Considering Static Load Model in Presence of Wind Generation
In recent years, smart grid (SG) has been introduced as a solution to enhance efficiency of distribution networks. SGs facilitate utilization of distributed generation, especially renewable resources. Demand response (DR) is known as one of the key elements of SGs. Demand response coordination (DRC) for residential loads is one of the most challenging problems to gain the advantages of SGs. Usually, in literature, the main focus have been on the economic aspect of DR while distribution network constraints and the static load modeling and their impacts on DR are neglected. In this thesis, the DRC for residential customers considering static load modeling in the presence of distributed wind generation is discussed. In this thesis, in the first step, we define demand response mismatch (DRM) which is caused by the dependency of loads to their supply voltage. Then, the impact of the effective parameters (Load reduction amount and power factor) on DRM is evaluated by simulation. The results show that the mismatch in residential DR can greatly affect the utilization of DR and could lead to ineffective utilization of these programs. Therefore, in this thesis we proposed an iterative procedure for residential DRC considering the static load modeling. In our method, the customers optimize their electricity demand, according to the signals received from the operator (energy price, desired level of consumption and incentives for each customer) and then they submit their scheduled demand to the operator. The operator fines the customers using penalty factors based on the amount of the deviation from the scheduled demand, and consequently for each customer calculates incentive according to the improvement of the total system load profile, at each iteration of the proposed mechanism. In order to eliminate DRM, in the proposed method, the voltage magnitudes are sent to the customers. Thus, they would be able to respond to the load reduction, requested by the operator, more accurate through the exact determination of their consumption using static load models in the calculations. The results of simulations demonstrate the efficiency of the proposed algorithm for DRM elimination. An increase in the wind power generation integration in distribution networks, considering stochastic nature of wind, may cause challenges for DRC implementation in distribution networks. Since the aforementioned DRC algorithm is performed under deterministic prices, it is necessary to announce the prices to the customers under the uncertainties of wind generation resources and real time electricity market prices. To do so, the proposed mechanism expanded to take into account some uncertainties. The operator deals with the uncertainties using stochastic programing to determine the optimized power purchased from both day-ahead and real-time electricity markets. To calculate the risk of this pricing method, the proposed one day algorithm is simulated for a one month study time horizon. The results demonstrate the efficiency of our proposed algorithm in the presence of wind power generation resources. Keywords : 1-Demand Response, 2-Static Load Modeling, 3-Wind Generation, 4-Stochastic Programing, 5-Optimization
شبکه هوشمند در سالهای اخیر بهعنوان یکراه حل برای دستیابی به بهرهبرداری کارآمدتر در سیستم توزیع مطرح شده است. در شبکه هوشمند زمینه استفاده هر چه بیشتر از منابع تولید پراکنده بهویژه منابع تجدیدپذیر فراهم میشود. پاسخگویی بار بهعنوان یکی از کلیدیترین اجزای شبکه هوشمند شناخته میشود. هماهنگی برنامههای پاسخگویی بار برای بارهای مسکونی یکی از مسائل مهم در این حوزه، برای دستیابی به مزیتهای شبکه هوشمند است. تاکنون در اکثر تحقیقات انجامشده جنبهی اقتصادی برنامههای پاسخگویی بار مورد توجه قرار گرفته شده است و از تأثیر قیود بهرهبرداری شبکه توزیع و مدلسازی بار استاتیکی بر روی برنامههای پاسخگویی بار صرفنظر شده است. این خود باعث بروز چالشهایی در کارآیی برنامههای پاسخگویی بار میشود. در این پایاننامه، به هماهنگی برنامههای پاسخگویی بارهای مسکونی با در نظر گرفتن مدل استاتیکی بار در حضور منابع تولید پراکنده بادی پرداخته میشود. در این پایاننامه در ابتدا مفهوم عدم تطابق برنامههای پاسخگویی بار که ناشی از وابستگی بار به ولتاژ است، بررسی و سپس پارامترهای تأثیرگذار (درصد کاهش بار و ضریب توان) بر روی آن شبیهسازی میشود. منطبق بر نتایج بهدستآمده در این بخش، عدم تطابق پاسخگویی بارهای مسکونی تا حد زیادی میتواند استفاده از برنامههای پاسخگویی را تحت تأثیر قرار دهد و موجب ناکارآمدی این برنامهها شود. لذا در این پایاننامه سازوکاری مبتنی بر تکرار برای هماهنگی بارهای مسکونی با در نظر گرفتن مدل بار استاتیکی ارائه میشود. در سازوکار پیشنهادی، مشترکین با توجه به سیگنالهای ارسالی از سوی بهرهبردار شرکت توزیع در هر تکرار، (که شامل قیمت انرژی، میزان مطلوب مصرف و میزان پاداش هر مشترک است) مقدار بهینه مصرف انرژی خود را با اجرای مسأله بهینهسازی مدیریت انرژی محاسبه و برای بهرهبردار شبکه ارسال میکنند. بهرهبردار شبکه نیز در هر تکرار، بر اساس انحراف از میزان مطلوب بار ارسالی، توسط ضریب جریمه، مشترکین را جریمه و با استفاده از درآمدهای ناشی از جریمههای مشترکین در هر تکرار، پاداش تخصیصیافته به هر مشترک را بر اساس بهبود پروفیل کل بار مصرفی شبکه محاسبه میکند. همچنین بهمنظور حذف عدم تطابق پاسخگویی بار مشترکین، ولتاژ محل مصرف توسط بهرهبردار برای مشترکین ارسال میشود. مشترکین با در اختیار داشتن ولتاژ محل مصرف با مدلسازی بار استاتیکی، میتوانند به نحوی صحیح به میزان بار مطلوب درخواستی در طول تکرارها که از سوی اپراتور ارسال میشود پاسخگو باشند. نتایج شبیهسازی در این بخش حاکی از کارآمد بودن الگوریتم ارائهشده برای حذف عدم تطابق برنامههای پاسخگویی بار است. افزایش نرخ نفوذ منابع تولید بادی در شبکههای توزیع نیز به دلیل ماهیت تصادفی تولید توان، میتواند اجرای هماهنگی پاسخگویی بار را با مشکل مواجه نماید. ازآنجاکه الگوریتم هماهنگی پاسخگویی بارِ پیشنهادی تحت قیمتهای مشخص و قطعی انجام میشود، لازم است تا قیمتهای اعلامی به مشترکین بهصورت معین، با در نظر گرفتن منابع عدم قطعیتهای تولید بادی و قیمت بازار زمان لحظهای برق انجام شود. به این منظور سازوکار پیشنهادی، هماهنگی پاسخگویی بار را با در نظر گرفتن عدم قطعیتها توسعه میدهد. بهرهبردار شبکه برای تعیین میزان خرید توان بهینه از بازار، از برنامهریزی تصادفی برای مواجه با عدم قطعیت تولید منابع تولید پراکنده بادی استفاده میکند. برای محاسبه ریسک ناشی از این نوع قیمتگذاری، الگوریتم یکروزه ارائهشده را در طول دوره یکماهه اجرا میکنیم. نتایج گویای کارآمدی سازوکار پیشنهادی، در حضور منابع تولید پراکنده بادی میباشد. کلمات کلیدی: 1- برنامههای پاسخگویی بار، 2- مدلسازی استاتیکی بار، 3- تولید بادی، 4- برنامهریزی تصادفی، 5- بهینهسازی