可再生电力的电网集成与分布式控制
1. 引言
在当今社会，气候变化和可持续发展问题日益凸显，电力行业脱碳的需求变得尤为迫切。因此，全球正掀起一股将风能和太阳能等可再生能源大规模融入现有电网的热潮。然而，风能和太阳能发电具有固有的不确定性、间歇性和不可调度性，这些特性统称为“可变性”，给可再生能源的大规模集成带来了巨大挑战。特别是在考虑到竞争市场、低成本和高可靠性等因素时，问题变得更加复杂。
为了解决可再生能源的可变性问题，需求侧管理（DSM）或需求响应（DR）计划成为了一种有前景的解决方案。这些计划旨在通过调整电力消费来匹配预测的发电量。随着电力系统运营模式的转变，消费者将被激励利用其负载（如电动汽车、空调、热泵、热水器等）的灵活性来管理自身的电力需求。分布式控制作为一种重要工具，可用于解决此类问题，其中中央当局发送控制信号（如电价），消费者根据自身的效用函数决定消费计划。
在分布式控制中，比例分配机制是一种常用的策略。中央当局会为所有消费者计算一个价格，使得每个代理分配到的电量与其愿意支付的货币价值成正比。这种机制已被用于制定电动汽车充电问题，但在更广泛的智能电网环境中尚未得到充分研究。
消费者行为在分布式需求响应计划的实施中起着关键作用。在非合作博弈中，消费者的自私行为可能导致系统效率低下。因此，设计分布式控制系统时，需要确保因自私行为导致的效率损失是有界的。“无政府价格（PoA）”这一概念被提出，用于衡量分布式控制相对于集中式最优解决方案的效率。
接下来，我们将介绍两种需求响应方法的显著成果。第一种方法适用于可用电力有限的情况，控制当局设计价格信号以在供需平衡的前提下最大化社会福利。我们发现，如果使用比例分配机制设计价格信号，无政府价