碳排放约束下虚拟电厂鲁棒优化竞标模型

虚拟电厂中的可再生能源发电出力和电力市场的电价具有不确定性特征,在虚拟电厂的竞标中如何处理这些不确定性因素的影响值得深入研究。应用鲁棒优化的方法处理风电出力和电力市场电价的不确定性,同时考虑碳排放约束对虚拟电厂竞标的影响,建立虚拟电厂鲁棒优化竞标模型。算例分析结果验证了所提模型的经济性和鲁棒性,显示了鲁棒优化法处理含有不确定性参数的优化问题的有效性,且碳排放约束会使虚拟电厂竞标策略发生变化。     

考虑不确定性因素的虚拟电厂竞标模型

考虑了由风电场、抽水蓄能电站和燃气轮机组成的虚拟电厂(VPP).VPP可参与中期合同市场、日前市场以及平衡市场的运营,以利润最大化为其优化目标.由于电价和风电出力的不确定性以及不平衡惩罚的存在,VPP的竞标存在风险.针对电价预测精度较高、误差分布规律可以较为准确描述的特点,采用随机规划的方法处理电价的不确定性;针对风电出力预测精度较低、概率分布难以准确刻画的特点,采用鲁棒优化的方法处理风电出力的不确定性,即将不确定的风电出力限定在一个确定的区间内,通过调节鲁棒系数决策出不同程度上抑制不确定性影响的优化调度方案.基于上述两种方法,并考虑环境成本,建立了VPP鲁棒随机竞标模型,提高了VPP的实际利润,同时减轻了计算负担.算例分析证明了鲁棒随机竞标模型的有效性.     

含多类型资源虚拟电厂鲁棒竞标模型研究

虚拟电厂(virtual power plants, VPP)能有效聚合分散的多类型需求侧资源时,是需求侧资源参与电力市场的有效方式。但是VPP的市场行为无法直接采用传统的火电竞价模型进行描述,线路输电约束等出清过程中考虑的物理条件也会对虚拟电厂内部资源管理策略产生影响,基于此,文章以风电、储能、燃气轮机及需求响应负荷组成虚拟电厂为研究对象,考虑VPP内部风电出力不确定性以及聚合对象的调节能力,建立市场环境下 VPP 多类型资源鲁棒竞标模型。该模型采用库恩-塔克 (Karush-Kuhn-Tucker,KKT) 条件等值市场出清模型,并将其作为约束条件在VPP决策中进行考虑。算例表明该模型可以根据市场现状优化VPP内部多类型资源组合出力,提供经济可靠的竞标策略,有效提高VPP经济效益。     

计及随机因素的商业型虚拟发电厂短期交易与优化运行策略

作为分布式能源的有效聚合形式,虚拟发电厂及相关技术正得到越来越多的关注。计及可再生能源出力的不确定性和需求侧资源的参与,建立了由小型风电场、激励型需求侧响应可中断负荷、抽水蓄能电站和燃气轮机组成的商业型虚拟发电厂模型,采用多场景法处理日前市场电价和风电出力的不确定性,以其在日前市场的竞标利润和平衡市场受到的奖惩的期望和最大为目标进行短期交易的优化。为增加虚拟发电厂的确定性收益,考虑了随机变量确定性随决策时间的推进而逐渐增加的影响,将目前广泛应用的两阶段随机规划模型改进为多阶段随机规划模型。算例结果验证了改进模型的有效性,并通过对比分析证明该模型可显著提高虚拟发电厂的确定性收益。     

多虚拟电厂日前鲁棒交易策略研究

随着市场改革逐步深入,大量社会资本涌入售电侧展开激烈竞争,未来电力市场交易必然存在多个虚拟电厂参与的格局,且各虚拟电厂内部风电等清洁能源存在不确定性,基于此,构建了多虚拟电厂非合作动态博弈日前市场优化交易模型。各主体充分考虑需求响应和电动汽车等为运行约束,采用市场模拟出清来表征其他虚拟电厂对自身决策的作用关系,并通过库恩-塔克(Karush-Kuhn-Tucker,KKT)条件等值表达,以收益最大化为目标制定最优竞标方案。此外,考虑虚拟电厂内部可再生能源出力不确定性以及控制对象的调节能力,将确定性竞标模型扩展为两阶段鲁棒优化模型,并通过列约束生成算法对主子问题进行交替求解,其中子问题中利用强对偶理论及Big-M法对max-min模型进行对偶并线性化处理。最后通过对整合不同分布式能源的多虚拟电厂系统进行算例分析,为虚拟电厂市场交易提供思路和参考。     

含风电机组与电转气设备的虚拟电厂竞价策略

随着电转气(power-to-gas,P2G)技术的不断发展和商业化应用,风电机组(wind power generation unit,WPGU)与电转气设备的协同运行逐步受到关注。电转气设备的运行方式比较灵活,可有效平衡风电出力波动,二者可协同形成虚拟电厂(virtual power plant,VPP)参与电力市场运营。在此背景下,研究了含风电机组与电转气设备的虚拟电厂竞价策略。首先构建了含风电机组与电转气设备的虚拟电厂参与电力市场运营的模型架构。之后,以最大化总体收益为目标,构建了虚拟电厂在日前电力市场的竞价策略模型,并确定虚拟电厂自调度运行策略。然后,考虑到风电出力预测误差的不确定性,发展了基于信息间隙决策理论(information gap decision theory,IGDT)的鲁棒竞价策略和机会竞价策略,以反映虚拟电厂不同的风险偏好水平。接着,采用成熟的商用求解器AMPL/IPOPT求解所构造的非线性优化模型,确定针对预期成本的鲁棒和机会竞价策略。最后,以北欧电力市场的实际数据为例说明所构建的优化模型和采用的求解方法的基本特征。     

考虑风电接入和气电转换的综合能源系统日前区间优化

针对气电综合能源系统优化调度中未充分挖掘可调度因素、未充分考虑风电预测误差不确定性的现状,研究含风电的气电综合能源系统日前区间优化调度方法。首先,基于区间数学对风电出力的不确定性进行区间描述,综合考虑抽水蓄能、气电双向转换以及需求响应等资源和技术,并用区间数学表示优化目标和优化约束,构建含高比例风电的气电综合能源系统日前优化模型,综合优化系统的经济性、环保性。然后,基于区间序关系和可能度的方法将区间优化模型转化为确定性优化模型,继而采用Jaya算法进行求解,保证求解的高效性和解空间的可行性。最后,进行算例分析,仿真结果验证了综合利用抽水蓄能、气电双向转换以及需求响应等要素对系统进行区间优化,能取得优化效果上的优势,并能为系统调度人员提供风电不确定度对系统优化影响的信息。     

市场环境下考虑需求响应的虚拟电厂经济调度

虚拟电厂作为能源互联网中的重要组成部分,在聚合分布式能源和用户侧资源、完善电力市场交易体制等方面发挥着重要作用。由于虚拟电厂中新能源装机容量较大,其出力具有随机性,导致其在电力市场中需要承担惩罚费用。提出以虚拟电厂聚合分布式能源为多类负荷提供电能服务,首先通过蒙特卡洛抽样建立了分布式电源出力不确定性模型。随后在考虑需求响应的前提下,建立了虚拟电厂与用户侧的双层优化模型,以虚拟电厂净收益为上层目标函数,综合考虑市场交易收益、售电收益、发电成本等因素;以用户侧购电成本为下层目标函数,对用户的购电行为、响应行为进行优化。最后,通过算例验证了该模型能够减少虚拟电厂在电力市场中的投标偏差,提高运营收益,并有效降低负荷的购电成本。     

市场环境下考虑需求响应的虚拟电厂经济调度

虚拟电厂作为能源互联网中的重要组成部分,在聚合分布式能源和用户侧资源、完善电力市场交易体制等方面发挥着重要作用。由于虚拟电厂中新能源装机容量较大,其出力具有随机性,导致其在电力市场中需要承担惩罚费用。提出以虚拟电厂聚合分布式能源为多类负荷提供电能服务,首先通过蒙特卡洛抽样建立了分布式电源出力不确定性模型。随后在考虑需求响应的前提下,建立了虚拟电厂与用户侧的双层优化模型,以虚拟电厂净收益为上层目标函数,综合考虑市场交易收益、售电收益、发电成本等因素;以用户侧购电成本为下层目标函数,对用户的购电行为、响应行为进行优化。最后,通过算例验证了该模型能够减少虚拟电厂在电力市场中的投标偏差,提高运营收益,并有效降低负荷的购电成本。     

基于两阶段随机规划的虚拟电厂优化交易策略

针对市场电价以及可再生能源(renewable energy sources,RES)出力的不确定性,文章以虚拟电厂(virtual pow er plant,VPP)模式聚合分布式能源(电动汽车、需求响应等)参与电力市场交易,通过分布式能源间的协调优化互补,提升虚拟电厂出力稳定性和市场竞争力。采用多场景法模拟日前市场出清电价和风电的不确定性,以虚拟电厂运行效益最大化为目标,构建基于两阶段随机规划的虚拟电厂最优交易策略模型,其中第一阶段日前市场考虑出清电价的不确定性,第二阶段平衡市场考虑风电出力的随机性。此外,利用条件风险价值(conditional value at risk,CVaR)来度量交易策略风险,从而实现经济性和风险的偏好选择。最后,通过算例分析了不确定性和风险偏好对虚拟电厂收益以及风险损失的影响,为不同风险偏好主体提供参考。     

计及需求响应的气电互联虚拟电厂多目标调度优化模型

随着分布式能源渗透率的逐步提高,虚拟电厂技术逐渐成为解决可再生能源规模化发展的关键技术,文章重点研究气电互联虚拟电厂多目标优化问题。首先,文章将风电机组、光伏发电机组、燃气轮机、电转气设备、储气装置等集成为虚拟电厂,同时联动公共网络和天然气网络,负荷侧包括电力负荷、氢气燃料电池汽车负荷、天然气负荷,并在终端负荷引入需求响应技术进行调节。然后,以运行经济效益、削峰填谷效应、二氧化碳排放作为优化目标,结合功率平衡等约束条件,构建气电互联虚拟电厂多目标模型,通过为各目标函数赋权将多目标优化模型转化为单目标模型进行求解。最后,为了验证所建立模型的有效性和可行性,选取了某地区虚拟电厂作为算例进行分析,比较4种情景下运行结果。算例结果表明：1）所提气电互联虚拟电厂多目标优化模型能够实现经济性、稳定性、环保性多方面综合效益最优;2）电转气和需求响应具有协同削峰填谷效应,提高系统运行稳定性;3）电转气设备增加了清洁能源并网量,减小碳排放量;4）虚拟电厂与公共网络相连能够实现能量间灵活互动,有利于制定合理购售电策略优化虚拟电厂运行。     

基于WCVaR评估的虚拟发电厂能量市场收益——风险模型

由于虚拟发电厂中存在风电机组等出力波动的可再生分布式电源,为了量化风电机组出力不确定性对虚拟发电厂进行能量交易时的收益风险,在考虑了风电机组出力不确定性因素后,利用最差情景下的条件风险价值(WCVaR)方法构建了包含运行成本、售电收益和交互收益的虚拟发电厂能量市场的收益—风险模型,然后采用遗传算法对其进行求解,并通过算例分析了不同风险水平下的机组出力情况、交互收益和碳排放量,以及虚拟发电厂在不同风险水平下进行能量交易时的WCVaR,验证了所提出模型的正确性,为分析风电机组出力对虚拟发电厂的收益、风险和减碳的影响提供了理论支持。     

气电联合系统的双向优化调度

针对气电联合系统双向互联的发展需求,该文提出了含电转气和燃气轮机热电解耦的双向优化调度模型。在电至气与气至电两个方向,分别建立净效益最大电转气容量配置模型与考虑弃风成本、燃气轮机热电解耦的发电总成本最小模型,运用带权极小模函数和遗传算法对电转气设备净效益与系统发电总成本间的矛盾问题进行求解。研究结果表明电转气设备能够提高风电消纳能力并产生较高的净效益,热电解耦提高了燃气轮机发电的灵活性且减小了发电成本。     

含风电和电动汽车的VPP现货市场投标鲁棒优化模型

当风力发电商(WPG)和电动汽车(EV)聚合商组成的虚拟电场(VPP)参与市场投标时,风电出力的不确定性、预测出力偏差以及市场价格的波动性,都是VPP在参与市场投标时需要考虑的因素。在计及上述因素的影响下,文中研究了由WPG和EV聚合商组成的VPP在日前市场和实时市场的联合竞价模型:假定VPP是价格的接受者,综合考虑日前和实时价格的不确定性,在日前市场中根据风电出力和市场价格的预测结果进行日前竞价,然后在实时市场上参与实时竞价。VPP不但可以通过EV充放电平抑WPG投标偏差,还可以根据价格信号进行充放电投标,实现削峰填谷。通过引入偏差考核机制,在日前和实时市场结束后进行统一结算。基于合作博弈理论,利用Shapley值法将总收益在WPG和EV之间根据各自的贡献进行合理分配。最后,通过算例验证了模型的可行性和有效性,结果表明VPP参与日前和实时市场可以增加收益,降低出力和价格不确定性带来的风险,为新能源参与现货市场的建设提供参考。     

考虑风光不确定性的电气互联虚拟电厂近零碳调度优化模型

风电、光伏出力的不确定性给电力系统的稳定运行带来威胁,含电转气(power-to-gas,P2G)的电气耦合系统能够解决这一难题。文章将电转气与虚拟电厂(virtual power plant,VPP)进行集成,提出电气互联虚拟电厂的基本概念、通用建模及调度优化模型。针对风光不确定性,引入条件风险价值(conditional value at risk,CVaR)方法和鲁棒随机优化方法,分别用于刻画目标函数和约束条件中的不确定性变量,并引入最大碳排放限额(maximum total emission allowances,MTEA)指标,考虑虚拟电厂近零碳运营方案可行性。为求解多目标优化模型,构建了基于目标函数投入产出表和权重偏差校核的模型求解算法,并选取9节点能源集线器系统开展实例分析,结果表明电气互联虚拟电厂能实现分布式能源互补利用,形成电-气-电循环利用模式,所提模型能够同时兼顾分布式能源的高额经济收益和不确定性风险。     

聚光型太阳能电站与风电场联合优化运行及竞价策略

聚光型太阳能热发电(concentrating solar power,CSP)技术被认为是最具发展前景的可再生能源利用技术之一,其在不增加系统不确定性的前提下,利用蓄热系统(thermal energy storage,TES)使太阳能成为可调度资源。同时,CSP电站具有灵活的调节特性,将其与风电相结合,可以降低系统出力的不确定性并提高可再生能源的消纳能力。该文分析CSP电站的储能特性,建立CSP电站与风电场联合优化运行及竞价模型。该模型对CSP电站各组成部分进行较为详细的建模,计及可再生能源出力和市场价格不确定性的影响。为了提高电力系统的灵活性并增加联合系统的经济收益,考虑CSP电站在参与辅助服务市场竞价的同时为风电场提供平抑出力波动的备用容量。最后,通过算例对模型的有效性进行验证,并分析说明联合竞价策略相较于单独竞价策略的优势。     

计及风光不确定性的虚拟电厂多目标随机调度优化模型

为缓解风电和光伏发电不确定性对虚拟电厂稳定运行的影响,引入鲁棒随机优化理论,建立了计及不确定性和需求响应的虚拟电厂随机调度优化模型。首先,风力发电、光伏发电、燃气轮机发电,以及储能系统和需求响应集成为虚拟电厂,然后最大化虚拟电厂运营收益、最小化系统运行成本和弃能成本被作为目标函数,建立虚拟电厂调度优化模型。再应用鲁棒随机优化理论来转换光伏发电以及风力发电不确定性变量的约束条件,建立了虚拟电厂随机调度模型。最后,选择中国国电云南分布式电源示范工程为实例分析对象。分析结果显示：所提模型能够降低系统运行成本,双重鲁棒系数的引入能够为不同风险态度决策者提供灵活的虚拟电厂调度决策工具,协助应对风电和光伏发电的随机特性。储能系统能够借助自身充放电特性,替代燃气轮机发电机组为风电和光伏发电提供备用服务,促进风电和光伏发电并网。将需求响应纳入虚拟电厂能够实现发电侧与用电侧联动优化目标,平缓化用电负荷曲线,系统整体运营效益达到最佳。