智能楼宇型虚拟电厂参与电力系统调频辅助服务策略

在先进量测技术与调控终端的支持下,智能楼宇中的电动汽车与空调负荷等需求侧灵活资源具有良好的功率实时响应潜力,可通过聚合形成虚拟电厂进而参与系统调频辅助服务。为应对参与调频辅助服务时对用户需求的影响,本文提出智能楼宇型虚拟电厂的控制策略。首先分析了虚拟电厂的调频工作模式,并建立了智能楼宇型虚拟电厂的典型需求侧资源模型和虚拟储能模型。其次考虑调频信号与用户侧的不确定性,建立基于机会约束规划的日前优化调度模型。然后基于成本最优的原则,实现实时的功率分配。最后,通过仿真算例验证了本文提出的虚拟电厂调频策略的有效性和可行性,需求侧资源的联合调度能在保障用户需求的情况下提高虚拟电厂的收益。     

基于改进量子遗传算法的虚拟电厂在多时间尺度下参与AGC优化调度

介绍虚拟电厂参与AGC调频控制过程,建模分析新能源机组及柔性负荷出力特性;提出一种计及传统发电机组、新能源发电机组、储能系统和柔性负荷的虚拟电厂参与AGC调频多时间尺度优化调度方法,使得虚拟电厂整体在多时间尺度下参与AGC调频收益最大、综合调频效果最佳。研究一种引入量子交叉和量子变异的改进量子遗传算法,并与传统AGC分配方法及自适应遗传算法进行仿真对比,结果表明所提算法具有收敛速度快、全局寻优能力强的优点。     

考虑需求响应及调频性能变化的虚拟电厂日前投标策略

随着分布式可再生能源装机容量在电力系统中占比的增大,新能源发电应当承担相应的二次调频任务,而虚拟电厂是分布式电源参与电力市场的重要途径。首先,提出了由分布式风电和电动汽车、空调负荷等广义储能组成的虚拟电厂参与能量-调频联合市场的运行机制。然后,建立广义储能受价格驱动的需求响应模型。为了提前对虚拟电厂调频性能进行预估,引入虚拟电厂调频性能指标。提出考虑需求响应及虚拟电厂调频性能指标的日前投标鲁棒优化策略。最后,通过算例探讨了需求响应模型参数变化对用户及虚拟电厂收益的影响。结果表明,所提虚拟电厂运行机制不仅可以有效提高虚拟电厂综合收益,而且使得虚拟电厂提供优质的调频服务。     

碳市场环境下计及碳捕集电厂和换电站的电力系统优化调度

在低碳及智能电网的背景下,提出了一种考虑碳交易并计及碳捕集电厂和换电站的电力系统优化调度模型。首先定义了电动汽车换电站虚拟电厂,并介绍了其运行特点,其次对不同电源的碳排放特性进行了分析,从总投资成本的折旧费用、燃料成本、运行维护成本及碳交易成本四个方面对电源成本进行了分析和建模。在此基础上,兼顾碳排放量和电源成本,引入功率平衡、机组及碳捕集系统爬坡、碳捕集效率等约束,建立了碳市场环境下计及碳捕集电厂和换电站的电力系统优化调度模型,并采用基于动态交换和密度距离的混合混沌粒子群优化算法对模型进行了求解,算例结果证明了所提模型及算法的有效性和正确性。     

以净效益最大为目标的储能电池参与二次调频的容量配置方法

针对储能电源参与电网辅助调频问题,提出一种以净效益最大为目标的储能电池参与二次调频的容量配置方法。综合考虑实时电量、备用功率和环境效益,构建储能电池全寿命周期的成本-效益计算模型;进而建立以净效益最大为目标,以容量及功率为决策变量,综合考虑实时出力、调频需求约束和荷电状态(SOC)约束的储能电池优化配置模型;基于经验模态分解(EMD)原理,设计一种考虑常规机组爬坡率限制的储能参与二次调频的初始功率指令分配方法;并给出了利用遗传算法辅助求解该优化模型的容量配置方法流程。仿真结果表明,所提出的容量配置方法不仅可以得到能够较好地协调经济效益和调频效果的容量配置方案,同时可得到储能出力功率,该功率可作为储能电池的运行调度参考方案,提高了配置方法的工程实用性。     

虚拟电厂下计及分布式风电与储能系统的电力系统优化调度

清洁的可再生能源在电力系统中的渗透率不断提升。随着智能电网技术的发展,越来越多的分布式可再生能源接入电力系统运行。风电是最具商业潜力及发展前景的可再生能源之一。该文提出将分布式风电机组与储能设备构成虚拟电厂(virtual power plant,VPP)参与电力系统运行,并建立了计及虚拟电厂的电力系统优化调度模型。模型中同时考虑了功率及备用容量的优化调度,并利用条件风险价值(conditional value at risk,CVaR)对系统运行成本进行风险管理。无须对电网的结构进行改变,虚拟电厂更适用于地理聚集程度较低的可再生分布式能源的调度和管理。同时,相较于常规的风电-储能联合运行模式,基于虚拟电厂的分布式可再生能源调度在降低系统风险的同时也提高了系统运行的经济性。     

考虑需求侧快速响应资源的数据驱动频率约束经济调度

随着可再生能源渗透率的逐步提高,电力系统惯性水平下降,系统频率安全稳定面临挑战,迫切需要配置需求侧快速响应资源参与系统频率调节服务。针对此问题,分析了变频空调、储能和电动汽车提供电力系统调频备用的可行性,建立考虑上述需求侧快速响应资源的频率安全约束联合经济调度模型,以进行源荷双侧调频备用的统一优化。然后,引入基于高维模型表达的数据驱动方法将调频备用与最大频率偏移量之间的高阶非线性、隐式关系转换为低阶、显式表达式,从而实现频率安全约束经济调度模型的简化和求解。最后,结合IEEE?30节点系统验证了所提调度模型和方法的有效性,以及所提的数据驱动频率安全约束可确保系统在不平衡功率下的异常频率在约束范围内,且需求侧快速响应资源对于提升系统频率韧性具有重要正向作用。     

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。     

考虑需求响应虚拟电厂的新能源电力系统两阶段优化调度研究

根据负荷聚合商的调节灵活性将可中断负荷分为两类,并构建基于激励的需求响应虚拟电厂模型。在此基础上以含风电的电力系统运行成本最低为优化目标,建立需求响应虚拟电厂参与的两阶段优化调度模型。优化模型以满足系统备用为前提,在24个时段的范围内研究风电预测误差较大时不同类型可中断负荷在日前和日内的调度情况。特别的,考虑了不同的风电预测误差准入阈值对可中断负荷调用的影响。算例结果表明,所提出的模型能够降低新能源电力系统的运行费用和确定可中断负荷的年度中断次数。     

考虑虚拟电厂调度方式的售电公司多时间尺度滚动优化

为了增加售电公司参与电力市场的灵活性和经济性,提高售电公司对分散式资源的利用效率,基于虚拟电厂的聚合管理方式,提出了一种售电公司多时间尺度滚动优化模型。日前阶段以售电公司收益最高为优化目标,融合多场景分析方法,制定售电公司购售电策略及各虚拟电厂日前调度计划。日内阶段考虑更高精度的分布式光伏和负荷预测,以虚拟电厂调度成本最低为目标构建日内优化调度模型。实时阶段以机会约束形式考虑虚拟电厂容量备用,修正虚拟电厂部分单元的出力,并将不确定性单元出力情况向日内阶段反馈校正。算例仿真验证了售电公司采用所提多时间尺度优化模型能够改善运营策略,合理分配资源,实现自身经济效益最大化。     

考虑虚拟电厂参与调峰的电源容量规划

尖峰负荷大大降低电源装机利用率和投资效益,虚拟电厂参与调峰可有效延缓电源建设。首先,针对城市级虚拟电厂可调度容量无法精确计算的问题,提出一种考虑多领域、多评估指标的模糊区间估计方法。该方法将可调度容量估计任务分解至工业、建筑、交通领域,并构建考虑用户参与度、收益敏感度、资源可控度及可控规模的模糊区间评估模型。接着,基于可调度容量模糊估计,提出了一种考虑虚拟电厂参与调峰的电源容量规划方法。该方法在满足电源备用容量的情况下,以电源扩展安装容量最小为目标函数,考虑不同电源结构、新能源出力不确定性、虚拟电厂可调度容量等多种因素,构建电源容量规划模型。最后,以华东地区某城市为算例背景,验证所提方法的有效性。     

考虑多阻尼状态与限幅环节的新能源电力系统一次调频备用整定

一次调频是电力系统抑制扰动后频率变化的重要手段,该文针对新能源电力系统一次调频备用整定问题开展研究。首先,分析新能源电源渗透率上升对系统频率响应模型阻尼比的影响,建立适用于多阻尼状态的系统频率响应模型。随后,考虑新能源电源调频动态响应的快速性与同步电源调速器限幅值的差异性,提出计及多机调速器限幅环节的系统频率响应改进模型。接着,将构建的系统频率响应改进模型等价转化到时域,建立各类电源一次调频备用与系统扰动后频率最低点的时域解析关系,并进一步提出其线性化表征方法。最后,面向扰动后频率稳定要求,在新能源电力系统经济调度问题中添加一次调频备用约束,建立新能源电力系统一次调频备用整定模型。IEEE 39节点算例仿真结果表明该文提出模型的正确性与有效性。     

考虑供用热特性的虚拟电厂双阶段优化调度

目前缺少对热电联供系统热力环节进行较为全面建模,以及较少灵活和恰当利用供用热特性为优化调度创造效益.在已有研究基础上,选取虚拟电厂为背景,日前调度中全面考虑热力供应环节的传输损耗、能耗和延迟的动态特性,日内调度中利用热力使用环节的弹性调节特性参与平衡市场,并以虚拟电厂调度收益最大为目标,建立了考虑供用热特性的虚拟电厂双阶段优化调度模型.仿真结果表明,未全面考虑供热特性会高估虚拟电厂日前期望收益;利用热负荷弹性调节能力可降低日内成本,从而增加虚拟电厂效益.文章揭示了供用热特性的影响特点,可为热电联供系统调度和规划提供借鉴.     

含广义储能虚拟电厂电–气–热三阶段协同优化调度

分析了虚拟电厂参与日前阶段、日中阶段以及实时阶段的三阶段调度优化流程,并根据广义储能中各部分设备响应速度和时间进行建模,以此为依据建立含广义储能虚拟电厂三阶段调度模型。在日前阶段,采用C&CG处理风光不确定性,建立有效快捷的电动汽车充放电管理模型,对广义储能中固定电热储能以及电动汽车充放电进行优化,进行24h整体优化;在日中阶段,利用替代型负荷之间的相互转换以及燃气轮机、锅炉的出力调整,对虚拟电厂调度计划逐个时段进行再调整;在实时阶段,建立时间解耦的空调集群模型,利用其快速响应特点,以半小时为步长,在实时风光场景下进行偏差平抑。仿真算例验证了所构模型的有效性,结果表明：通过多阶段调度以及广义储能的协同作用,可以有效降低虚拟电厂运行成本以及大幅提高虚拟电厂的供能稳定性。     

含CAES和多类型柔性负荷的电力系统多时间尺度电能-备用联合优化调度

为了应对大规模风电接入,压缩空气储能(CAES)技术和柔性负荷主动响应技术在近年来发展迅速。以含CAES电站、可转移负荷、可中断负荷、可直接负荷控制(DLC)负荷、风电场、常规机组的电力系统为研究对象,综合考虑CAES电站和多类型柔性负荷在日前、日内、实时时间尺度下的调度特性及其在备用与调频方面的应用潜能,建立考虑源-荷-储协调互动的电力系统多时间尺度电能-备用联合调度模型。该模型以最小化电网运营商的总支出成本为优化目标,能够同时制定系统的发电计划、旋转备用购置与调用计划和自动发电控制(AGC)参与因子配置计划。基于修改版PJM-5Bus系统的仿真结果验证了所建调度模型的有效性。     

基于灰靶理论和谱聚类的虚拟电厂多形态柔性资源聚合模型

柔性资源通常聚合为虚拟电厂的形式参与电网调度。如何根据各类资源的特性,选择其最佳调度方案,改善电网调度运行稳定性是亟须解决的问题。首先考虑新能源发电、分布式储能、柔性负荷的响应特性,从响应时间、响应容量及日负荷波动率3方面分别建立各柔性资源通用的调频性能指标和调峰性能指标;其次,结合灰靶理论、客观赋权法和谱聚类法,将虚拟电厂内的柔性资源分成调频资源和调峰资源;最后,分别搭建调频型虚拟电厂聚合模型和调峰型虚拟电厂聚合模型并研究其聚合后的响应特性。算例仿真证明：聚合后虚拟电厂的响应时间与日负荷波动率均有所降低。调峰场景下优先利用调峰型虚拟电厂。当调峰型虚拟电厂不满足调峰需求时,调频虚拟电厂也参与调峰,以提高不同场景下的利用效率。     

考虑实时备用率的中长时间尺度新能源发电备用的方法

在新型电力系统中,考虑到中长期时间尺度下新能源出力具有较强规律性,提出了中长时间尺度新能源纳入备用的实时备用率的确定方法。根据实时备用率将新能源可信出力纳入备用,建立多电源电力生产模型。所建模型以生产成本最小为目标函数,考虑电源运行成本、新能源弃电成本、切负荷惩罚成本及机组出力、功率平衡、逻辑变量等约束条件。采用时间迭代将中长时间生产模拟化简为短期优化问题,利用CPLEX求解。以改进IEEE-24节点系统作为算例,优化结果表明新能源电源采用实时备用率的方法纳入备用时,电力系统生产运行总成本更低;新能源渗透率越高,纳入新能源为备用的经济效益越明显;风电和光伏独立确定备用率时,备用成本和污染排放更低。     

电动汽车与温控负荷虚拟电厂协同优化控制策略

电动汽车和温控负荷以其快速的功率调节能力,成为参与需求侧响应的灵活资源,能够为电网提供调峰调频等辅助服务.首先,分析了电动汽车和温控负荷虚拟电厂建模所需数据,建立了单体入网可控负荷的精细化模型.在此基础上分析上述两种可控负荷在入网和用能过程中的响应特性,并结合两种可控负荷的接入状态,提出了电动汽车和温控负荷虚拟电厂模型来分析虚拟电厂响应能力的时间分布特性.然后,设计了两类虚拟电厂协同优化控制的实现框架,以经济调控成本最低为目标构建了协同优化控制模型,提出考虑温控负荷用能舒适度和电动汽车接入状态变化的序列排序控制策略.最后,通过典型算例验证了协同优化控制策略的有效性.     

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。     

面向新型能源结构的系统调频技术回顾与展望

随着我国风光电源近年来跨越式的发展,当前电力系统朝着构建高比例可再生能源系统体系的目标高速前进。与此同时,以火力发电为代表的传统电源占电力系统比例逐渐降低,导致了电力系统惯性下降以及调频能力减弱等突出问题。文中对新型电力系统下的多种潜在调频资源进行深入挖掘,从源-荷-储不同环节出发,梳理了风电机组、光伏机组、负荷资源以及储能系统参与系统调频的方式和原理。在此基础上,从考虑单一资源和考虑多种资源参与系统调频的角度,针对风光荷储参与系统优化运行问题进行总结,对比分析了优化模型中不确定因素的处理以及模型的求解算法。最后对系统优化调度中如何完善调度机制,合理安排新能源机组、负荷资源以及储能系统调频备用容量等问题进行了展望。