计及环境效益的虚拟电厂经济性优化调度

虚拟电厂（Virtual power plant, VPP）能有效减小新能源对电网的冲击,提高供电可靠性。本文在分析了VPP各分布式电源（Distributed generator, DG）发电成本的基础上,构建了计及环境效益的含风力发电、光伏发电、小水电和微型燃气轮机发电的VPP经济性优化调度模型,设计了基于小水电季节特性的VPP运行策略。以各时段内VPP实际出力跟踪计划出力、同时VPP发电成本和环境成本最小为目标,通过粒子群算法计算得到VPP各DG的出力。讨论了丰水期、平水期和枯水期VPP完成计划出力时微型燃气轮机出力系数,比较了丰水期、平水期和枯水期VPP发电成本和环境成本,并基于火力发电的环境成本计算了丰水期、平水期和枯水期VPP环境效益。实验结果验证了所建模型和运行策略的合理性,并表明VPP能有效平抑新能源出力偏差,降低DG发电总成本。     

计及风光不确定性的新能源虚拟电厂多时间尺度优化调度

针对中国西北地区新能源消纳问题,该文聚合风力发电、光伏发电、光热电站、电储能装置组成虚拟电厂（VPP）,提出一种基于鲁棒随机优化理论的新能源虚拟电厂多时间尺度优化调度策略。首先对风力发电、光伏发电、光热电站与电储能装置进行数学描述,在此基础上建立VPP多时间尺度优化调度模型。在日前调度层中,以VPP运行效益最大为目标,依据风光日前预测出力建立日前优化调度模型;在时前调度层中,以VPP运行成本最小为目标,根据风光时前预测出力建立时前调度修正模型。同时,为了衡量风电、光伏发电出力不确定性对系统的运行影响,建立VPP随机优化调度模型。仿真结果验证该模型可提高运行效益与新能源消纳能力。     

风-光-蓄-火联合发电系统的两阶段优化调度策略

针对风电、光伏出力的随机性、间歇性和波动性而导致其在大规模接入电网时对电网发电计划制定和调度产生的影响,提出一种风-光-蓄-火联合发电系统的两阶段优化调度策略。利用抽水蓄能的抽蓄特性,将风电和光伏出力进行时空平移,使风-光-蓄联合出力转变为稳定可调度电源,具备削峰填谷的功能,与火电机组共同参与电网调度。以风-光-蓄联合出力最大和广义负荷波动最小作为风-光-蓄联合削峰模型的优化目标,火电机组运行成本最小作为经济调度模型的优化目标,建立两阶段优化调度模型,分别采用混合整数规划方法和粒子群算法求解。改进IEEE-30节点算例系统仿真结果表明：所提调度策略可以提高风能和太阳能的利用率,缓解火电机组调峰压力,大幅降低风电的反调峰特性对电网的影响,从而保证电力系统安全、稳定、经济运行。     

考虑需求响应的风光燃储集成虚拟电厂双层随机调度优化模型

为促进以风光为代表的分布式能源发电并网,文章集成了风电、光伏发电、燃气轮机、储能系统和激励型需求响应为虚拟电厂,引入两阶段优化理论克服风光不确定性,建立VPP双层随机调度优化模型。首先,介绍了VPP的基本结构,建立了电源出力模型和需求响应模型。然后,建立了虚拟电厂双层调度优化模型:在上层模型中,根据风电和光伏发电日前预测结果,制定日前调度计划;在下层模型中,根据WPP和PV的实际输出,修正日前调度计划,形成最终VPP调度方案。最后算例分析表明:所提模型能够衔接日前调度和时前调度,降低系统缺电惩罚成本,提升VPP运营收益。储能系统能够利用自身充放电特性配合VPP内部风电和光伏发电出力,有利于平缓系统净负荷曲线。PBDR能够引导用户侧配合VPP发电调度,削峰作用弱于IBDR,而填谷作用强于IBDR。同时引入ESSs和DR后,VPP运营收益达到最高,表明ESSs和DR具有协同优化效应。     

兼顾公平性的多能源合作博弈优化调度

针对含高比例可再生能源的电力系统运行经济性和调度公平性问题,提出一种多种能源参与的双层优化调度模型。该模型考虑经济性的同时从两方面体现公平性：上层模型中首先将风电场、光伏电站、抽水蓄能电站和需求响应负荷聚合成虚拟电厂（VPP）,其次,将虚拟电厂作为大电网的一部分参与优化调度,采用基尼系数表征公平性并作为约束条件,以总成本最低为目标函数建立兼顾公平性的多能源经济优化调度模型,最后,将上层VPP的求解结果作为下层优化调度的输入变量;下层模型中基于合作博弈理论建立以VPP内部成员为博弈参与者,以各参与者收益最大为目标函数的合作博弈模型,采用均衡度对比不同联盟组合下各主体的收益分配公平性,对比均分法、按出力分配法及Shapely值法的收益分配均衡度。采用智能优化算法结合CPLEX求解器求解模型,应用实例验证模型的有效性和正确性。     

Distributed energy storage aggregation for power grid peak shaving in a power market

随着新一轮电力市场化改革的深入,为了促进分布式储能有效参与电网调峰,提出了对其规模化聚合管理的思路;建立了分布式储能聚合商以竞价形式参与电网调峰调度的优化模型。在日前调度中,聚合商根据电力交易中心公布的次日调峰需求,通过对分布式储能行为特性预测,并按阶梯报价策略参与竞价;电力交易中心以最小化调峰调度成本为目标优化调度计划。在实时调度中,考虑了储能行为特性日前预测误差和电池损耗,聚合商以最大化自身利益为目标优化充放电出力,使得聚合商在满足日前中标出力的同时,利用市场电价差获利。仿真算例表明,分布式储能聚合商以竞价形式参与电网调度既能减少电网调峰调度成本,还可以达到削峰填谷的效果,储能设备的损耗成本是影响充放电出力的关键因素。     

考虑需求响应和风险规避的虚拟电厂最优调度

合理考虑能源生产和消耗过程中的不确定因素对于提升虚拟电厂调度策略的有效性和经济性具有重要意义。提出一种考虑需求响应和风险规避的虚拟电厂（VPP）二阶段优化调度策略。第1阶段的日前市场中VPP基于随机参数和确定性参数制定日前竞标策略,与市场运营机构签订双边合同;第2阶段通过实时市场价格VPP调整机组出力,同时承担多重不确定性因素所导致的调度决策风险,并采用CVaR表征VPP运营商的收益与风险之间的关系。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于权值混合赋值的风电主动参与调度的能力多指标评估

准确掌握风电出力特性是保证其安全并网及主动参与电网调度的有效手段之一。文章在综合考虑并网风电场出力特性的具体技术要求基础上,提出了包括风电场出力限制能力、风电场出力变化率控制能力、风电场出力预测能力及风电场源荷跟随能力在内的风电主动参与电网调度的多指标评估集合;进一步结合侧重定性分析的情景分析法与定量分析的熵权法,提出了基于最小二乘准则的多指标混合权值赋值方法,建立了风电主动参与电网调度的多指标评估模型。以新疆某区域电网若干个风电场及其历史运行数据为实例,分析并验证了所提出的风电主动参与电网调度评估方法的正确性。     

基于风-光-蓄-火联合发电系统的多目标优化调度

针对风电、光伏出力的随机性、间歇性和波动性而导致其在大规模接入电网时对电网发电计划制定和调度产生的影响,提出了含风-光-蓄-火联合发电系统的多目标优化调度模型。利用抽水蓄能的抽蓄特性,将风电和光伏出力进行时空平移,使风-光-蓄联合出力转变为稳定可调度电源,具备削峰填谷的功能,与火电机组共同参与系统优化调度。以风-光-蓄联合出力最大、广义负荷波动最小和火电机组运行成本最小作为目标函数,建立多目标优化调度模型,通过多目标处理策略,使目标函数简化为2个,以降低问题维数;在求解阶段,利用分层求解思想,将模型划分为两层,分别采用混合整数规划方法和机组组合优化方法进行求解。10机测试系统仿真结果表明：所建模型可以提高风能和太阳能的利用率,缓解火电机组的调峰压力,大幅降低风电反调峰特性对电网的影响,从而保证电力系统安全、稳定、经济运行。     

基于双重电价的电动汽车充放电两阶段优化调度策略

针对新能源出力的随机性与电动汽车的合理调度,提出一种基于双重电价的电动汽车充放电两阶段优化调度策略。首先建立双重电价机制,实现对电动汽车的分类引导。在此基础上建立两阶段优化调度模型,第1阶段以风-光与II类电动汽车作为虚拟电厂,在分时电价下,负荷聚合商引导Ⅱ类电动汽车合理充放电以降低风-光出力波动;第2阶段以系统运行成本最低为优化目标,在动态实时电价下,智能充电装置合理安排I类电动汽车进行充电,以减小负荷曲线峰谷差。算例验证该模型可有效降低风-光出力波动,提高新能源消纳水平,并降低系统运行成本。     

虚拟电厂内部资源调度算法的对比分析及应用

分布式发电资源的广泛应用对各类分布式发电机组的协调并网运行及其与传统发电机组的联合调度提出了新的要求。结合微型热电联产机组等分布式发电机组的特性,引入通用虚拟电厂技术,分析虚拟电厂内部发电资源优化调度算法,基于传统调度方法提出三种改进的调度算法,并通过实例分析对比了三种算法的寻优结果及运行时间。结果表明,基于混合整数线性规划算法与启发式算法的启发式线性规划改进算法有利于虚拟电厂业主获得更好的经济与环保收益以及更快的运算时间。     

Study on multi‐objective optimization of load dispatch including renewable energy and CCS technologies

This paper mainly studies the multi‐objective optimization of load dispatch of power systems including renewable energy and CO₂ capture and storage (CCS) technologies. The improved environmental/economic load dispatch model for the power system is constructed, considering the renewable energy utilization and CCS technologies. A novel singular weighted method (SWM) has been proposed in this paper for solving this kind of multi‐objective and multi‐constraint optimization problem. A power system with five generators has been applied in one case study to test the model and SWM. It was concluded that the share that each unit takes is not linear; however, the optimal results are largely relevant to the characteristics of the units. In addition, the research results showed that with the increment of the weight coefficient for a certain objective function, the optimization result was closer to the single optimization result for that objective function; and with the increase of forecast demand load, a 35 MW wind energy unit and a 200 MW water energy unit should be built. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

Economic and technical challenges of flexible operations under large-scale variable renewable deployment

Fundamental characteristics of solar and wind power have generated controversy about their economic competitiveness and appropriate techniques for assessing their value. This research presents an approach to quantify the economic value of variable renewable capacity and demonstrates its dependence on renewable deployment levels, regional resource endowments, fleet flexibility, and trade assumptions. It assesses economic and technical impacts of large-scale renewable penetration by linking two models, representing electric-sector investments and detailed operations. Model results for California and Texas suggest that operational constraints and costs of dispatchable generators (e.g., minimum load levels, ramping limits, startup costs) can impact renewable integration costs, but the temporal and spatial variability of solar and wind are larger determinants of their value. Restrictions on transmission and regional coordination in capacity planning and dispatch decrease the economic value of variable renewable energy, highlighting the potential roles of market design and trade. Energy storage is shown to be a valuable balancing asset at higher solar and wind penetration levels, but potential revenues diminish with increased storage deployment.     

Optimal scheduling of a renewable micro-grid in an isolated load area using mixed-integer linear programming

In the energy management of the isolated operation of small power system, the economic scheduling of the generation units is a crucial problem. Applying right timing can maximize the performance of the supply. The optimal operation of a wind turbine, a solar unit, a fuel cell and a storage battery is searched by a mixed-integer linear programming implemented in General Algebraic Modeling Systems (GAMS). A Virtual Power Producer (VPP) can optimal operate the generation units, assured the good functioning of equipment, including the maintenance, operation cost and the generation measurement and control. A central control at system allows a VPP to manage the optimal generation and their load control. The application of methodology to a real case study in Budapest Tech, demonstrates the effectiveness of this method to solve the optimal isolated dispatch of the DC micro-grid renewable energy park. The problem has been converged in 0.09 s and 30 iterations.     

基于条件期望价值的风险规避调度方法

短期风水火电联合系统经济调度对于减少化石燃料消耗、提高清洁能源利用效率具有重要意义,然而风电的随机不确定性、水电的多级耦合性及火电的出力非线性等给电力系统经济调度带来新的挑战。对此,综合考虑风电不确定性的风险和效益,从风险规避的角度构建了基于条件期望价值的风险规避调度模型。在此基础上,考虑调度模型多模态、非线性、复杂约束的特性,利用进化捕食策略对该模型进行求解。算例仿真表明,所提模型能够从风险与效益两个维度可靠地度量短期风水火电联合系统调度,获得最优调度方案,以保证系统运行的可靠性、经济性,以及系统消纳可再生能源的能力。     

基于改进支持向量机的多能源电力系统中储能容量规划及运行模型

研究多能源电力系统中储能装置的定容及运行,有利于减小功率波动,降低对电网的冲击,提高电能质量。以青海省海西千万瓦级可再生能源基地为例,首先根据光伏电站和风电场的历史数据分析了两种新能源发电系统的出力特性,在此基础上建立了支持向量机模型,对新能源电站的输出功率进行了短期预测。根据光伏电站和风电场的出力预测误差,建立了ARMA误差预测模型,进一步修正了光伏电站和风电场的预测曲线,最后根据出力预测曲线的功率谱确定了储能系统的容量及出力曲线。研究成果可为新能源并网提供技术支持。     

A hybrid power system using alternative energy facilities in isolated island

A hybrid power system uses many wind turbine generators in isolated small islands. The output power of wind turbine generators is mostly fluctuating and has an effect on system frequency. In order to solve this problem, we propose a new power system using renewable energy in small, isolated islands. The system can supply high-quality power using an aqua electrolyzer, fuel cell, renewable energy, and diesel generator. The generated hydrogen by an aqua electrolyzer is used as fuel for a fuel cell. The simulation results are given to demonstrate the availability of the proposed system in this paper.