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<正>?虚拟电厂的功能问:虚拟电厂有哪些功能?答:虚拟电厂(virtual power plant,VPP)通过优化运行控制与市场交易,实现电源侧多能互补与负荷侧灵活互动,为电网提供电能、调峰、调频、备用等服务。根据聚合的分布式资源的种类,虚拟电厂可分为电源型、储能型、负荷型及混合型。虚拟电厂通过聚合用户侧可控负荷,提升新能源并网承受能力;将分布式新能源聚合成一个实体,解决分布式新能源接入成本高和无序并网的问题,提高分布式新能源的接纳能力;通过聚集分布式电源、储能设备和可控负荷,实现冷、热、电整体能源供应效益最大化,促进清洁能源消纳和绿色能源转型。     

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。     

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。     

考虑碳循环利用的农村虚拟电厂运行效益均衡分配优化模型

农村地区土地面积辽阔、资源丰富,分布式能源的发展潜力巨大。将垃圾发电、燃气碳捕集设备和电转气设备与农村的各种分布式能源聚合成考虑碳循环利用的农村虚拟电厂,并以最大化运营收益和最小化碳排放量为目标,构建虚拟电厂低碳调度优化模型。采用基于纳什谈判的效益分配策略,构建虚拟电厂运行效益均衡分配模型,并通过风险、效益和碳减排三维因子来确定各主体的利益分配因子。算例结果表明,本文所提运行优化模型和效益分配策略可互补利用农村多种分散式资源,有利于推进农村能源结构低碳转型。     

泛在电力物联网环境下考虑碳排放权约束的VPP理性调峰模型

建设泛在电力物联网的目标之一是促进清洁能源的消纳,应对能源消费清洁低碳转型的需求。泛在电力物联网环境下,以虚拟电厂(Virtual Power Plant,VPP)作为分布式可再生能源管理的手段,提出一种考虑碳排放权约束的VPP理性调峰模型。依据碳排放权配额制原则,建立三种不同碳排放权约束场景,并利用基于分布估计的膜算法分析三种场景下系统的调峰成本和环境效益。结果表明,碳排放权约束会导致调峰系统出力变化来减少碳排放量,但在一定范围内系统的碳排放量不随约束的变动而改变,具有一定的自由碳排放权约束空间。碳排放权约束水平会影响VPP调峰系统的经济成本,碳排放权的分配应遵循公平性和效率性原则。     

虚拟电厂参与调峰调频服务的市场机制与国外经验借鉴

当前我国可再生能源渗透率不断增加,为提高电网调控能力,亟需调峰调频资源。虚拟电厂(virtual power plant,VPP)有效调控内部分布式能源灵活性强,可作为新兴的调峰调频资源。随着多地VPP项目的开展,我国需建立完善的虚拟电厂市场机制。为此,该文首先从市场组成、市场准入、报价出清、结算四个角度比较分析不同省市虚拟电厂参与调峰调频服务市场机制的建设情况,既可为上述省市市场机制进一步完善提供意见,也可为其他省市提供经验借鉴;随后,选取具有不同建设思路的美国加州、澳大利亚与德国,从市场组成、市场准入、报价结算与实施情况四个方面对虚拟电厂调峰调频市场机制进行了介绍;最后,结合我国国情,提出我国虚拟电厂参与调峰调频服务市场机制建设的相关建议。     

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。     

考虑碳捕集电厂综合灵活运行下的含P2G和光热电站虚拟电厂优化调度

为了实现电力系统能源低碳化,大力发展碳捕集与封存技术和风光等新能源是低碳化的重要举措。但碳捕集电厂的最小出力技术约束和风电的反调峰特性限制了风电消纳和碳减排,利用碳捕集灵活运行方式下储液罐进行“能量时移”和“碳转移”,间接消纳风电和减少碳排放。利用碳捕集设备捕集的CO₂作为电转气原料,降低碳封存成本和电转气成本,进一步消纳弃风电量并获得售气收益。由于负荷具有早晚高峰特性,因此利用含储热式光热电站的良好调峰性能将白天的部分热量转移至晚高峰发电,缓解系统调峰压力。为此,文章构建了碳捕集电厂综合灵活运行下含电转气和光热电站虚拟电厂优化调度模型。并运用Matlab软件中YALMIP工具包中的商用求解器Cplex对模型进行优化计算。仿真结果表明,所提模型能进一步减少弃风、减少碳排放和缓解调峰压力。     

基于风电-碳捕集电力系统的灵活性调峰策略

高比例风电并网增大了电力系统调峰负担,因此亟需提高电力系统调峰灵活性,助力新型电力系统低碳-零碳化的发展。分析碳捕集电厂优良的调峰性能及其用于调峰辅助服务的必要性,并论证碳捕集电厂低碳特性在碳交易中发挥的积极作用,由此提出碳捕集电厂灵活性调峰的运行策略,并阐述所提策略的低碳性与经济性。构建以电力系统综合成本最优为目标的风电-碳捕集调度模型,并基于此模型对比不同灵活运行方式下碳捕集电厂的低碳性能与经济效益。最后,在改进的IEEE 39节点系统中进行仿真,结果验证了所提模型可有效协调调峰资源,在满足电力系统调峰需求的同时降低系统的碳排水平与运行成本。     

面向分布式资源聚合管控的虚拟电厂建模与优化控制综述

随着可再生能源渗透率不断提高,电力系统运行灵活性不足的问题日益突出。虚拟电厂（virtual power plant,VPP）是一种融合先进通信与控制技术的分布式可控资源管理新模式,将多类型可控资源聚合为整体,对电力系统经济运行、调峰、调频、稳定控制等多方面进行支撑。从分布式资源聚合管控与运行优化视角,系统综述了VPP内涵、架构、资源聚合、运行优化等方面当前技术水平和研究现状。首先梳理虚拟电厂功能内涵与定位,总结基于端-边-网-云的分层聚合管控框架及各环节需要解决的关键技术问题;随后介绍各类资源物理建模方法及其聚合模型,并从“对外统一、对内协调”角度综述VPP内部资源优化控制及其整体参与电网互动的协同方法,总结了虚拟电厂未来的技术挑战与发展前景。     

考虑电-气-热耦合和需求响应的虚拟电厂优化调度策略

热电联产机组以热定电的工作方式无法同时满足冬季供暖效率最大化和电力调峰需求,存在发电出力调节能力不足的问题。针对上述问题,提出了考虑电、气、热能源耦合特性以及需求响应的虚拟电厂优化调度策略。首先,为提升热电联产机组向下调峰能力,引入电制气设备和碳捕集技术,构建新型的热电联产耦合模型。其次,为提升系统运行的灵活性,考虑峰谷分时电价、热价,建立综合需求响应机制。然后,为减少系统发电成本,引入电、热储能装置,以系统总成本和电、热储能运行成本最小化为目标建立虚拟电厂双层优化模型,并根据下层优化模型的KKT(Karush-Kuhn-Tucher,KKT)条件将双层模型转为单层并线性化处理进行求解。结果表明,所提方法的碳排放、运行成本以及新能源消纳率达到最优,提升了热电机组向下调峰能力,满足了系统低碳性、经济性的需求。     

计及灵活爬坡的气-电耦合综合能源系统低碳经济调度研究

随着“双碳”目标的提出,电力系统低碳化转型以及新能源高比例渗透已成为必然趋势。然而,高比例新能源并网给电力系统灵活性运行带来了更大的挑战。因此,调度侧需具备充裕的运行灵活性以平抑净负荷波动。该文以含碳捕集电厂的气-电耦合综合能源系统为对象,提出了一种计及灵活爬坡需求的低碳经济调度模型。首先,计及了电力系统、天然气系统和碳捕集电厂的运行约束,构建了计及碳排放成本的低碳经济模型。然后,考虑了发电机组与碳捕集电厂提供运行灵活性爬坡服务,建立了计及灵活爬坡产品的综合能源系统低碳经济调度模型。最后,算例测试定量分析了碳价对于综合能源系统低碳调度决策的影响,量化了燃气机组与碳捕集电厂的运行灵活性。     

考虑电转气和负荷惯性的综合能源系统优化调度

风电光伏等清洁能源发电具有强的反调峰特性和不确定性等特点,造成大量弃风弃光现象。在综合能源系统下,多种负荷间的联系加强。为了应对清洁能源消纳这一挑战,提出了考虑电转气和冷热负荷惯性的优化调度模型。首先建立了电转气和冷热负荷惯性模型,分析电转气设备的工作原理和负荷惯性对负荷需求的影响,并建立冷热负荷供需不等式关系的约束条件。其次建立综合能源系统运行成本最小的目标函数,建立风电、光伏、热电联产机组,微型燃气轮机和电制冷机。最后用YALMIP和GUROBI建立并解决了建立的最优调度模型。通过仿真验证了该方法,使清洁能源消纳能力得到提高,综合能源系统的运行成本也得以降低。     

含光伏的油田综合能源系统的热电厂和需求响应协同调峰能力分析

大规模发展可再生能源是构建低碳可持续能源系统的重要保障,源-荷协同调峰是消纳可再生能源的有效途径。为此,研究含光伏的油田综合能源系统的热电厂和需求响应协同调峰,分析冬季典型场景下的热电厂热电耦合机理,建立热电耦合调峰约束;针对油田综合负荷的用能特性和分布式光伏发电的特点,建立负荷集群的用电数学模型和用热数学模型,考虑热电机组、负荷响应及源-荷系统运行技术约束,以油田全局能耗成本最小为目标建立自备热电厂和需求响应协同调峰优化模型,制定油田电网源-荷协同调峰策略,通过循环寻优求解源-荷协同最大调峰能力。算例分析表明,源-荷协同光伏发电调峰能有效地提高油田电网对光伏发电的消纳能力,供暖负荷的需求响应使冬季热电厂“以热定电”的刚性约束弹性化,调峰贡献度在需求响应中占比最大。     

电-氢-碳综合能源系统协同经济调度

在“双碳”背景下,为优化能源结构,提高可再生能源消纳,进而促进综合能源系统的碳减排工作,提出了一种基于碳捕集和电-氢-气双向转换的电氢碳协同运行的低碳经济调度模式。首先分析电转气两阶段过程中分别耦合氢储能、氢燃料电池以及碳捕集设备的运行机理,构建以清洁能源为主的能源供应和以电、热、冷、气负荷为终端消费的综合能源系统的能量流模型;然后针对其参与碳排放权交易市场,分析碳交易机制下系统各设备的碳成本;最后构建以运行维护成本、购能成本、环境成本和售氢收益之和最小的低碳经济运行数学模型,综合考虑设备约束和系统的能量平衡约束,分析对比不同典型运行模式,验证了所提调度模型的消纳特性、环保性和经济性。     

计及碳交易机制的核-火-虚拟电厂三阶段联合调峰策略研究

在核电机组占比较高的省级电网,为了提高其运行的安全性和灵活性,将发电侧与需求侧调峰资源相结合,建立了核-火-虚拟电厂三阶段联合调峰模型。该模型采用等效负荷的方法处理风电机组出力,并引入碳交易机制,从经济性与低碳性两方面分析运行成本,以系统联合调峰成本最低为优化目标。采用三阶段调度方法,根据系统需求确定核电机组的最优调峰模式与调峰深度,并有效平抑等效负荷的预测误差。利用CPLEX求解器对该混合整数规划问题进行求解,算例仿真验证了所建立模型的合理性与有效性,结果表明所提模型保证了核电机组的安全灵活运行,能够缓解系统的调峰压力,减少火电机组的启停调峰,并有效避免发电机组因负荷预测误差而频繁改变出力,降低了系统的运行成本与碳排放,使经济效益与环境效益得到均衡。     

多时间尺度的多虚拟电厂双层协调机制与运行策略

虚拟电厂通过先进的控制策略,能够将分散的分布式资源进行有效整合,打破地域限制,为提高分布式能源的综合发电效益提供了可能。该文考虑虚拟电厂与多代理结构的兼容性,建立基于多代理系统的虚拟电厂控制架构。鉴于虚拟电厂的负荷和电源双重特性,给出其作为售电方和购电方的支付函数,提出多虚拟电厂参与电力市场时的双层协调机制,建立多虚拟电厂双层优化模型。为减小预测不确定性的影响,建立基于机会约束规划的多时间尺度优化模型。通过多个虚拟电厂的双层协调互动机制及多尺度滚动优化,实现收益最大化和区域内电能平衡,以期为能源互联网的有效可靠运行提供参考。     

基于虚拟发电厂理论的双侧调峰多目标协调优化调度

随着大规模新能源并网以及需求侧多样化的灵活性资源接入,电力系统的安全稳定运行正经受着源与荷双重不确定性的考验。为实现广域能源的优化调度,需要对新能源与灵活性资源进行协调控制。基于虚拟发电厂理论,将储能系统、电动汽车、柔性负荷以及分布式新能源等需求侧灵活性资源通过虚拟发电厂方式整合后,同电源侧资源一同接受电网的调度,建立了基于系统调峰指数、电网运行成本以及用户补偿成本的电源侧与需求侧协同调峰的多目标优化模型。该模型能够充分发挥电源侧和需求侧的调峰能力,实现新能源的可靠消纳。仿真分析结果验证了该模型的有效性。     

考虑储热改造与最优弃能的风光火储低碳经济调度

大规模可再生能源消纳以及电力系统的低碳发展对减少火电机组调峰调频时的碳排放提出了更高要求。为提高系统风光消纳的经济性与火电机调峰的低碳性，提出一种考虑火电机组储热改造与风光最优弃能的风光火储分层优化调度方法。考虑风光反调峰特性，建立最优弃能约束模型，构建以电网净负荷方差最小为目标的上层模型，对净负荷曲线进行一次“削峰填谷”。为扩大火电机组调峰深度，考虑储热机组改造，建立碳交易成本模型。基于此，建立以系统总成本和碳交易成本最小为目标的下层模型，对净负荷曲线二次“削峰填谷”的同时，实现对系统经济与低碳的协同优化。基于算例分析，验证了所提出模型的合理性与有效性。     

考虑低碳需求响应的碳捕集燃煤电厂配置-运行协同优化

针对电力系统的低碳经济运行问题,提出一种考虑低碳需求响应的碳捕集燃煤电厂配置-运行协同优化方法。考虑燃煤电厂发电系统和燃烧后碳捕集系统存在强耦合关系,在gCCS平台采集溶剂型碳捕集燃煤电厂的运行数据,采用多元线性回归方法进行模型参数识别,构建其稳态数学模型。应用碳排放流理论计算负荷侧碳排放成本,并根据机组碳排放强度进行碳配额分配,构建低碳需求响应模型。基于此,上层优化模型以电厂配置成本最低为目标函数,满足容量优化配置约束。下层优化模型以运行成本最小为目标函数,满足系统运行约束。采用改进IEEE 24节点系统作为算例进行仿真分析,验证了所提策略的有效性。