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。     

考虑电能交互共享的虚拟电厂集群多时间尺度协调运行策略

虚拟电厂(virtual power plant,VPP)作为整合“源-荷-储”多环节资源的新一代智能控制技术,能够打破地域限制,实现广域范围内的能源互联共享。为应对同一区域内不同VPP“源-荷”资源差异性,解决分布式可再生能源(distributed renewable energy,DRE)波动性与用电行为不确定性造成的功率实时平衡问题,引入集群服务商对包含多类型VPP的集群进行合理管控,构建包含多异质DRE、可控机组、储能、电动汽车以及可控负荷的VPP集群系统架构。对VPP集群内部电能互济进行独立定价以激励VPP参与联合调度,针对随机变量可预测性和累积误差随决策时间推进逐步增加的特性,建立包含日前协调调度与日内滚动优化的两阶段联合优化模型,日前阶段侧重于多VPP集群参与外部市场交易和内部电能互济,日内阶段侧重于VPP功率平衡降低偏差,形成多VPP间电能共享交互的多时间尺度调度策略;最后,以整合不同分布式能源的多VPP集群系统为例进行仿真分析,结果表明,通过多VPP协调互动和多时间尺度滚动优化,有效改善VPP集群系统电能均衡问题,显著提升整体运行经济性。     

兼顾物理状态和用户行为的虚拟电厂紧急功率调节能力量化评估EI北大核心CSCD

高比例新能源、电动汽车、储能电站等并网,迫切需要改进电网安全稳定控制技术体系,将海量分散可控资源纳入电网紧急控制范畴。针对紧急控制在线决策需求,该文给出以虚拟电厂(virtual power plant,VPP)为管控形式的分布式能源(distributed energy resources,DERs)紧急功率调节能力量化描述和在线评估方法。首先,分析紧急功率调节能力的内涵及表述要求,给出调节能力的量化描述方法;其次,构建反映物理特性及考虑用户行为约束的VPP紧急功率调节能力评估综合模型;最后,给出考虑状态转移及边界约束的紧急功率多时间尺度调节能力计算方法,设计相关仿真计算模块,并实现与PSS/E接口。以含300台电动汽车及1000台空调的VPP为例,仿真验证所述方法的有效性。     

虚拟电厂供电可靠性管理策略研究及评估

讨论高分布式能源（DERs）渗透场景下,通过虚拟电厂（VPP）管理DERs的智能配电网供电可靠性问题。首先提出VPP可靠性管理策略,包括VPP运营管理和DERs分组优化模型。然后在信息物理融合框架下,设计可靠性评估方法,分析该管理策略对供电可靠性的影响。最后通过基于IEEE33节点的改进算例,验证提出的VPP可靠性管理策略和评估方法,得出VPP对DERs的分组协同优化可使系统在故障期间更经济可靠运行,因此是未来提升配电网供电可靠性的重要平台之一。     

奖惩机制下虚拟电厂优化调度效益分析

虚拟电厂(virtual power plant,VPP)是聚合分布式发电、分布式储能及需求响应等分布式能源(distributed energy resources,DERs)进行统一管理并参与电力市场的有效技术形式。而VPP的功率不确定性问题不仅对其内部运行提出了挑战而且对提供给系统良好服务构成威胁。通过分析VPP市场合同实施、随机发电出力和可中断负荷响应的功率不确定性,建立了相应奖惩机制,即市场合同违约惩罚机制、弃风弃光惩罚机制和可中断负荷响应奖惩机制。基于奖惩机制,兼顾VPP运行经济和风险效益,制定了VPP协调调度策略。以VPP净利润最大为目标,兼顾系统运行约束,建立了奖惩机制下的VPP优化调度模型。通过对改进IEEE30系统算例仿真,验证了所提模型的有效性。     

基于云-边-端协同控制的综合型虚拟电厂

新型电力系统的建设与发展对电网的安全稳定运行提出了更高的要求,虚拟电厂（VPP）作为一种高级能源组网形态,可有效增强电网的灵活调节能力。首先,提出基于云-边-端协同控制的综合型虚拟电厂架构,分为就地层、边缘层和集中控制层,分层分区对分布式能源（DER）进行整合与控制;其次,分析VPP参与调峰、调频和调压等电力辅助服务的运行模式,构建考虑调度成本和调节性能的数学模型;然后,剖析VPP参与电网紧急控制的可能性,并讨论VPP与稳控系统的交互逻辑;最后,指出VPP发展的重要意义及其未来的研究方向。     

计及可调资源动态特性的虚拟电厂多级优化配置

对虚拟电厂(VPP)中各类资源进行优化配置是其参与电网优化调度的重要前提。针对不同特性资源动态聚合与量化评估的难点,文中提出了"灵活性可调资源-聚合调节特性-优化目标建模"的VPP多级优化配置体系。首先,在灵活性可调资源层面建立了不同分布式电源、可控负荷以及储能的可调灵活性与随机性模型。其次,在聚合调节特性层面,一方面对各类资源灵活性整合得到VPP对外可调灵活性,另一方面对各类资源灵活调节的概率密度函数通过卷积运算求得VPP的随机性模型。接着,在优化目标建模中基于投资组合理论建立包含VPP建设和运维成本、参与电能市场和辅助服务市场获利在内的净现值模型,在静态优化配置基础上,分析关键要素的动态效应。以中国某地区实际电网为例,验证了所提方法的正确性和有效性。     

规模化分布式能源参与大电网安全稳定控制的机制初探

碳达峰、碳中和目标驱动能源结构转型,规模化分布式能源(DER)并网将成为一个突出问题.为保障大电网安全稳定运行、支撑可再生能源可持续消纳,探索DER参与大电网安全稳定控制的形式,提出基于虚拟电厂(VPP)的交互机制.首先,分析双碳目标下电力系统的衍变过程,剖析其安全稳定运行所面临的挑战.其次,阐述VPP的定义、组成结构和功能特征,揭示其整合海量异构型DER以与大电网友好交互的内涵.然后,构建基于多代理技术的VPP分层调控架构,提出其内部运行及参与大电网安全稳定控制的机制.最后指出,VPP是新型电力系统消纳高比例可再生能源的新型技术形态,该领域有若干技术问题需要重点关注.     

基于在线分布式优化的虚拟电厂自趋优运行方法研究EI北大核心CSCD

虚拟电厂(virtual powerplant,VPP)需要在快速变化的运行环境下协同大量分布式能源(distributed energy resources,DERs)满足上级电网的调节需求。当前有关VPP优化运行的研究需在每一个控制时段消耗较多的运算与通讯时间,不易应对快速变化的运行环境。自趋优(self-approaching optimization,SAO)为VPP运行提供了全新的理念,主张在变化的环境中,以细粒度的时间间隔快速更新DERs,确保VPP不断趋近于最优的运行状态。为实现这一理念,该文提出基于在线分布式优化(online distributed optimization,ODO)的VPPSAO运行方法。首先,建立含非储能型DERs和储能型DERs的VPP运行统一模型;其次,通过模型松弛变换等技术依次解决时间耦合、空间耦合、变量快速更新、激励机制与自主响应等问题,形成基于ODO的自趋算法;进而,定义趋优间隙以量化算法可能产生的最优性损失,并从理论上证明提出的算法具有严格的趋优间隙上确界。以分布式光伏、储能及电动汽车等DERs为例构造测试VPP,与其他不同方法进行算例对比,验证SAO运行方法在约束满足、优化性能、计算效率等方面的优势。     

分布式电源集群并网调控:体系架构与关键技术

以光伏、风电为代表的大规模分布式电源并网对电网的安全可靠运行带来了挑战,基于物联网分层协同的设计构想成为大规模分布式电源集群并网调控技术发展的新方向。基于"云、管、边、端"的物联网设计理念,探讨了其应用于分布式电源集群调控中的体系架构和关键技术。首先对云管边端物联网设计理念下分布式电源集群调控的体系架构进行了阐述,分析了架构各层级之间的关联关系,同时对云管边端各环节的具体功能结构进行了重点梳理和探讨。进而,按照该架构层级对集群动态划分技术、集群协调优化技术、多源数据融合与处理技术、集群等值建模方法,以及集群内部的自治运行等关键技术进行了综述,并对需要深层次开展研究的技术方向进行了展望,以期实现规模化分布式电源的高效消纳并提高其参与电网调控运行的互动能力。     

电力系统聚合理论概念及研究框架

针对分布式发电、大规模可再生能源及电动汽车等新型主动体入网引起电网运行的安全、稳定及经济性问题,将电力系统与生态学、社会学结合,提出电力系统聚合理论的分析方法.重点研究聚合体的特性建模、聚合过程与评价体系、聚合体间的管理框架及相互关系,进而构建主动体聚合化的资源系统、安全防卫系统、再建系统和智能控制系统等四大系统,实现电力系统的聚合化.进一步对基础聚合单元微电网和高级聚合单元多微电网、虚拟电厂（VPP）、超级电网等各种聚合体的结构、物理及社会特性进行研究,探讨聚合体运行过程中的演变规律和互动方式等动态特性.电力系统聚合理论是一崭新的智能电网基础理论,适应大量智能化、多元化、分布式主动体接入智能电网的发展需求.     

虚拟电厂聚合电动汽车参与碳市场的优化调度策略

虚拟电厂(virtual power plant,VPP)作为电网分布式能源管理的重要解决方案,参与碳交易能够充分发挥其环境效益并提升VPP整体收益。结合电动汽车参与核证减排市场的需求,文中提出VPP聚合电动汽车参与碳市场的协调调度优化策略。首先,设计VPP代理电动汽车参与核证减排市场的方案和流程,并通过收取服务费的方式提升VPP收益;然后,分析VPP不同聚合资源的碳排放特性,并采用场景生成法评估新能源出力的波动性;最后,以VPP收益最大为目标,设计VPP参与碳市场的优化模型,同时电动汽车作为可控负荷和储能装置,进一步增加了VPP运行稳定性。算例分析表明,通过VPP对包括电动汽车在内的多类资源进行聚合并参与碳市场交易,不仅可以激励VPP减少传统火电机组的发电量,降低VPP运行时产生的碳排放,还可以利用电动汽车提升VPP运行稳定性,增加VPP收益及社会效益。     

基于柔性负荷可控裕度的多时间尺度调峰优化

如何引导海量分散分布的负荷侧资源参与电网调控运行成为电力系统面临的新挑战,然而目前对于海量异构负荷的协同控制方法尚缺少深入研究.文章提出了一种基于柔性负荷可控裕度的异构负荷集群控制方法.首先,对空调负荷、电动汽车充电负荷、分布式储能建立广义储能的聚合模型.其次,在聚合商-负荷设备层面,针对多类型负荷的异构特性,提出了一...     

基于一致性算法的虚拟电厂调度指令动态跟踪策略

虚拟电厂(virtual power plant, VPP)可以聚合大量的分布式能源资源(distributed energy resources, DER)作为一个整体参与电力系统的调度。为实现VPP内部DER的高效调控,提出了一种虚拟电厂集群自治调度架构。为解决理想通信网络下VPP内部DER动态跟踪调度指令的优化问题,分别从集群层面和DER层面提出了调节成本一致性和调节时间一致性算法,通过本地相邻DER的信息交互,更新自治节点参数,降低了通信压力,且提高了求解效率。在此基础上,通过引入共识增益函数和虚拟共识变量,解决了实际通信网络中的传输延迟和噪声问题。仿真结果验证了所提算法的有效性和可行性。     

基于讨价还价博弈理论的分布式能源合作收益分配模型

虚拟电厂(VPP)内参与合作的分布式能源(DERs)往往分属不同的利益实体,实现VPP收益公平合理的分配至关重要。基于讨价还价博弈理论,通过效用函数反映风险厌恶程度,综合考虑边际贡献、间歇性电源的预测能力、平衡市场的惩罚力度等因素量化谈判力水平,从而建立DERs联合参与短期能量市场的收益分配模型。通过对VPP的实际算例分析,验证了所提模型的可行性与合理性,该模型可有效评价各DER的特性,保证分配的相对公平性和联盟的稳定性,并可对DERs行为形成正向激励和引导,提高经济利益。     

分布式电源集群控制与电力信息实时仿真研究

随着智能电网的发展,大量高渗透率的分布式电源以集群形式接入电网,通信网络与电力网络耦合不断加深,电力信息物理系统(Cyber-physical system, CPS)的架构不断完善。针对高比例分布式电源集群区域电网,提出了基于多代理一致性的群内自治和群间协调结合的分层协同控制方案。为了全面考虑通信系统对集群控制的影响,搭建了基于RT-LAB和OPNET的电力信息实时仿真平台,准确反映通信网络性能以及精确模拟策略的发出、通信、延时及响应全过程。另外,实现了控制器硬件在环,针对所提集群控制策略开发了集群控制器硬件。在CPS架构下通过不同通信场景下集群算例的仿真,验证了集群控制策略的有效性和本仿真平台的可行性和准确性。     

能源互网下虚拟电厂调度及市场竞价综述

通过聚合、协调控制可再生能源、柔性负荷、电动汽车等分布式资源,VPP(虚拟电厂)可以实现不同资源的出力互补,将有效降低新能源大规模并网对电力系统运行稳定性的影响,是推动可再生能源发展的有效途径。同时,虚拟电厂可以为分布式资源参与电力市场提供有效方案。从电力市场的角度出发,首先基于能源互联网"能量-信息-经济"三元驱动理念,介绍虚拟电厂的基本架构;针对VPP内部分布式资源管理模式,对VPP的3种控制方式进行分析及总结,重点介绍VPP内部资源的调度机制。然后,针对VPP参与电力市场竞价的问题,从时间尺度、优化模型、不确定性因素三方面梳理国内外相关研究。最后,对VPP的未来发展趋势及研究方向进行了分析和总结。     

物联技术在需求侧资源灵活接入的研究进展与应用展望

近年来随着海量需求侧资源接入电网，海量数据与庞大计算量使得需求侧资源与电网的互动难以通过集中式实现。为应对该问题，需求侧资源管控也从集中式向分布式演变。在分布式管理模式下，需求侧资源以负荷聚合商所聚合成的负荷集群的方式与电网互动。因此，需求侧资源需要具有灵活接入不同负荷聚合商的能力，这对需求侧物联技术支撑提出了新的要求。以需求侧资源去中心化管理为背景，明确了需求侧资源灵活接入在物联架构中的体现，总结了物联技术在需求侧资源灵活接入中的进展，并对其发展前景进行了展望。     

支持特高压互联电网安全运行的供需友好互动技术研究

针对大电网已进入"强直弱交"互联电网的过渡期,仿真分析特高压外送电源通道故障后大电网的发展态势,提出支撑特高压互联电网安全运行的负荷友好互动的总体思路。即ms级紧急控制模式、秒级次紧急控制模式、分钟级常规控制模式,并简述供需友好互动的关键技术,提出负荷友好互动的具体实现,即系统架构、商业模式和实现流程。最后,介绍江苏电力在负荷参与电网友好互动方面的工程实践和商业模式探索,上述实践及探索对未来特高压互联下的全球能源互联网起到了重要的支撑作用。     

虚拟电厂配电网复杂网络的能效分析研究

电力系统的发展趋势已逐步向分布式能源(DES)靠拢,作为聚合众多分布式电源的方式之一,虚拟电厂(VPP)具有重要的研究价值。研究VPP在电网中的可观性与可测性,可提高VPP友好交互性,为其大规模接入电网奠定基础。因此,文中对含VPP的配电网进行复杂网络建模,用复杂网络理论中的平均路径指标来评估含VPP配电网的输电能效,并在实际69节点的配电网拓扑结构下,对有权值与无权值两种情况的能效指标进行分析,研究了VPP与配电网的接口和配电网中VPP的数量变化对能效指标的影响。并进一步分析了微网与虚拟电厂同时接入配电网不同节点时平均路径的变化情况。