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。     

虚拟电厂技术发展趋势

随着分布式能源的快速发展,电力系统发电侧呈现出分散式的发电模式,负荷侧由于电动汽车的快速推广使得系统负荷快速增加,但分布式发电及电动汽车、储能、可控负荷等分布式能源作为独立个体,规模小、布局分散,导致经济性不能得到保障,为此虚拟电厂的概念应运而生.本文全面分析了虚拟电厂的概念、作用、技术架构,并提出了虚拟电厂亟需解决的...     

虚拟电厂发展的国际经验及启示

新型发电资源的并网运行,有效解决了能源及环境问题,同时对电力系统带来了新的挑战。为了更有效地运用这些分布式发电资源,引入了虚拟电厂概念。基于对国内外相关研究的综合分析,明确界定了虚拟电厂的概念及特征,根据外部电力市场环境的不同将虚拟电厂分为基于技术目标和基于市场目标的两种虚拟电厂,并重点分析了国外典型虚拟电厂项目的核心技术和实施情况。分析结果表明,在电力系统改革中,需要更为先进的能源整合技术,而虚拟电厂技术则为科学整合配电侧的分布式能源资源提供了可能,并已在不同国家取得了显著成果。最终,综合考虑中国电力工业和电网技术发展趋势,分析虚拟电厂在中国的发展前景,提出促进虚拟电厂发展的相关建议,为行业主体、宏观规划和决策者提供决策依据。     

虚拟电厂对分布式能源的管理和互动机制研究综述

在分布式可再生能源发电、电动汽车、需求响应等技术的推广应用下,分布式能源(distributedenergyresource,DER)将成为未来电力系统的重要组成部分。智能电网中,对DER的管理和利用方式涉及主动配电系统、微电网、动态电价、虚拟电厂等。首先对分布式电源的接入和管理需求进行分析,其次分析当前各种管理方式的研究进展和存在的问题,重点对虚拟电厂的管理架构、互动机制和关键技术进行探讨,最后通过与其他管理方式对比指出,虚拟电厂在信息通信基础设施、电力市场、DER集成方面具有良好的适用性。论文指出虚拟电厂为异构、分散、多样的DER提供了灵活管理方式,为电力系统从集中式能源生产到分散式能源生产利用发展提供解决方案。     

基于虚拟电厂的储能电站设计研究

随着能源危机和环境问题的日益突出,我国正在大力推进能源结构转型,构建新型电力系统。虚拟电厂可对分布式能源和可控负荷进行整合调控,是实现“源-网-荷-储”一体化和多能互补的重要手段之一。储能因其功率双向流动、响应调节速度快等特点,成为虚拟电厂不可或缺的组成部分,对于虚拟电厂内新能源消纳、参加电网辅助服务、提高电网运行安全水平等具有积极意义。目前已有学者针对虚拟电厂的运行机制和调度优化进行研究,对虚拟电厂中的储能容量配置进行优化。为此,首先介绍了以集中型储能为主的虚拟电厂模型,包括其组成结构和调度模型。然后,以实际工程为例,研究以虚拟电厂为背景的储能电站的集成设计,对其他储能工程的设计具有一定的参考意义。     

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。     

计及风险约束的虚拟电厂能量管理建模

大规模分布式能源资源接入配电网不可避免地增加了电力系统运行的复杂程度,基于分散式管理的虚拟电厂运行模式能有效整合不同类型的分布式能源资源。虚拟电厂中的不确定性因素诸如随机发电机组出力和市场购售电策略往往会给虚拟电厂的运营决策带来风险,该文从可调度机组、随机发电机组、储能设备和柔性负荷的综合建模角度,基于两阶段随机规划建立计及条件风险价值的虚拟电厂能量管理模型,在将风险水平限制在可接受的前提下(或条件下)追求虚拟电厂收益最大。通过某虚拟电厂示例模拟仿真,探讨了不同风险偏好程度对虚拟电厂参与电力市场购售电和能量管理过程的影响,为虚拟电厂运行人员提供参考。     

含高比例风电的虚拟电厂多类型备用协调优化

虚拟电厂聚合多样化的分布式资源以促进可再生能源发电的消纳,将成为高比例可再生能源情景下电力系统的一类重要结构形态。为了提高虚拟电厂接纳可再生能源发电的能力,该文根据虚拟电厂的组成单元特征构建虚拟电厂源–荷–储多元备用容量体系,提出一种备用风险决策方法。利用条件风险价值(conditional value-at-risk,CVa R)度量风电出力不确定性为虚拟电厂带来的风险损失,基于成本效益分析建立考虑CVa R的多类型分布式资源的发电容量与备用容量协调优化模型。基于算例分析证明所提方法和模型的合理性与有效性。     

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。     

考虑共享储能容量配置的多虚拟电厂优化运行方法

由于分布式能源具有间歇性和波动性的特点,其大规模接入电网会对系统稳定性产生一定的影响。为了减少用户侧用电成本以及提高新能源的消纳能力,在多虚拟电厂背景下提出共享储能系统促进风光消纳的规划和运行双层决策博弈模型。上层模型对共享储能电站投资运行成本进行等年值转换分析,以共享储能总成本最低且使用寿命尽可能的长为目标函数建立模型;下层模型以虚拟电厂运行成本最低及弃风弃光最小为目标函数建立运行优化模型。采用鲸鱼算法与CPLEX商业求解器结合的形式对共享储能电站的容量配置、充放电行为以及虚拟电厂运行状态进行求解,并通过设置3个场景算例对所提方案进行验证,结果表明,所提方法可以优化共享储能电站容量最优配置和充放电策略,提高可再生能源的消纳能力和虚拟电厂系统运行效率,兼顾供给侧与需求侧的利益,使电能分配更加公平合理。     

电动汽车充换储一体化电站的优化调度策略及应用

随着电动汽车数目的 增加,需要不断提升其能源优化管理策略,以充分发挥电动汽车潜能,实现低碳经济供电的目标.针对含电动汽车的充换储一体化电站,研究其预测能源优化管理问题.首先,基于电动汽车出行链特性分析,采用蒙特卡洛算法对电动汽车负荷量进行预测.然后,针对电动汽车充换储一体化电站、可中断负荷和分布式电站组成的虚拟电厂,以...     

考虑多风能预测场景的虚拟电厂日内滚动柔性优化调度方法

随着分布式可再生能源接入电网的比例日益提高,其出力间歇性和随机性给电力系统的安全稳定和经济运行带来了一系列的负面影响,虚拟电厂为分布式可再生能源可靠并网提供了新的途径。针对虚拟电厂中风电机组出力的不确定性及预测误差,考虑了由多个风能预测服务商基于不同预测方法提供多个风电出力预测场景,以期望运行成本最小为目标,制定虚拟电厂每个场景对应的最优调度计划。为应对风力状况的随机波动,虚拟电厂当前时段考虑下一时段所有风电出力场景下的计划调整成本。并以期望运行总成本最小为目标,构建基于多风能预测结果的虚拟电厂柔性优化调度模型,并设计了日内虚拟电厂出力计划的滚动调度策略。通过数值仿真,对比分析了不同预测场景下虚拟电厂的运行成本,验证了所提模型的可行性和有效性。     

面向电网辅助服务的虚拟储能电厂分布式优化控制方法

虚拟储能电厂是实现大规模分布式储能并网的有效手段。构建了协同用户侧储能单元的分布式控制方法,使得虚拟储能电厂既可满足电网运营商的实时功率请求,又能够为配电网提供局部电压支持,有效参与电力系统辅助服务。该控制方法基于分布式优化算法,利用了一类对偶一致性交替方向乘子法,实现了所建立模型预测控制问题的完全分布式求解,能快速协调分布式储能,平抑可再生能源出力波动对电网影响。基于IEEE 33节点与119节点系统的仿真算例验证了虚拟储能电厂与该分布式模型预测控制策略的有效性。     

基于空间相关性的区域分布式光伏预测

为了更好地研究分布式光伏并网对电力系统的影响,提出了一种基于空间相关性的区域分布式光伏出力预测方法.对同一地区集中式电站与该地区所有分布式电站进行相关性分析,将地区内与各自集中式电站相关性系数达到阈值的所有分布式电站等效为一虚拟集中式电站;再由模糊神经网络(ANFIS)预测方法得到集中式电站目标日出力.在此基础上,由集中式电站目标日出力通过曲线拟合方式得到虚拟集中式电站的目标日出力.将区域内所有虚拟集中式电站出力求和得到区域内分布式电站出力.以我国北方某区域的光伏电站为算例,验证了该方法的有效性,对未来光伏电站的建设及并网具有一定的实际意义.     

数字孪生虚拟电厂系统框架设计及其实践展望EI北大核心CSCD

随着国家“双碳”及“构建以新能源为主体的新型电力系统”等目标的提出,清洁化、数字化越来越成为电力系统面临的迫切需求。虚拟电厂基于先进的控制、计量、通信等技术聚合需求侧海量多元分布式资源,可以通过多样化的调节手段为电力系统提供必要的灵活性支撑,并同时助力可再生能源消纳。而数字孪生技术利用大数据、云计算、人工智能等数字技术对分布式资源物理实体的特征、行为、过程和性能等进行虚拟建模,是实现虚拟电厂运行优化的理想途径。该文展望虚拟电厂未来技术发展方向,基于数字孪生的概念、架构和特征,提出数字孪生虚拟电厂系统,深入阐述数字孪生虚拟电厂的内涵,构建基于物理实体、数字孪生体、孪生数据、连接以及智能应用等的数字孪生虚拟电厂总体架构,分析相关关键技术,并对其未来应用实践进行总结与展望。     

考虑污染物排放约束的传统电厂与虚拟电厂间环境经济调度模型

为有效实现分布式能源(distributed energy resource,DER)单元参与电力系统能源市场,深度挖掘负荷侧灵活供能潜力,首先建立虚拟电厂(virtual power plant,VPP)作为管理运行分布式能源的代理模型,并基于组件特性分析对虚拟电厂的外特性进行了量化;然后基于当前电力行业面临的经济环境热点问题,建立了考虑污染物排放约束的传统电厂(conventional power plant,CPP)和虚拟电厂间的环境经济调度(environmental economic dispatch,EED)二阶约束二阶规划(quadratically constraint quadratic programming,QCQP)模型;接着介绍了CPLEX优化引擎和YALMIP软件包的功能,并采用建模与求解解耦的方式来求解模型;最后对改进10机系统进行仿真计算,验证了所提模型的有效性和正确性。     

考虑需求响应交易市场的虚拟电厂多阶段竞价策略研究

虚拟电厂是解决分布式电源参与电力市场交易问题的重要途径,然而分布式可再生能源出力的不确定性为虚拟电厂带来了较高的交易风险。针对具有可再生能源渗透率的虚拟电厂,考虑可再生能源出力、负荷及市场电价的不确定性,基于随机规划理论,提出其参与日前能量市场、日内需求响应交易市场和实时能量市场的多阶段竞价策略模型。以IEEE 6节点和24节点系统作为算例进行竞价策略优化,结果表明,需求响应交易可有效促进分布式可再生能源的消纳利用,提高虚拟电厂的经济效益。     

考虑出力外特性的虚拟电厂多目标优化调度

由于各分布式能源的差异性和不可控性,实现虚拟电厂具备与常规电厂类似的出力外特性已成为虚拟电厂运行面临的重要挑战.为此,从研究虚拟电厂出力外特性的具体内涵出发,对目标功率曲线和功率基线进行刻画;同时考虑风电、光伏、储能、电动汽车等多种分布式电源运行约束及其互补关系,兼顾虚拟电厂的出力外特性以及经济性和环保性,构建了多目标...     

面向服务架构的通用虚拟电厂应用系统研究

针对以新型可再生能源资源为主的分布式发电资源的大规模应用,结合国内外分布式资源应用现状,引入通用虚拟电厂概念。基于面向服务架构的应用系统研究,寻求适应分布式发电资源并网应用的解决方案,解决通用虚拟电厂中存在的技术瓶颈,建立面向服务架构的通用虚拟电厂应用系统模型。以微型热电联产机组和小型风电机组为例,构建通用虚拟电厂应用集成系统,为分布式能源资源应用提出新的系统和方法。     

基于均衡理论的虚拟电厂市场参与模式及方法

随着化石能源的枯竭与其对环境的污染，分布式发电这种经济、环保、灵活的新型发电方式逐渐得到广泛的应用。但分布式电源大量并入电网将带来电能质量问题，影响电网安全稳定运行。虚拟电厂的出现有效解决了这些问题，它通过对分布式电源进行协调优化，减小了分布式电源并网对电网产生的冲击，提高了电网运行稳定性。然而目前虚拟电厂与主网之间的协调研究仍有待深入，因此提出了虚拟电厂与主网之间交互迭代的市场均衡方法，对虚拟电厂的出力与主网的电价迭代求解从而实现收敛。首先，对虚拟电厂的定义与内部主体进行分析，进而将虚拟电厂与主网之间的协调优化表述为两个层次之间的市场均衡问题，提出虚拟电厂与主网交互的双层模型，分别构建以自身成本最小化为目标，计及分布式能源运行约束与电网安全约束的虚拟电厂与主网数学模型，并采用迭代算法对模型进行求解。算例分析表明提出的市场均衡方法在考虑虚拟电厂对主网影响的同时能够有效降低虚拟电厂与主网协调的复杂程度，同时减小运行总成本，提升经济效益。