國網(wǎng)湖北省電力公司武漢市江夏區(qū)供電公司優(yōu)質(zhì)服務(wù)調(diào)度指揮中心 陳 蕖

0 引言

由于分布式電源分布范圍廣泛，單個點的發(fā)電量小，發(fā)電時間和發(fā)電量具有不確定性等一系列特點，導(dǎo)致了他們在接入電網(wǎng)時會造成電力系統(tǒng)的運行成本增加，電能質(zhì)量下降，運行管理困難等問題。面對這種局面，目前主要的解決方法是通過建立微電網(wǎng)或虛擬電廠的方法來解決，本文主要針對建立虛擬電廠的條件下來進行分析。虛擬電廠（virtual power plant，VPP）將各類分布式的電源進行集中管理和控制，從而實現(xiàn)將原有廣泛分布的無規(guī)律電源整合成為一個有機的整體，接受統(tǒng)一的調(diào)度控制，形成集群效應(yīng)[1-3]。

如何有效控制虛擬電廠的投入和出力，減小虛擬電廠給電網(wǎng)帶來的沖擊，實現(xiàn)電網(wǎng)與虛擬電廠的雙贏，是目前需要重點考慮的一個問題。為了使得虛擬電廠在配合電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行的同時，還能保證自身發(fā)電的經(jīng)濟收益，對虛擬電廠的合理調(diào)度控制顯得十分重要。本文對供電公司和虛擬電廠的配合控制進行了分析，建立了虛擬電廠與供電公司聯(lián)合調(diào)度控制模型，通過對數(shù)學模型的分析和求解，得出了兩者之間的合作空間和利益分配方案。

1 調(diào)度模型分析

本文在建立虛擬電廠數(shù)學模型時，僅考慮風能、太陽能和水能等分布式電源在內(nèi)[4-5]，并在文中的風能、太陽能和水能分對應(yīng)i=1，2，3來表示。在確定單個虛擬電廠運行的目標函數(shù)時，數(shù)學模型的函數(shù)目標是凈收入期望最大，需要考慮到虛擬電廠中分布式電源的實際出力收入和虛擬電廠自身所消耗的費用兩個部分，因此其目標函數(shù)為：

其中，m表示電力系統(tǒng)中的某個虛擬電廠，表示該虛擬電廠在t時段內(nèi)的預(yù)期出力值，表示該虛擬電廠中s場景下的i種電源在t時間段內(nèi)的實際輸出，λ表示為計劃電價，λ+表示上調(diào)價格，表示下調(diào)價格。

單個虛擬電廠運行過程中所需要考慮的約束條件主要包括以下幾個方面：

（1）發(fā)電能力約束

（2）棄風約束

（3）棄光約束

（4）水量平衡

（5）水電轉(zhuǎn)換效率

（6）容量約束

假設(shè)在某區(qū)域電力系統(tǒng)中存在M′個虛擬電廠，所有的虛擬電廠形成了一個電廠聯(lián)盟h，用S來表示聯(lián)盟h工作場景的個數(shù)；用Im表示虛擬電廠m中的分布式電源數(shù)量，則虛擬電廠聯(lián)盟h的目標函數(shù)可以表示為：

區(qū)別于單個虛擬電廠，多個虛擬電廠的聯(lián)盟h的目標函數(shù)中，表示為聯(lián)盟預(yù)期總出力值，Δ表示為聯(lián)盟h預(yù)期總出力與實際出力的差值。

此時進一步將M′個虛擬電廠與供電公司共同組成聯(lián)盟，則新聯(lián)盟的目標函數(shù)應(yīng)該為整個聯(lián)盟向聯(lián)盟外，即除去虛擬電廠以外的其他電源支付費用最?。?/p>

此時聯(lián)盟中所有虛擬電廠的收益和如式(9)所示。

2 協(xié)調(diào)調(diào)度算法

虛擬電廠與供電公司協(xié)調(diào)調(diào)度的基礎(chǔ)在于滿足個體虛擬電廠和整體聯(lián)盟的共同需求，假聯(lián)盟中有xV1，…，xVM，xD等多個合作方案，則聯(lián)盟整體理性為：

個體理性為：

其中式子(10)表示個體收益應(yīng)高于單個虛擬電廠運行時的收益。運用夏普利值法對收益值進行具體分配，此時參與者m的合作收益可以用式(12)來表示：

其中|h|表示聯(lián)盟h中的虛擬電廠數(shù)量，n表示為聯(lián)盟中參與分配的虛擬電廠數(shù)。

3 算例分析

假設(shè)某地虛擬電廠中分布式電源概況如表1所示，地區(qū)不同季節(jié)典型日負荷需求量如圖2所示，風能和太陽能的出力時間預(yù)測如圖3和圖4所示。

表1 分布式電源概況

圖2 配電網(wǎng)負荷需求

圖3 風能和太陽出力預(yù)測

表2所示為聯(lián)盟收支表，在表中對虛擬電廠與供電公司在非合作與合作兩種情況下的收支情況進行了對比，從表中可以看出，經(jīng)過夏普利值法進行出力分配后的虛擬電廠總收益要大于非合作與合作兩種模式下的收益。分析圖4，可以看出雖然單個虛擬電廠與供電公司組成的聯(lián)盟中收入變化不多，但當虛擬電廠同供電公司合作時，通過調(diào)整虛擬電廠出力，負荷曲線變得更加平緩，這對電力系統(tǒng)起到了削峰填谷的作用，有助于幫助電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性運行。

表2 聯(lián)盟收支表

從表3可以看出，在供電公司與兩個虛擬電廠共同組成的聯(lián)盟下，兩個虛擬電廠的收益有所增加。其收入增加的原因在于，在夏普利值法計算出力分配的前提下，能實現(xiàn)在保持分布式能源發(fā)電占比不變得情況下，增加了發(fā)電機組的數(shù)目，進而減小虛擬電廠中棄風棄光量，同時也減小了系統(tǒng)所需的備用設(shè)備。

圖4 計劃出力對比表

表3 多虛擬電廠下的聯(lián)盟收益表

4 總結(jié)

本文針對目前熱門的可再生能源如何高效利用的問題，研究了供電公司與虛擬電廠的協(xié)調(diào)調(diào)度。建立了虛擬電廠與供電公司協(xié)同調(diào)度的數(shù)學模型，確定了目標函數(shù)和約束條件，并通過夏普利值法對數(shù)學模型進行求解。運用所建立的數(shù)學模型和模型算法對實際案例對進行分析，計算結(jié)果表明，在虛擬電廠與供電公司的協(xié)同調(diào)度模型下，對虛擬電廠進行合理調(diào)度，能夠增加系統(tǒng)整體利潤，提高系統(tǒng)設(shè)備利用率，優(yōu)化電力系統(tǒng)負荷曲線等。因此，該理論分析具有實際指導(dǎo)意義，為現(xiàn)有的虛擬電廠和供電公司提供了更多的合作空間，減小分布式能源的接入給電力系統(tǒng)帶來的沖擊。后續(xù)研究中，將對虛擬電廠中分布式能源種類進行擴充，進一步完善約束條件，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上構(gòu)件考慮網(wǎng)絡(luò)約束的協(xié)調(diào)調(diào)度模型。