王文悅，劉海濤，季 宇

（1. 中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司，北京市 100192；2. 國(guó)網(wǎng)上海能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司，上海市 200031）

0 引言

中國(guó)“十四五”規(guī)劃明確提出，要推動(dòng)電力系統(tǒng)向適應(yīng)大規(guī)模高比例新能源方向演進(jìn)，加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)［1］。虛擬電廠（virtual power plant，VPP）作為能源供給與能源消費(fèi)的融合點(diǎn)，可以靈活參與調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)［2-4］，有效提高能源效率，降低能源成本，促進(jìn)新能源消納，推動(dòng)中國(guó)新型電力系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展。

虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商（virtual power plant operator，VPPO）參與輔助服務(wù)市場(chǎng)時(shí)，需要在日前向電網(wǎng)申報(bào)報(bào)價(jià)曲線以及負(fù)荷曲線等信息［5-7］。VPPO 在日前申報(bào)環(huán)節(jié)需要考慮次日可能聚合的所有資源的調(diào)控能力［8］?，F(xiàn)有研究一般針對(duì)固定聚合方式下的虛擬電廠進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度［9-11］，根據(jù)各類資源的約束條件，求解虛擬電廠的最小化運(yùn)營(yíng)成本或最大化利潤(rùn)。文獻(xiàn)［12］考慮風(fēng)光電廠和熱電廠的運(yùn)行方式，對(duì)熱電耦合的虛擬電廠進(jìn)行建模并以成本最低為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。文獻(xiàn)［13］從調(diào)峰市場(chǎng)機(jī)制角度出發(fā)，利用隨機(jī)優(yōu)化法求解虛擬電廠參與調(diào)峰的成本分配問題。文獻(xiàn)［14］建立了虛擬電廠同時(shí)參與電能量市場(chǎng)和調(diào)峰市場(chǎng)的投標(biāo)模型，通過一種隨機(jī)優(yōu)化方法生成相應(yīng)場(chǎng)景，并最終利用隨機(jī)魯棒優(yōu)化求解相應(yīng)運(yùn)行成本。文獻(xiàn)［15］進(jìn)一步考慮了虛擬電廠內(nèi)部資源和外部市場(chǎng)的協(xié)調(diào)關(guān)系，通過儲(chǔ)能和柔性負(fù)荷參與調(diào)峰獲得相應(yīng)收益，并最終采用粒子群算法求解該競(jìng)標(biāo)模型。但上述文獻(xiàn)僅對(duì)某幾種特定資源（如儲(chǔ)能、用戶等）聚合下場(chǎng)景進(jìn)行建模，導(dǎo)致模型具有特殊性，模型本身可擴(kuò)展能力較差，為VPPO 日前靈活聚合不同類型資源的運(yùn)行策略帶來(lái)了困難。

目前，如何根據(jù)虛擬電廠不同的聚合情況對(duì)其可調(diào)能力進(jìn)行評(píng)估，并為虛擬電廠日前投標(biāo)制定調(diào)度策略，仍有待解決。

此外，現(xiàn)有研究多聚焦于虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度或市場(chǎng)機(jī)制方面，對(duì)于虛擬電廠可調(diào)節(jié)能力的研究相對(duì)較少。文獻(xiàn)［16］對(duì)需求響應(yīng)負(fù)荷聚合的虛擬電廠進(jìn)行建模，將需求響應(yīng)出力等效為發(fā)電側(cè)調(diào)節(jié)能力。文獻(xiàn)［17］將智能社區(qū)中同質(zhì)可調(diào)負(fù)載進(jìn)行聚合，并采用虛擬電池模型對(duì)其靈活性進(jìn)行表示。為進(jìn)一步探討隨機(jī)性對(duì)虛擬電廠的影響，文獻(xiàn)［18］將資源映射為虛擬電源和虛擬電池模型，提出了包含可再生電源發(fā)電不確定性的機(jī)會(huì)約束模型。文獻(xiàn)［19］采用概率分布模型對(duì)可再生電源聚合的虛擬電廠進(jìn)行建模，進(jìn)一步構(gòu)建了基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的基本框架下的虛擬電廠調(diào)峰運(yùn)行模式。上述工作都是針對(duì)同質(zhì)需求響應(yīng)可調(diào)能力進(jìn)行建模，缺乏對(duì)虛擬電廠整體的靈活性評(píng)估體系，并且缺少對(duì)虛擬電廠可調(diào)能力隨機(jī)性影響的定量分析。

考慮到現(xiàn)有研究的不足，本文面向調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)，運(yùn)用動(dòng)態(tài)魯棒約束對(duì)虛擬電廠內(nèi)部資源的不確定性進(jìn)行建模，并在此基礎(chǔ)上提出了一種刻畫虛擬電廠可調(diào)空間的統(tǒng)一模型。進(jìn)一步，將可調(diào)空間模型應(yīng)用于VPPO 參與的調(diào)峰市場(chǎng)日前投標(biāo)決策，建立包含主、輔服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)行成本、收益的優(yōu)化調(diào)度模型，并對(duì)其進(jìn)行求解。算例分析了不確定性對(duì)虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度的影響，求解了基于動(dòng)態(tài)魯棒的虛擬電廠的可調(diào)空間和調(diào)度決策，驗(yàn)證了本文所提方法的有效性。

1 虛擬電廠內(nèi)部資源建模

虛擬電廠作為新型電力系統(tǒng)中能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的典型代表，通過信息-能量交互有效聚合大量分布式資源，實(shí)現(xiàn)廣域范圍的能源互聯(lián)與共享。虛擬電廠結(jié)構(gòu)如圖1 所示，其內(nèi)部由可再生分布式能源（包括風(fēng)電、光伏等）、可控分布式電源（CG）（包括燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組等）、負(fù)荷和儲(chǔ)能（ES）等聚合而成。虛擬電廠內(nèi)部資源將自身出力信息以及運(yùn)行情況上報(bào)給VPPO。VPPO 在日前上報(bào)自身運(yùn)行基線和可調(diào)空間，并綜合電能量市場(chǎng)和輔助服務(wù)市場(chǎng)的電價(jià)信息，為內(nèi)部資源調(diào)整次日運(yùn)行計(jì)劃。

圖1 虛擬電廠基本組成Fig.1 Basic composition of virtual power plant

考慮到電力市場(chǎng)下負(fù)荷需求響應(yīng)方式的不同，本文將虛擬電廠聚合的負(fù)荷分為價(jià)格型需求響應(yīng)負(fù)荷和激勵(lì)型需求響應(yīng)負(fù)荷［3］。價(jià)格型需求響應(yīng)負(fù)荷是指用戶根據(jù)實(shí)時(shí)電價(jià)及生活習(xí)慣自主調(diào)整用電行為模式的負(fù)荷。激勵(lì)型需求響應(yīng)負(fù)荷是指虛擬電廠通過電價(jià)補(bǔ)償?shù)姆绞綄?duì)此類用戶進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，引導(dǎo)用戶參與削峰填谷。

本文首先對(duì)虛擬電廠內(nèi)部資源運(yùn)行特性進(jìn)行提取，依據(jù)虛擬電廠對(duì)資源的調(diào)控程度將內(nèi)部資源分為2 類：半控型資源和可控性資源。在虛擬電廠參與主、輔助服務(wù)市場(chǎng)過程中，2 類資源所需決策信息不同，因此需對(duì)2 類資源分別進(jìn)行建模。

1.1 半控型資源模型

半控型資源是指虛擬電廠對(duì)其進(jìn)行靈活調(diào)控程度低，通常依據(jù)其運(yùn)行情況進(jìn)行聚合或投切的資源，主要包括風(fēng)電、光伏等可再生分布式能源和價(jià)格型需求響應(yīng)負(fù)荷等。此類資源受到外部環(huán)境因素（如天氣、地理位置、生活習(xí)慣等）影響大，出力有較強(qiáng)的間歇性和隨機(jī)性。

1.1.1 可再生分布式能源模型

虛擬電廠內(nèi)部可再生分布式能源（風(fēng)電、光伏等）出力不確定性較強(qiáng)。不確定性在數(shù)學(xué)模型規(guī)劃中體現(xiàn)為參數(shù)的攝動(dòng)，一般而言目標(biāo)函數(shù)的攝動(dòng)只影響解的最優(yōu)性，但約束條件中的參數(shù)攝動(dòng)會(huì)影響解的可行性，在電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度中體現(xiàn)為安全性。由于虛擬電廠在優(yōu)化調(diào)度過程中須建立不確定性的相關(guān)約束條件，若采取傳統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)分析法或場(chǎng)景規(guī)劃法對(duì)其進(jìn)行建模，無(wú)法保證極端情況下解的可行性，決策結(jié)果可能會(huì)造成災(zāi)難性事故。因此，本文采用動(dòng)態(tài)魯棒約束［19］在日前優(yōu)化調(diào)度過程中對(duì)虛擬電廠內(nèi)部可再生分布式電源出力集合W0進(jìn)行刻畫：

1.1.2 價(jià)格型需求響應(yīng)負(fù)荷模型

由于虛擬電廠參與電力市場(chǎng)交易，價(jià)格型需求響應(yīng)負(fù)荷出力受居民生活習(xí)慣、市場(chǎng)電價(jià)影響較大，本文對(duì)此類負(fù)荷出力進(jìn)行精細(xì)化建模。在分時(shí)電價(jià)環(huán)境下，價(jià)格型需求響應(yīng)負(fù)荷響應(yīng)量預(yù)測(cè)問題可看作在不同電價(jià)環(huán)境下的負(fù)荷預(yù)測(cè)問題。價(jià)格型需求響應(yīng)負(fù)荷預(yù)測(cè)值PeL(t)可表示為：

1.2 可控型資源模型

可控型資源是指能夠積極響應(yīng)虛擬電廠內(nèi)部下發(fā)指令、受外界環(huán)境因素影響小、可控程度高的資源，主要包括電源側(cè)的可控分布式電源（如燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組）、負(fù)荷側(cè)的激勵(lì)型需求響應(yīng)負(fù)荷（如可中斷負(fù)荷、可平移負(fù)荷）和儲(chǔ)能等?？紤]到可中斷負(fù)荷為可平移負(fù)荷的一種特殊情況，本文選取具有代表性的可平移負(fù)荷進(jìn)行建模。在VPPO 需要決策的主要信息有：

1）可平移負(fù)荷的期望用電計(jì)劃PDR(t)，各時(shí)段可調(diào)度范圍上下限PmaxDR(t)、PminDR(t)以及單位調(diào)度成本。

2）可控分布式電源的常規(guī)出力PC(t)和可調(diào)度功率最大、最小值PmaxC(t)、PminC(t)。

3）儲(chǔ)能單元的最大充電功率Pch，maxES(t)、最小放電功率Pdis，maxES(t)和最大、最小充放電量EmaxES、EminES，以及調(diào)度周期所需初始容量E0ES。

2 虛擬電廠可調(diào)空間統(tǒng)一建模

虛擬電廠可調(diào)空間是衡量虛擬電廠靈活調(diào)節(jié)能力的量化指標(biāo)，可調(diào)空間示意圖見附錄A 圖A1?；诘? 章中的資源分類，本文建立了虛擬電廠可調(diào)空間模型，為后續(xù)虛擬電廠參與主、輔市場(chǎng)優(yōu)化調(diào)度提供基礎(chǔ)。

為求解虛擬電廠可調(diào)空間模型，首先需要對(duì)虛擬電廠運(yùn)行基線Pbase(t)進(jìn)行求解。虛擬電廠的預(yù)測(cè)凈負(fù)荷曲線通過對(duì)虛擬電廠內(nèi)部半控型以及可控性資源的出力預(yù)測(cè)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后，得出次日虛擬電廠運(yùn)行基線：

式中：Pei(t)為t時(shí)刻可控型資源i的預(yù)測(cè)出力值；Ni為可控型資源數(shù)；Nj為半控型資源數(shù)。

通過上述分析，分別對(duì)虛擬電廠內(nèi)部?jī)纱箢愘Y源的可調(diào)能力進(jìn)行刻畫。

1）半控型資源可調(diào)能力模型

虛擬電廠半控型資源次日出力差值ΔPj(t)可表示為：

綜上，若對(duì)一個(gè)聚合多種資源的虛擬電廠可調(diào)空間進(jìn)行建模，首先需對(duì)其內(nèi)部資源出力進(jìn)行預(yù)測(cè)，獲取運(yùn)行基線和半控型資源出力集合，再將內(nèi)部可控型資源均表示為上述形式，將Pmini(t)、Pmaxi(t)、d0、Dmin(t)、Dmax(t)、D0(t)分別疊加，即可得到整個(gè)虛擬電廠可調(diào)空間。此模型的優(yōu)點(diǎn)在于考慮了虛擬電廠聚合資源的不確定性，不限于某一特定聚合方式下的模型建立，便于虛擬電廠整體參與優(yōu)化調(diào)度投標(biāo)策略。同時(shí)，若VPPO 聚合新的資源（如綜合能源、燃?xì)饣驘崮艿龋?，只需按其運(yùn)行特性進(jìn)行歸類。進(jìn)一步，若一個(gè)VPPO 管理多個(gè)不同聚合形式的虛擬電廠，這些虛擬電廠參數(shù)可直接疊加，得到VPPO 可調(diào)空間，而無(wú)須對(duì)式（7）進(jìn)行修改。

附錄B 給出了各類可調(diào)資源在約束集式（10）至式（12）的具體表達(dá)式，可以發(fā)現(xiàn)此約束集易于嵌入一些優(yōu)化模型中，方便VPPO 參與不同市場(chǎng)的運(yùn)算。

3 VPPO 參與調(diào)峰市場(chǎng)投標(biāo)模型

為進(jìn)一步說(shuō)明可調(diào)空間模型在虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行中的可行性與有效性，本文面向虛擬電廠參與調(diào)峰市場(chǎng)優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行進(jìn)行建模分析。

3.1 虛擬電廠運(yùn)行模式

為分析虛擬電廠聚合不同資源后參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的調(diào)度能力，建立了VPPO 日前參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的運(yùn)行框架，如圖2 所示。圖中，ΔPf(t)為VPPO 參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的實(shí)際調(diào)峰出力；ΔPm(t)為VPPO 在運(yùn)行基線基礎(chǔ)上再參與主能量市場(chǎng)購(gòu)售電的實(shí)際出力。其中，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商下發(fā)次日電價(jià)信息、調(diào)峰指令。VPPO 在市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)引導(dǎo)下，上報(bào)次日自身運(yùn)行基線。同時(shí)，運(yùn)營(yíng)商根據(jù)主、輔助服務(wù)市場(chǎng)峰谷電價(jià)信息和電量需求，進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度決策并確定調(diào)度周期內(nèi)各時(shí)刻虛擬電廠可調(diào)空間出力值。具體表現(xiàn)為，VPPO 通過協(xié)同控制內(nèi)部資源出力，有序參與主能量市場(chǎng)購(gòu)售電交易并合理響應(yīng)輔助服務(wù)市場(chǎng)，使自身收益最大化。下節(jié)將對(duì)優(yōu)化調(diào)度決策方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

圖2 VPPO 參與輔助服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)行框架Fig.2 Operation framework of VPPO for participating in auxiliary service market

3.2 虛擬電廠投標(biāo)出力模型

3.2.1 目標(biāo)函數(shù)

本文以VPPO 參與調(diào)峰市場(chǎng)后凈運(yùn)行成本最小為目標(biāo)函數(shù)，對(duì)虛擬電廠內(nèi)部資源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。凈運(yùn)行成本包括三部分，分別為虛擬電廠參與主能量市場(chǎng)的購(gòu)售電成本CG、虛擬電廠參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的調(diào)峰凈收益If以及VPPO 對(duì)內(nèi)部可調(diào)空間的調(diào)度成本CΔP。目標(biāo)函數(shù)如下：

3.2.2 約束條件

面向所研究的虛擬電廠運(yùn)行系統(tǒng)，本節(jié)主要考慮3 類約束，分別為VPPO 參與電網(wǎng)調(diào)度的功率平衡約束、VPPO 內(nèi)部資源的出力約束以及VPPO 參與主、輔市場(chǎng)的投標(biāo)行為約束。

式中：ΔPi，f(t)為虛擬電廠內(nèi)部可調(diào)資源參與輔助服務(wù)市場(chǎng)實(shí)際調(diào)峰出力；ΔPi，m(t)為虛擬電廠內(nèi)部可調(diào)度資源參與調(diào)度后增發(fā)或削減參與主能量市場(chǎng)購(gòu)售電的實(shí)際出力。

3.2.3 基于魯棒優(yōu)化模型映射及求解

由于該模型需要評(píng)估考慮不確定性對(duì)虛擬電廠運(yùn)行安全性和可靠性帶來(lái)的影響，并通過優(yōu)化調(diào)度避免“最惡劣情況”帶來(lái)的后果，提高系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。因此，本文考慮工程博弈思想，將虛擬電廠參與調(diào)峰市場(chǎng)的運(yùn)行策略視作二人零和博弈問題［20］。本文采用動(dòng)態(tài)魯棒方法［21］將模型進(jìn)行轉(zhuǎn)化并求解，等效后動(dòng)態(tài)魯棒優(yōu)化模型如式（26）所示，具體運(yùn)算策略見附錄A 圖A2。

式中：α、β、γ、λ為式（26）對(duì)應(yīng)約束的對(duì)偶變量；γˉ為對(duì)偶變量上界；Γj為不確定性預(yù)算參數(shù)；Δω為不確定性變量的最大波動(dòng)偏差；ω?為不確定性變量的預(yù)測(cè)值；δ′j為引入的連續(xù)輔助變量。

4 算例

4.1 基本參數(shù)設(shè)置

取某地區(qū)真實(shí)風(fēng)光儲(chǔ)及用戶實(shí)際參數(shù)作為仿真算例，驗(yàn)證本文所提出動(dòng)態(tài)魯棒模型以及求解算法的有效性，可調(diào)資源相關(guān)價(jià)格參數(shù)和具體運(yùn)行參數(shù)見附錄C。主能量市場(chǎng)采用的分時(shí)電價(jià)形式見附錄A 表A2。取調(diào)峰市場(chǎng)填谷電價(jià)為360 元/（MW·h），削峰電價(jià)為520 元/（MW·h）。本文采用MATLAB的Yalmip（R20200612）工具箱進(jìn)行建模優(yōu)化，并調(diào)用Cplex 12.9.0 求解器進(jìn)行求解。仿真分析包含虛擬電廠不確定性影響分析、可調(diào)空間調(diào)度和虛擬電廠決策情況分析3 個(gè)方面。

4.2 不確定性對(duì)虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度結(jié)果影響分析

為比較本文所提優(yōu)化調(diào)度方法對(duì)方案的魯棒性靈活調(diào)整，驗(yàn)證改進(jìn)不確定性集合模型的正確性，本節(jié)選取4 組不確定性調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算虛擬電廠參與調(diào)峰后運(yùn)行成本和調(diào)峰收益。由于本文考慮聚合后虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度方案，因此只需考慮時(shí)間尺度上的預(yù)算，忽略空間尺度對(duì)不確定性的影響。在實(shí)際應(yīng)用中，半控型資源的最大波動(dòng)偏差通過以往歷史預(yù)測(cè)偏差進(jìn)行設(shè)定。本文中風(fēng)光、常規(guī)負(fù)荷不確定預(yù)測(cè)偏差分別為預(yù)測(cè)值的10%和15%?？紤]風(fēng)、光、負(fù)荷不確定性調(diào)節(jié)參數(shù)ΓWT、ΓPV、ΓDR不同取值下的結(jié)果如表1 所示。

表1 不確定性調(diào)節(jié)參數(shù)下虛擬電廠運(yùn)行成本和收益Table 1 Operation cost and income of virtual power plant with uncertain adjustment parameters

從表1 可以看出，不確定性調(diào)節(jié)參數(shù)Γ為0 表示忽略虛擬電廠內(nèi)部不確定性因素，各半控型資源通過預(yù)測(cè)值直接參與日前優(yōu)化調(diào)度。在考慮風(fēng)、光可再生資源、負(fù)荷不確定性后，虛擬電廠運(yùn)行成本增加，調(diào)峰收益減少。虛擬電廠日前考慮的不確定性越多，保守性越高，運(yùn)行成本也越高。Γ值越大，表示虛擬電廠在谷時(shí)段負(fù)荷功率取預(yù)測(cè)區(qū)間的最小值、風(fēng)光出力為預(yù)測(cè)區(qū)間最大值的時(shí)段越多，峰時(shí)段反之。因此，虛擬電廠的可調(diào)空間也相應(yīng)減少，導(dǎo)致運(yùn)行成本增加，調(diào)峰收益降低。

考慮內(nèi)部資源不確定性對(duì)虛擬電廠運(yùn)行可靠性的影響，引入“安全松弛裕量”作為安全性評(píng)估指標(biāo)［22］，其定義為隨不確定性增加，優(yōu)化調(diào)度策略能夠安全運(yùn)行，虛擬電廠需要違反約束的最小出力值。

模型中不確定性預(yù)算集的取值不同，決策結(jié)果不同。本文算例中通過在不確定性集合中設(shè)定不同的Γ值，計(jì)算虛擬電廠運(yùn)行成本、調(diào)峰收益以及安全松弛裕量如圖3 所示。

圖3 VPPO 運(yùn)行成本、調(diào)峰收益以及安全松弛裕量Fig.3 Operation cost, peak-shaving income and safety relaxation margin of VPPO

當(dāng)Γ值很小時(shí)，運(yùn)行成本與調(diào)峰收益與不考慮資源出力不確定性的情況基本相同，但安全松弛裕量值高，運(yùn)行可靠性較差。隨著Γ值增大，虛擬電廠凈收益減小，安全松弛裕量降低，運(yùn)行可靠性增加，調(diào)度策略保守性增加。因此，在計(jì)算過程中需要對(duì)不確定性運(yùn)算集進(jìn)行合理取值，平衡優(yōu)化結(jié)果的魯棒性與經(jīng)濟(jì)性。

4.3 VPPO 參與主、輔市場(chǎng)投標(biāo)結(jié)果分析

為兼顧虛擬電廠決策魯棒性與經(jīng)濟(jì)性，本節(jié)設(shè)定半控型資源的不確定性調(diào)節(jié)參數(shù)分別為ΓWT=6、ΓPV=6 和ΓDR=12，虛擬電廠內(nèi)部資源出力曲線以及運(yùn)行基線見附錄B［23］。本節(jié)運(yùn)用可調(diào)空間模型，采用CCG 算法對(duì)虛擬電廠參與電力市場(chǎng)優(yōu)化運(yùn)行決策進(jìn)行求解。

4.3.1 可調(diào)空間出力分析

由圖4 可知，當(dāng)虛擬電廠內(nèi)部可調(diào)資源達(dá)到調(diào)峰市場(chǎng)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)后，運(yùn)營(yíng)商可以有效參與調(diào)峰市場(chǎng)?？紤]半控型資源出力不確定性時(shí)，11、12 h 的風(fēng)光出力小于預(yù)測(cè)值，常規(guī)負(fù)荷功率大于預(yù)測(cè)值，虛擬電廠調(diào)峰實(shí)際出力為可調(diào)空間功率減去日前預(yù)測(cè)誤差，調(diào)峰收益減小；在20 h 時(shí)，由于不確定性出力，虛擬電廠調(diào)峰實(shí)際出力小于最小調(diào)峰投標(biāo)量，無(wú)法參與調(diào)峰市場(chǎng)。通過本文方法，VPPO 將可調(diào)空間用于主能量市場(chǎng)，降低自身運(yùn)行成本。同時(shí)，VPPO在谷時(shí)段增加柔性負(fù)荷出力，儲(chǔ)能充電參與輔助服務(wù)市場(chǎng)；在峰時(shí)段，通過增加燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組出力，削減柔性負(fù)荷出力，儲(chǔ)能放電參與輔助服務(wù)市場(chǎng)進(jìn)行削峰。余下可調(diào)空間出力參與電能量市場(chǎng)，在峰時(shí)段向電網(wǎng)售電。

圖4 VPPO 優(yōu)化調(diào)度后可調(diào)空間和調(diào)峰出力Fig.4 Adjustable space and peak-shaving output after optimal scheduling of VPPO

4.3.2 虛擬電廠參與主輔市場(chǎng)的投標(biāo)結(jié)果分析

虛擬電廠參與主能量市場(chǎng)購(gòu)售電、調(diào)峰投標(biāo)的曲線以及運(yùn)行基線如圖5 所示。在峰時(shí)段，購(gòu)電電價(jià)高，可調(diào)資源在參與調(diào)峰市場(chǎng)的同時(shí)，通過優(yōu)化調(diào)度降低向電網(wǎng)的購(gòu)電電量。在填谷時(shí)段，運(yùn)營(yíng)商通過填谷獲得調(diào)峰收益，同時(shí)在購(gòu)電電價(jià)較低時(shí)段增加電能量市場(chǎng)購(gòu)電量。由圖5（a）可知，虛擬電廠通過優(yōu)化調(diào)度，將峰時(shí)段柔性負(fù)荷用電行為通過電價(jià)補(bǔ)償?shù)焦葧r(shí)段，一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)柔性負(fù)荷用電量不變。

圖5 給出了采用本文優(yōu)化調(diào)度策略后所得到的虛擬電廠內(nèi)部各資源的功率曲線，VPPO 通過增大可控分布式電源出力、儲(chǔ)能放電并削減柔性負(fù)荷，滿足虛擬電廠內(nèi)部負(fù)荷需求，在適當(dāng)時(shí)段參與調(diào)峰市場(chǎng)并獲得收益。由于峰時(shí)段售電價(jià)格較高，虛擬電廠在滿足調(diào)峰需求的情況下與主能量市場(chǎng)進(jìn)行交易，進(jìn)一步降低了運(yùn)營(yíng)商運(yùn)行成本。

圖5 VPPO 算例結(jié)果Fig.5 Results of VPPO case

5 結(jié)語(yǔ)

本文面向輔助服務(wù)市場(chǎng)，提出了一種動(dòng)態(tài)聚合下的虛擬電廠可調(diào)空間模型及求解方法。首先分析了虛擬電廠內(nèi)部各類資源運(yùn)行特征并進(jìn)行描述，然后對(duì)動(dòng)態(tài)聚合下運(yùn)行特性不同的虛擬電廠可調(diào)節(jié)能力進(jìn)行分析，進(jìn)而構(gòu)建了一種刻畫虛擬電廠參與調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)的可調(diào)空間統(tǒng)一模型。最后，將該模型嵌入VPPO 參與的調(diào)峰市場(chǎng)日前運(yùn)行優(yōu)化問題中，并采用動(dòng)態(tài)魯棒優(yōu)化以及CCG 算法對(duì)其進(jìn)行求解。具體結(jié)論如下：

1）虛擬電廠可調(diào)空間可以有效針對(duì)聚合多種不同資源的運(yùn)營(yíng)商參與調(diào)峰市場(chǎng)的可調(diào)節(jié)能力進(jìn)行評(píng)估。同時(shí)通過調(diào)節(jié)魯棒的保守程度，分析了內(nèi)部資源不確定性對(duì)虛擬電廠調(diào)度決策以及運(yùn)行成本的影響，保守性越高，運(yùn)行成本也越高。

2）基于虛擬電廠可調(diào)空間模型求解的優(yōu)化調(diào)度決策可以使VPPO 對(duì)內(nèi)部資源進(jìn)行靈活調(diào)度。進(jìn)一步說(shuō)明了基于可調(diào)空間的虛擬電廠參與調(diào)峰市場(chǎng)的運(yùn)行決策可以有效提高虛擬電廠運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。

但本文目前僅考慮單一虛擬電廠參與輔助服務(wù)市場(chǎng)場(chǎng)景下的可調(diào)空間建模。未來(lái)針對(duì)虛擬電廠參與輔助服務(wù)市場(chǎng)等問題，不但要從資源側(cè)研究如何投標(biāo)和控制，還需進(jìn)一步對(duì)多個(gè)虛擬電廠聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度相關(guān)問題展開研究。

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