- 頭條福州大學科研人員提出考慮阻塞管理的虛擬電廠與配網協同優化方法2022-10-24 作者：蘭威、陳飛雄 | 來源：《電氣技術》 | 點擊率：導語新型配電網系統中，作為管理分布式資源的一種有效手段，虛擬電廠示范點開始集中涌現。多個虛擬電廠接入配電網后，若缺乏對內部資源協調及配電網的引導機制，將導致虛擬電廠收益低下與配電網潮流越限的問題。對此，福州大學電氣工程與自動化學院的研究人員蘭威、陳飛雄，在2022年第6期《電氣技術》上撰文，構建虛擬電廠內產消者互助的點對點電能共享機制，并以電價引導方式建立虛擬電廠與配電網的協同運行模型。算例驗證表明，本文方法能兼顧配電網運行的安全性與虛擬電廠的經濟性。
在“碳中和”的愿景下，我國能源結構逐步轉型，分布式資源（distributed energy resources, DERs）在配用電側大規模部署，致力于構建以新能源為主體的新型電力系統。小規模DERs的高滲透率及其多元化特征增加了用戶的靈活性，有助于減少以煤炭燃料為主的傳統發電量，進而有效抑制溫室氣體的排放，但也引發了可控性降低、不確定性增大等問題。對此，為解決配電網難以調度小規模DERs的難題，虛擬電廠（virtual power plant, VPP）的概念被提出，其基于不同分布式資源的時空互補特性，整合源荷儲資源進行優化調度。
目前，針對虛擬電廠的研究主要圍繞虛擬電廠內優化管理及虛擬電廠參與電網的市場與調控展開。虛擬電廠優化管理方面，主要以高效聚合DERs為目標設計運營管理機制。不少學者基于虛擬電廠管控的資源特征，將虛擬電廠分為電源型和需求響應型。
然而，管控資源類型單一化存在調度局限性問題，使區域內可再生能源（renewable energy sources, RES）缺乏多樣化消納途徑，且無法以源荷雙重身份協同配電網運行。隨著分布式資源類型的增多，應積極提高虛擬電廠聚合資源的多樣性，以此促進區域內電能的自給自足。
此外，在協調分布式資源的運行方式中，得益于共享經濟的蓬勃發展，點對點能源共享與交易模式在電力系統優化調度領域開始逐步應用。有學者將點對點共享方式用于挖掘蓄電池在能源社區中的靈活性。有學者以隨機博弈成本最小化為目標，提出一種基于電能共享的微電網模型。
此外，在智能樓宇的電能優化管理中，點對點電能共享方式有助于提升樓宇群的集體收益。但是相關文獻中采用集中管理策略，未充分考慮產消者對隱私安全的擔憂。基于上述背景，本文研究的虛擬電廠包含多數量、多類型的DERs，對外能呈現較大范圍的出力特性，同時通過內部各類產消者的互通互濟，提升區域內可再生能源的消納能力，因而將其定義為綜合型虛擬電廠。
針對虛擬電廠參與電網市場與調控方面，許多學者將管理VPP運行的代理商與電網運營商視為兩類主體。VPP與配電網系統交互時，不但要對自身管理的DERs進行優化，還需要兼顧配電網安全運行約束，從而實現雙方相輔相成的協同優化。但是相關研究大多針對配電網中的小型主體，對具有更大調控性能的多個虛擬電廠接入的場景研究較少。研究新型配電系統中VPP的能量管理方案與多VPP參與配電網的運行策略尤顯迫切。
對此，福州大學電氣工程與自動化學院的研究人員面向含有大規模DERs的綜合型虛擬電廠，研究內部DERs的電能管理方式及與配電網協同運行策略。在不同調度時段內，基于直流潮流計算各時刻的阻塞價格，引導各虛擬電廠自主調整與配電網的交互計劃，從而緩解載荷過重線路的壓力。
圖1 綜合型虛擬電廠內能量管理系統
圖2 虛擬電廠與配網協同運行架構
首先，考慮綜合型虛擬電廠中產消者的差異化特征，建立三類典型產消者資源模型，基于一致性交替方向乘子法（consensus alternating direction method of multipliers, C-ADMM）在產消者間實行分布式點對點電能共享模式，以盈缺電能互助促進虛擬電廠內電能的自給自足；同時，考慮多虛擬電廠接入配電網可能引發的潮流越限問題，基于阻塞價格更新分時電價，進而引導虛擬電廠調整最優出力策略，協助配電網安全運行，為當前多虛擬電廠與配電網的協同優化調度提供解決方案。
圖3 協同優化流程
研究人員通過算例分析，得到以下結論：
1）通過綜合型虛擬電廠整合具有互補特性的多類型產消者，有利于降低單一小規模產消者的調度局限性；在產消者間采用點對點電能共享運行模式，通過虛擬電廠內電能的互惠互助，有利于可再生能源消納，并能提升虛擬電廠全聯盟經濟效益；同時，利用分布式控制方法，可在不影響經濟性的前提下保護產消者隱私安全。
2）基于含阻塞費用分時電價及購售功率的信息交互，在多時段下以電價引導各虛擬電廠調整出力，有效緩解了配電網中潮流越限的問題，從而實現多虛擬電廠與配電網的友好協同互動。
他們表示，下一步的工作將圍繞計及配電網安全運行的多虛擬電廠點對點交易機制展開研究。
本文編自2022年第6期《電氣技術》，論文標題為“計及阻塞管理的虛擬電廠與配電網協同運行策略”，作者為蘭威、陳飛雄。本課題得到福州大學科研啟動基金、福建省教育廳中青年教師教育科研項目的支持。
