計(jì)及環(huán)境效益的虛擬電廠經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化調(diào)度*

袁桂麗，陳少梁，王琳博

（華北電力大學(xué)，北京 102206）

計(jì)及環(huán)境效益的虛擬電廠經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化調(diào)度*

袁桂麗，陳少梁?，王琳博

（華北電力大學(xué)，北京 102206）

虛擬電廠（Virtual power plant, VPP）能有效減小新能源對(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高供電可靠性。本文在分析了VPP各分布式電源（Distributed generator, DG）發(fā)電成本的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了計(jì)及環(huán)境效益的含風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、小水電和微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電的VPP經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化調(diào)度模型，設(shè)計(jì)了基于小水電季節(jié)特性的VPP運(yùn)行策略。以各時(shí)段內(nèi)VPP實(shí)際出力跟蹤計(jì)劃出力、同時(shí)VPP發(fā)電成本和環(huán)境成本最小為目標(biāo)，通過(guò)粒子群算法計(jì)算得到VPP各DG的出力。討論了豐水期、平水期和枯水期VPP完成計(jì)劃出力時(shí)微型燃?xì)廨啓C(jī)出力系數(shù)，比較了豐水期、平水期和枯水期VPP發(fā)電成本和環(huán)境成本，并基于火力發(fā)電的環(huán)境成本計(jì)算了豐水期、平水期和枯水期VPP環(huán)境效益。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所建模型和運(yùn)行策略的合理性，并表明VPP能有效平抑新能源出力偏差，降低DG發(fā)電總成本。

虛擬電廠；新能源；分布式電源；優(yōu)化調(diào)度模型；發(fā)電成本；環(huán)境成本；環(huán)境效益

0 引 言

隨著化石能源日益枯竭，電力系統(tǒng)對(duì)分布式電源（Distributed generator, DG）日益重視。DG多指風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和小水電發(fā)電等，這些可再生新能源電力在地域分布上具有分散性，發(fā)電具有隨機(jī)性和互補(bǔ)性。小水電發(fā)電短期內(nèi)波動(dòng)較小，但是其發(fā)電具有明顯的季節(jié)性，會(huì)隨著豐水期、平水期和枯水期的變化而變化，豐水期發(fā)電過(guò)剩，枯水期發(fā)電緊缺[1]。在單個(gè)調(diào)度DG接入電網(wǎng)會(huì)對(duì)電能質(zhì)量造成嚴(yán)重影響的背景下，虛擬電廠（Virtual power plant, VPP）因可以有效集成地域分散、類型各異的DG，提高供電可靠性而逐漸受到國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者關(guān)注[2-4]。VPP將一定區(qū)域內(nèi)的傳統(tǒng)發(fā)電廠、DG、可控負(fù)荷和儲(chǔ)能系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，通過(guò)一個(gè)控制中心的管理，合并為一個(gè)整體參與電網(wǎng)運(yùn)行[2]。這種聚合方式可以顯著減小DG發(fā)電隨機(jī)性對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

目前針對(duì)VPP的研究大多都以VPP經(jīng)濟(jì)效益最大化或成本最小化為目標(biāo)函數(shù)，但目標(biāo)函數(shù)涉及到環(huán)境效益的文獻(xiàn)很少。PANDZIC等[5]構(gòu)建了含抽水蓄能、常規(guī)能源、可再生新能源的以VPP效益最大化為目標(biāo)的模型，文章未涉及可再生能源發(fā)電成本和環(huán)境效益。HROPKO等[6]構(gòu)建了以VPP收益最大化為目標(biāo)的模型，文章考慮了發(fā)電成本但未考慮環(huán)境效益。馮其芝等[7]構(gòu)建了以綜合成本最小為目標(biāo)的VPP模型，但只考慮了運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用和燃料成本，并未考慮投資成本和環(huán)境效益。閆濤等[8]構(gòu)建了VPP經(jīng)濟(jì)收益目標(biāo)函數(shù)以及風(fēng)力發(fā)電和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)收益、成本等數(shù)學(xué)模型的商業(yè)型VPP經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度模型，雖然考慮了風(fēng)力發(fā)電代替火力發(fā)電減少的環(huán)境成本，但是構(gòu)建的模型只含有風(fēng)電，且還具有高成本儲(chǔ)能電池。現(xiàn)有文獻(xiàn)的模型中很多都配置了儲(chǔ)能系統(tǒng)，但是對(duì)一個(gè)區(qū)域內(nèi)小規(guī)模的DG來(lái)說(shuō)，配置儲(chǔ)能系統(tǒng)會(huì)增加高額成本，如何有效利用區(qū)域內(nèi)的DG合理經(jīng)濟(jì)地發(fā)電成為關(guān)鍵。

本文構(gòu)建了含風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、小水電和微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電的VPP經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化調(diào)度模型，并根據(jù)各DG發(fā)電的特點(diǎn)，尤其是小水電在豐水期、平水期和枯水期發(fā)電具有明顯季節(jié)特性的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了VPP運(yùn)行策略，通過(guò)調(diào)節(jié)小水電和微型燃?xì)廨啓C(jī)平抑VPP中的不可控DG出力偏差。本文考慮了VPP的發(fā)電成本和環(huán)境成本，以各時(shí)段內(nèi)VPP實(shí)際出力跟蹤計(jì)劃出力、同時(shí)VPP發(fā)電成本和環(huán)境成本最小為目標(biāo)，并通過(guò)粒子群算法計(jì)算得到VPP各DG的出力。最后本文討論了豐水期、平水期和枯水期VPP完成計(jì)劃出力時(shí)可控電源的出力系數(shù)，分析了豐水期、平水期和枯水期時(shí)VPP的發(fā)電成本和環(huán)境成本，并基于火力發(fā)電的環(huán)境成本計(jì)算了豐水期、平水期和枯水期VPP的環(huán)境效益。

1 VPP各DG發(fā)電成本分析

1.1 VPP模型

圖1所示為一種典型的VPP模型，圖中VPP各組成部分并不是必須的，也不是全部的[9]。本文所構(gòu)建的VPP由風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、小水電和微型燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)成。

圖1 VPP模型Fig. 1 The model of VPP

1.2 DG發(fā)電成本分析

VPP所含DG多為可再生新能源，與傳統(tǒng)能源相比屬于清潔能源，環(huán)境效益比起傳統(tǒng)能源發(fā)電要好。表1為傳統(tǒng)火力發(fā)電和部分分布式發(fā)電方式的污染排放數(shù)據(jù)[10-11]。從表中可以看出，分布式發(fā)電的污染物排放均較火力發(fā)電要少。

表1 各種發(fā)電技術(shù)的污染排放數(shù)據(jù) [單位：g/(kW·h)]Table 1 Emission characteristics of several electric generating technologies [unit: g/(kW·h)]

1.2.1 可再生能源發(fā)電成本分析

風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、小水電發(fā)電屬于可再生能源發(fā)電，結(jié)合表1可知污染物排放為零，其發(fā)電成本主要包含投資折舊成本、運(yùn)行維護(hù)成本等。因此其單位電量成本計(jì)算公式為[10-12]：

式中：c為平均容量系數(shù)，c=年發(fā)電量/（8 760×系統(tǒng)額定功率）；n為投資償還期，等于設(shè)備使用 年限；COM為運(yùn)行維護(hù)成本；Caz為安裝/投資成本； r為固定年利率。

本文風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電單位電量成本[10-11]分別取0.44 RMB/(kW·h)、1.2 RMB/(kW·h)。小水電單位造價(jià)為8 000 RMB/kW，使用年限30年，年利率取8%，有效利用時(shí)間取2 500 h，運(yùn)行維護(hù)成本為0.025 RMB/(kW·h)，計(jì)算小水電單位電量成本為0.309 RMB/(kW·h)[1]。

1.2.2 微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電成本分析

微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)以天然氣、甲烷、柴油等傳統(tǒng)能源為燃料，其成本主要包含投資折舊成本、運(yùn)行維護(hù)成本和燃料成本等。結(jié)合表1可知燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電會(huì)向外界排放污染物，考慮環(huán)境成本后，微型燃?xì)廨啓C(jī)的單位電量成本計(jì)算公式為[10-12]：

式中：Cf單位電量燃料成本；Ce單位電量環(huán)境成本。

環(huán)境成本包含環(huán)境價(jià)值和環(huán)境罰款兩方面，如表2[11,13-14]所示：

表2 污染物環(huán)境價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)和罰款（單位：RMB/kg）Table 2 Environmental value standard of pollutant emission and penalty for pollutant emission (unit: RMB/kg)

式中：Vei為第i項(xiàng)污染物的環(huán)境價(jià)值；m污染物種類；Qi第i項(xiàng)污染物排放量；Vi排放第i項(xiàng)污染物所繳罰款。

未考慮環(huán)境效益時(shí)，本文微型燃?xì)廨啓C(jī)單位電量成本[10-11]取0.6 RMB/(kW·h)。計(jì)算微型燃?xì)廨啓C(jī)單位環(huán)境成本為0.016 RMB/(kW·h)?？紤]環(huán)境效益后，VPP各DG單位電量成本見(jiàn)表3。

表3 分布式電源單位電量成本 [單位：RMB/(kW·h)]Table 3 The unit electricity cost of distributed generator [unit: RMB/(kW·h)]

2 計(jì)及環(huán)境效益的VPP優(yōu)化調(diào)度模型

2.1 目標(biāo)函數(shù)

以各時(shí)段內(nèi)VPP實(shí)際出力跟蹤計(jì)劃出力，同時(shí)發(fā)電成本和環(huán)境成本最小為目標(biāo)，VPP實(shí)際出力跟蹤計(jì)劃出力表示偏離出力計(jì)劃懲罰成本最小，發(fā)電成本包括各分布式電源安裝成本、運(yùn)行維護(hù)成本和燃料成本，目標(biāo)函數(shù)為：

式中：k表示時(shí)間序列，以15 min為一個(gè)時(shí)間段，k=1, 2, … 96，表示k時(shí)段VPP成本；第一項(xiàng)為 k時(shí)段VPP發(fā)電成本，CWPP、CPV、CHG、CMT分別為風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、小水電、微型燃?xì)廨啓C(jī)的單位發(fā)電成本，分別為k時(shí)段風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、小水電、微型燃?xì)廨啓C(jī)出力；第二項(xiàng)為k時(shí)段VPP環(huán)境成本，EMT為微型燃?xì)廨啓C(jī)單位環(huán)境成本；第三項(xiàng)為k時(shí)段VPP向電網(wǎng)支付的懲罰成本，CS為單位懲罰成本，本文中單位懲罰成本等于考慮環(huán)境效益后電網(wǎng)單位電量成本，為k時(shí)段VPP實(shí)際出力與計(jì)劃出力偏離發(fā)電量。

2.2 VPP計(jì)劃出力

VPP提前一天向電網(wǎng)申報(bào)出力計(jì)劃，出力計(jì)劃包含不可控DG和可控DG出力計(jì)劃。所構(gòu)建VPP中只有微型燃?xì)廨啓C(jī)完全可控，需留出一定備用補(bǔ)償不可控DG出力偏差，使VPP能完成發(fā)電計(jì)劃。VPP按下式向配電網(wǎng)申報(bào)計(jì)劃出力：

2.3 VPP運(yùn)行策略

2.3.1 風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電運(yùn)行策略

風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電是可再生能源，出力具有隨機(jī)性和互補(bǔ)性，VPP通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)部其他電源的出力，使VPP盡可能消納風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電。

2.3.2 考慮季節(jié)特性的小水電運(yùn)行策略

小水電發(fā)電具有明顯的季節(jié)性，在豐水期時(shí)發(fā)電過(guò)剩，枯水期電力緊缺，因此在VPP能量管理中應(yīng)根據(jù)豐水期、平水期和枯水期采用不同的調(diào)度策略。本文小水電帶有一定容量蓄水庫(kù)，出力可調(diào)。通過(guò)調(diào)節(jié)小水電出力，實(shí)現(xiàn)對(duì)VPP的出力偏差進(jìn)行初次調(diào)節(jié)。

（1）豐水期小水電運(yùn)行策略

豐水期水量充足，為充分利用水電資源，小水電常常滿發(fā)，本文小水電以最大出力穩(wěn)定發(fā)電，不參與VPP出力偏差補(bǔ)償。

（2）平水期小水電運(yùn)行策略

平水期時(shí)，小水電兼顧日常發(fā)電和VPP出力偏差補(bǔ)償。

當(dāng)VPP實(shí)際出力比計(jì)劃出力多時(shí)，小水電減小出力，將風(fēng)光多發(fā)電量等效轉(zhuǎn)換成蓄水量，進(jìn)行蓄能。

當(dāng)VPP實(shí)際出力比計(jì)劃出力少時(shí)，小水電增 大出力，將蓄水量轉(zhuǎn)換成電量多發(fā)電。

（3）枯水期小水電運(yùn)行策略

枯水期來(lái)水量少，如安排日常發(fā)電，受限于來(lái)水量，機(jī)組出力值太小，因此小水電只參與VPP出力偏差補(bǔ)償。當(dāng)VPP實(shí)際出力比計(jì)劃出力少時(shí)，小水電發(fā)電補(bǔ)償出力偏差。

2.3.3 微型燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行策略

小水電發(fā)電具有季節(jié)性，且容量較小，需要燃?xì)廨啓C(jī)留出備用對(duì)VPP的出力偏差進(jìn)行再次調(diào)節(jié)。

（1）豐水期微型燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行策略

豐水期時(shí)，小水電滿發(fā)，VPP中只有燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電補(bǔ)償出力偏差。

（2）平水期微型燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行策略

小水電完全補(bǔ)償VPP出力偏差，微型燃?xì)廨啓C(jī)不參與VPP出力偏差調(diào)節(jié)。

小水電部分補(bǔ)償VPP出力偏差，微型燃?xì)廨啓C(jī)參與VPP出力偏差調(diào)節(jié)。

（3）枯水期小水電運(yùn)行策略

枯水期時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行策略和平水期一樣。

2.3.4 約束條件

（1）功率平衡約束

（2）微型燃?xì)廨啓C(jī)功率上下限約束

式中：PMTmax、PMTmin分別為微型燃?xì)廨啓C(jī)出力上下限。

（3）小水電約束

式中：PHGmax、PHGmin分別表示小水電出力上下限；表示小水電k時(shí)段蓄水量；nHG表示小水電發(fā)電效率；表示小水電入庫(kù)流量；EHGmin、EHGmax分別表示小水電最小蓄水量和最大蓄水量。

3 算例分析

3.1 VPP出力偏差

本文出力偏差表示預(yù)測(cè)出力減去實(shí)際出力，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和平水期小水電出力情況見(jiàn)圖2，VPP出力偏差為風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電出力偏差之和，見(jiàn)圖3。

3.2 相關(guān)數(shù)據(jù)

VPP由5 200 kW風(fēng)力發(fā)電、1 800 kW光伏發(fā)電、2 800 kW小水電、3 200 kW微型燃?xì)廨啓C(jī)構(gòu)成，相關(guān)參數(shù)信息見(jiàn)表3和表4。小水電初始蓄水量為0.918 7 MW·h，水庫(kù)蓄水量下限為0.5 MW·h，上限為2.8 MW·h，發(fā)電效率為0.92。在豐水期、平水期和枯水期三種狀態(tài)下，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電能力不變，僅小水電發(fā)電能力變化。小水電枯水期發(fā)電能力取為平水期的30%。

圖3 VPP出力偏差Fig. 3 Output deviation of VPP

3.3 仿真研究及分析

本文采用粒子群算法求解VPP經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化調(diào)度模型，在滿足VPP運(yùn)行策略和約束條件的前提下進(jìn)行優(yōu)化求解。算法參數(shù)設(shè)置為：種群規(guī)模為50，迭代次數(shù)為300，慣性權(quán)重因子w為0.75，r1和r2為（0, 1）之間的隨機(jī)數(shù)，學(xué)習(xí)因子c1和c2均為1.494 45。

（1）微型燃?xì)廨啓C(jī)出力系數(shù)η分析

VPP中小水電各水期的運(yùn)行策略不一樣，微型燃?xì)廨啓C(jī)出力系數(shù)η也會(huì)不同。平水期時(shí)，小水電和微型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合運(yùn)行補(bǔ)償VPP出力偏差，結(jié)合表5可知，η等于0.86時(shí)VPP懲罰成本最小，為0 RMB，按此出力系數(shù)留出備用時(shí)，VPP完全按照出力計(jì)劃發(fā)電，新能源電力給電網(wǎng)帶來(lái)的沖擊最小。豐水期VPP完成出力計(jì)劃時(shí)η為0.8，與平水期比較可知，由于只有燃?xì)廨啓C(jī)補(bǔ)償出力偏差，出力系數(shù)降低了0.06。枯水期VPP完成出力計(jì)劃時(shí)η為1，此時(shí)小水電和燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合運(yùn)行?？芍∷妳⑴c補(bǔ)償VPP出力偏差能有效增加微型燃?xì)廨啓C(jī)的出力系數(shù)，微型燃?xì)廨啓C(jī)的出力會(huì)受到小水電季節(jié)特性的影響。

表5 平水期不同出力系數(shù)下VPP成本比較Table 5 The cost comparison of VPP under different output coefficient in normal water period

觀察圖4微型燃?xì)廨啓C(jī)出力曲線，豐水期燃?xì)廨啓C(jī)出力在2.56 MW附近波動(dòng)，平水期燃?xì)廨啓C(jī)在2.752 MW附近波動(dòng)，枯水期燃?xì)廨啓C(jī)出力在3.2 MW以下波動(dòng)。由于豐水期只有燃?xì)廨啓C(jī)補(bǔ)償出力偏差，平水期燃?xì)廨啓C(jī)和小水電聯(lián)合補(bǔ)償出力偏差，豐水期燃?xì)廨啓C(jī)出力波動(dòng)比平水期大?？菟跁r(shí)，VPP實(shí)際出力比計(jì)劃出力多時(shí)，為接納更多的風(fēng)光出力，燃?xì)廨啓C(jī)降低出力；VPP實(shí)際出力比計(jì)劃出力少時(shí)，由于燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電成本和環(huán)境成本比小水電高，此時(shí)小水電以最大能力發(fā)電，降低了燃?xì)廨啓C(jī)的出力，導(dǎo)致枯水期燃?xì)廨啓C(jī)出力波動(dòng)比豐水期大。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了微型燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行策略的合理性，并表明平水期和枯水期小水電能有效降低微型燃?xì)廨啓C(jī)備用，增加其出力，通過(guò)選擇合適的微型燃?xì)廨啓C(jī)出力系數(shù)，不同季節(jié)虛擬電廠都可以有效完成出力計(jì)劃，降低新能源出力波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響。

圖4 微型燃?xì)廨啓C(jī)出力曲線Fig. 4 Output curves of microturbine

（2）VPP小水電發(fā)電情況分析

豐水期時(shí)，小水電滿發(fā)，不做分析。圖5在時(shí)段3到11、14到19、36到39、44到51、56到59、68到78、92到96，平水期小水電降低出力，枯水期小水電不發(fā)電，結(jié)合圖6可知，平水期利用小水電降低出力達(dá)到蓄水效果，枯水期利用小水電入庫(kù)流量達(dá)到蓄水效果，且平水期蓄水比枯水期蓄水能力要差。圖5在時(shí)段1到2、12到13、20到31、40 到44、52到55、60到62、79到82，平水期利用蓄水多發(fā)電，枯水期利用蓄水和入庫(kù)流量多發(fā)電。結(jié)合圖6蓄水量減小程度可知，由于平水期小水電需日常發(fā)電，其補(bǔ)償出力偏差能力、降低發(fā)電成本和環(huán)境成本能力低于枯水期，說(shuō)明枯水期小水電比平水期更能增加燃?xì)廨啓C(jī)的出力系數(shù)，降低其備用。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了小水電運(yùn)行策略的合理性，并表明通過(guò)設(shè)計(jì)的小水電運(yùn)行策略，可以使平水期和枯水期小水電有效地參與平抑新能源出力波動(dòng)。

圖5 平水期和枯水期小水電出力曲線Fig. 5 Output curves of small hydro power in normal and low water period

圖6 平水期和枯水期小水電蓄能曲線Fig. 6 Storage curves of small hydro power in normal and low water period

（3）VPP發(fā)電成本和環(huán)境成本分析

豐水期、平水期和枯水期的VPP發(fā)電成本和環(huán)境成本見(jiàn)表6，VPP懲罰成本都為0。可計(jì)算VPP豐水期、平水期和枯水期的單位電量發(fā)電成本分 別為476.16 RMB/(MW·h)、492.78 RMB/(MW·h)、536.33 RMB/(MW·h)，單位電量環(huán)境成本分別為5.04 RMB/(MW·h)、5.74 RMB/(MW·h)、6.84 RMB/(MW·h)，表明VPP單位電量發(fā)電成本和環(huán)境成本隨著小水電發(fā)電能力的減小而增加。DG單獨(dú)發(fā)電時(shí)，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電出力具有隨機(jī)性，有懲罰成本。在同等發(fā)電量時(shí)，豐水期DG單獨(dú)發(fā)電總成本99 198.5 RMB，比構(gòu)建VPP發(fā)電多3 750.5 RMB。平水期DG單獨(dú)發(fā)電總成本97 403.2 RMB，比構(gòu)建VPP發(fā)電多3 488.6 RMB?？菟贒G單獨(dú)發(fā)電總成本為87 898.4 RMB，比構(gòu)建VPP 發(fā)電多8 438.8 RMB。三種情況下風(fēng)光出力相同，懲罰成本都為3 891.2 RMB，比構(gòu)建VPP發(fā)電懲罰成本多3 891.2 RMB。結(jié)果表明，VPP單位電量發(fā)電成本和環(huán)境成本會(huì)隨著小水電發(fā)電能力的減小而增加。與DG單獨(dú)發(fā)電相比，通過(guò)構(gòu)建VPP可以有效降低發(fā)電總成本，平抑新能源出力波動(dòng)。

（4）VPP的環(huán)境效益

VPP由于所含DG多為可再生新能源，因此其發(fā)電的環(huán)境效益相對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)電來(lái)說(shuō)很明顯，本文通過(guò)比較同等發(fā)電量情況下VPP和火力發(fā)電的環(huán)境成本，得出虛擬電廠的環(huán)境效益。

如表6所示，在豐水期、平水期和枯水期24 h內(nèi)VPP發(fā)電量為198.356 8 MW·h、188.387 3 MW·h、146.288 4 MW·h。由表3知火力發(fā)電的單位電量環(huán)境成本為0.064 RMB/(kW·h)。同等電量情況下，豐水期、 平水期和枯水期火力發(fā)電環(huán)境成本為12 694.8 RMB、12 056.8 RMB、9 362.5 RMB，因此該VPP在豐水期、平水期和枯水期環(huán)境效益分別為11 695.8 RMB/天、10 976.2 RMB/天、8 361.9 RMB/天。結(jié)果表明，不管處在哪個(gè)季節(jié)，VPP環(huán)境效益都比常規(guī)能源環(huán)境效益好，并且隨著小水電發(fā)電能力的增加而增加。

表6 豐水期、平水期和枯水期VPP成本比較Table 6 The cost comparison of VPP in high, normal and low water period

4 結(jié) 語(yǔ)

本文構(gòu)建了計(jì)及環(huán)境效益的含風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、小水電發(fā)電和微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電的VPP經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化調(diào)度模型，考慮了豐水期、平水期和枯水期對(duì)小水電發(fā)電的影響，設(shè)計(jì)了基于小水電季節(jié)特性的VPP運(yùn)行策略。通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證了所建模型和VPP運(yùn)行策略的合理性，并表明：

（1）平水期和枯水期時(shí)，小水電能有效參與新能源出力偏差補(bǔ)償，降低微型燃?xì)廨啓C(jī)備用，增加其出力。

（2）通過(guò)選擇合適的微型燃?xì)廨啓C(jī)出力系數(shù)，以及設(shè)計(jì)合理的VPP運(yùn)行策略，不同季節(jié)虛擬電廠都可以有效完成出力計(jì)劃，降低新能源出力波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響。

（3）與DG單獨(dú)發(fā)電相比，通過(guò)構(gòu)建VPP可以有效降低發(fā)電總成本，平抑新能源出力波動(dòng)，減小其對(duì)電網(wǎng)的沖擊。

（4）VPP環(huán)境效益始終比常規(guī)能源好，其單位電量發(fā)電成本和環(huán)境成本會(huì)隨著小水電發(fā)電能力的減小而增加。

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Economic Optimal Dispatch of Virtual Power Plant Considering Environmental Benefits

YUAN Gui-li, CHEN Shao-liang, WANG Lin-bo
(North China Electric Power University, Beijing 102206, China)

Virtual power plant (VPP) can reduce the impact of renewable energy sources on the grid effectively and improve the power supply reliability. On the basis of analyzing the power generation cost of the distributed generator (DG) in the VPP, a VPP economic optimal dispatch model with the environmental benefits is established, and an operation strategy of VPP based on the seasonal characteristics of small hydropower is designed. The wind power, photovoltaic, small hydropower, micro-turbine and fuel cell are included in this model. With the goal of actual output of VPP tracking planning output and minimizing generation and environmental cost of VPP in each period, the output power of the DG in the VPP is obtained by the particle swarm algorithm. The output coefficient of micro-turbine in high, normal and low water period when VPP completes the output plan is discussed. The generation and environmental costs of VPP in high, normal and low water period are compared. And the environmental benefits of VPP in high, normal and low water period based on the environmental cost of thermal power generation is calculated. The simulation results prove the rationality of the established model and the designed strategy, and show that VPP can stabilize the output deviation of renewable energy sources and reduce the total cost of DG effectively.

virtual power plant； renewable energy sources； distributed generator； optimal dispatch model； generation cost； environmental cost； environmental benefits

TK0；TM61

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2015.05.012

2095-560X（2015）05-0398-07

袁桂麗（1971-），女，博士，副教授，主要從事信息控制、先進(jìn)控制策略及其應(yīng)用、 電力系統(tǒng)控制與優(yōu)化調(diào)度研究。

2015-07-29

2015-09-21

? 通信作者：陳少梁，E-mail：chenshaoliang1990@163.com

陳少梁（1990-），男，碩士研究生，主要從事電力系統(tǒng)控制與優(yōu)化調(diào)度研究。