混合整數(shù)二次規(guī)劃對虛擬電廠的智能調(diào)控作用

方嵩賀 怡劉勁

摘要：本文以虛擬電廠智能調(diào)控現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，采用混合整數(shù)二次規(guī)劃對虛擬電廠進(jìn)行智能調(diào)控的優(yōu)化，分析風(fēng)力發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電、光伏發(fā)電和儲能裝置之間的關(guān)系。同時，整合各個智能調(diào)控環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)虛擬電廠的二次調(diào)控，解決其安全性、協(xié)調(diào)性差的問題，最大程度的滿足市場對電能的需求，并提高虛擬電廠的市場競爭力。

關(guān)鍵詞：混合整數(shù)二次規(guī)劃;虛擬電廠;智能調(diào)控

虛擬電廠（Virtual Power Plant，簡稱VPP）作為可調(diào)節(jié)的分布式的電源系統(tǒng)，將儲能裝置、變流器和監(jiān)控保護(hù)裝置整合起來，依據(jù)負(fù)荷需求進(jìn)行并網(wǎng)、孤島運行模式的自由切換。但是，分布式電源比例的增加，會增加通訊成本，降低輸、配電效率。如何協(xié)調(diào)大量不可控的分布式電源，降低分布式電源的隨機性、波動性，是目前虛擬電廠亟待解決的難題[1]。本文以混合整數(shù)二次規(guī)劃的方法，對分布式電源進(jìn)行智能調(diào)控，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

1 虛擬電廠的模式構(gòu)建

1.1 發(fā)電出力電源的數(shù)學(xué)描述

發(fā)電出力電源包括：風(fēng)力、光伏、燃?xì)獍l(fā)電，具體內(nèi)容如下：

1.1.1 風(fēng)力發(fā)電描述

1.1.3 燃?xì)獍l(fā)電描述

小型燃?xì)獍l(fā)電機屬于污染小、噪音小的清潔能源，可以進(jìn)行冷、熱聯(lián)供的分布式發(fā)電。雖然燃?xì)獍l(fā)電的輸出功率相對較少，但可持續(xù)性強，占地面積小，也是重要的分布式電源。燃?xì)獍l(fā)電要依據(jù)燃?xì)獾陌l(fā)電成本C（PMT），時間段燃?xì)獾妮敵鯬 MT而定，并確定不同燃?xì)獍l(fā)電機的調(diào)節(jié)系數(shù)a，b，c。

1.2 分布式發(fā)電調(diào)節(jié)因素的數(shù)學(xué)描述

虛擬發(fā)電廠進(jìn)行智能調(diào)控的條件包括：儲能裝置、價格影響和負(fù)荷調(diào)節(jié)。

1.2.1 儲能裝置描述

虛擬發(fā)電廠對分布式調(diào)節(jié)的重要依據(jù)為存儲能量的比例，放電時可以作為分布式電源使用，充電時可以作為分布式電網(wǎng)中的負(fù)荷使用。所以，儲能不同狀態(tài)的調(diào)節(jié)，是分布式電源智能調(diào)節(jié)的主要因素，其數(shù)學(xué)描述為：

1.3 約束條件

為了實現(xiàn)發(fā)電出力與發(fā)電條件因素之間的協(xié)調(diào)，更好的進(jìn)行智能調(diào)控，需要對其各方面因素進(jìn)行限制。

1.3.1儲能裝置限制條件

2 混合整數(shù)二次規(guī)劃的運算步驟

由于虛擬電廠代理、資源利用屬于不同的運營者，所以混合整數(shù)二次規(guī)劃的目的是為了兼顧不同的利益者，構(gòu)建出滿足虛擬電廠內(nèi)部靈活性資源集合需求的規(guī)劃模型。其計算步驟如下：

2.1 明確目標(biāo)

平衡電力輸出，滿足內(nèi)部約束條件。虛擬電廠、分布式電源之間的電力平衡，主要是對各個約束條件進(jìn)行分析，確定各項指標(biāo)處于限制范圍內(nèi)。虛擬電廠智能調(diào)解目標(biāo)的確立，是混合整數(shù)二次規(guī)劃模型的最終結(jié)果，也是分布式電網(wǎng)智能調(diào)節(jié)的終極目標(biāo)。

2.2 實現(xiàn)最大靈活性

資源整合靈活性的最大化。運營者、虛擬電廠的目標(biāo)是為了獲得較大的收益，降低智能調(diào)解過程中對電能的損耗，使得電能荷載與電能輸出保持平衡。然而，由于市場需求、分配是電網(wǎng)功能變化等因素，虛擬電廠的電力輸出與實際需求之間存在較大的誤差，所以要對風(fēng)力、光伏、燃?xì)獾确峙涫请娋W(wǎng)進(jìn)行數(shù)學(xué)運算，找到其最大時間點與最小時間點，并與實際市場需求相匹配[3]。

2.3求得最優(yōu)運算值

計算輸電負(fù)載與供電平衡之間的關(guān)系，得到最優(yōu)的運算值，其數(shù)學(xué)描述如下：

3 實際案例仿真分析

通過構(gòu)建混合整數(shù)二次規(guī)劃算法，要驗證其對虛擬電廠智能調(diào)節(jié)的優(yōu)化作用，具體內(nèi)容如下：

3.1 案例概述

以A地區(qū)電網(wǎng)為例，其中，光伏發(fā)電板20塊，風(fēng)能電機5座，燃?xì)獍l(fā)電機12組，儲能裝置6塊（最大容量：4200J，最小容量：1200J），機組最大爬升力120kW，最小爬升力20kW。

3.2 輸電平衡分析

針對不同時間段，虛擬電廠出力與實際電能需求之間的關(guān)系進(jìn)行仿真分析，分析結(jié)果如圖1所示。

通過上述分析可知，不同時間段的虛擬電廠輸出結(jié)果與實際電能輸出之間融合性較好，說明電能整體輸出比較穩(wěn)定。當(dāng)實際電能需求發(fā)生較大變化時，虛擬電廠仍然保持比較平滑的輸出結(jié)果，并未進(jìn)行較大幅度的節(jié)能調(diào)整。同時，在應(yīng)對外部需求發(fā)生巨大變化的情況，虛擬電廠仍然采用智能調(diào)解的作用，穩(wěn)步提升電能輸出，以保證各分布式電網(wǎng)輸出功率的穩(wěn)定，并協(xié)調(diào)儲能裝置進(jìn)行電能需求補充，實現(xiàn)了智能化調(diào)解。由此可知，混合整數(shù)二次規(guī)劃對虛擬電廠的智能調(diào)節(jié)作用明顯，所以滿足不同情況下的節(jié)能需求。

3.3 智能化預(yù)測

混合整數(shù)二次規(guī)劃對虛擬電廠智能調(diào)節(jié)具有預(yù)測作用，提前對智能電網(wǎng)的負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，及時對內(nèi)部電網(wǎng)、儲能裝置、約束條件進(jìn)行分析，以應(yīng)對外部突然變化的環(huán)境（市場價格、實際需求等）對電能輸出的影響，提高虛擬電廠運行的穩(wěn)定性.智能電網(wǎng)可以提前對實際需求進(jìn)行預(yù)測，在不斷變化的智能需求條件下，保障自身電能輸出穩(wěn)定，降低不穩(wěn)定因素對電能輸出的影響。另外，虛擬電廠可以在外部市場需求的情況下，依據(jù)市場價格、電網(wǎng)潮流變化，進(jìn)行提前的負(fù)荷預(yù)測，說明混合整數(shù)二次規(guī)劃可以應(yīng)對多種極端環(huán)境（0需求，最大輸電需求）。

4 結(jié)束語

本文在分析虛擬電廠結(jié)構(gòu)的情況下，結(jié)合虛擬電廠的限制條件，進(jìn)行智能化的調(diào)節(jié)。先對風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電等分布式電源進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，并對儲能、靈活性等影響因素進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，并構(gòu)建相應(yīng)的約束條件，以保障輸出結(jié)果的準(zhǔn)確性。利用MATLAB仿真分析，以及Fortuny-Amat等軟件進(jìn)行驗證分析。驗證結(jié)果顯示：混合整數(shù)二次規(guī)劃對虛擬電廠的輸電平衡具有智能調(diào)節(jié)作用，該規(guī)劃方法還能對虛擬電廠進(jìn)行智能預(yù)測，滿足多種極端環(huán)境下的輸電平衡要求。總之，混合整數(shù)二次規(guī)劃對虛擬電廠的智能調(diào)節(jié)作用明顯。

參考文獻(xiàn)

[1]陳雯，孫榮峰，邱靖等，考慮電池壽命的虛擬電廠調(diào)頻競標(biāo)模型及合作利潤分配策略[J].全球能源互聯(lián)網(wǎng)，2020，3（04）：374-384.

[2]孟月，張宏立.虛擬電廠配電網(wǎng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的能效分析研究[J].電測與儀表，2020，57 （16）：33-38.

[3]Andrew Mears.James Martin分布式能源管理中完全靈活的負(fù)荷——虛擬電廠中太陽能光伏、電池、負(fù)荷和價值疊加[J].Engineering.

2020，6 （07）：7 36-7 38.

作者簡介

方嵩（1977-），男，廣東省普寧市人。大學(xué)本科學(xué)歷。高級工程師。研究方向為電網(wǎng)運行與控制。

賀怡（198 3一），女，江西省永新縣人。大學(xué)本科學(xué)歷，高級工程師。研究方向為電力系統(tǒng)及調(diào)度自動化。

劉勁（1988-），男，廣東省茂名市人。工程師。研究方向為電網(wǎng)運行與控制。