『全資源池』的虛擬電廠系統(tǒng)調控技術

國網天津市電力公司濱海供電分公司 余慶紅 曹筱歐 張立玲 王 聰

虛擬電廠系統(tǒng)調控過程中容易出現(xiàn)電能與負荷不平衡，從而造成安全事故，建設“全資源池”可實現(xiàn)集中分配控制，因此對基于“全資源池”虛擬電廠系統(tǒng)調控技術進行研究。構建基于“全資源池”的虛擬電廠負荷供需控制模型，維持系統(tǒng)負荷供需平衡；對可控負荷進行協(xié)調儲能，提升整個虛擬電廠系統(tǒng)的經濟性。經過實驗驗證，調控技術具有良好的實際應用效果，能夠提升虛擬電廠整體的經濟效益與可行性。

能源是社會發(fā)展的基礎，隨著發(fā)展速度的加快，能源問題也隨之而來。現(xiàn)階段能源利用過程中主要存在非可再生能源短缺和環(huán)境污染等問題，因此能源結構改革具有重要意義。在電力方面，可再生能源正逐漸取代傳統(tǒng)石油化工資源。但是由于風電、光伏等可再生能源并不具備可調度性，因此對電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性帶來挑戰(zhàn)。由于單個可再生能源輸出有限，電網在調度過程中不會單獨下發(fā)指令，此時可采用虛擬電廠系統(tǒng)將多種發(fā)電單元、可控負荷和儲能設備進行整合，實現(xiàn)了虛擬集成控制，進一步提高電廠經濟價值。“全資源池”可以實現(xiàn)資源自動化分配、管理和回收，保證資源按需分配和共享合理化。因此在虛擬電廠系統(tǒng)中建設“全資源池”，可以實現(xiàn)自動化調控，保證調控工作的準確性，維持虛擬電廠系統(tǒng)的穩(wěn)定運行因此本文基于“全資源池”對虛擬電廠系統(tǒng)的調控技術進行研究，對提高虛擬電廠各單元的協(xié)調控制具有一定理論意義和實際應用價值。

1 基于“全資源池”的虛擬電廠負荷供需控制模型

電能作為一種特殊的能源，在傳輸過程中需要嚴格遵守供需平衡和流量穩(wěn)定性以保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行。由于電能傳播速度極快，單點電網故障或頻率波動會通過互聯(lián)電網快速引發(fā)安全事故，因此保證電能與負荷需求的動態(tài)平衡是虛擬電廠系統(tǒng)運行的關鍵。除此之外，保障電能價格穩(wěn)定對社會民生發(fā)展也至關重要。在“全資源池”主導下集中優(yōu)化虛擬電廠系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經濟性是電能產業(yè)發(fā)展的良好選擇。為實現(xiàn)虛擬電廠集中調度，首先構建數(shù)學模型。假設基于“全資源池”的虛擬電廠系統(tǒng)中包括火電機組、風電機組和光伏機組等類型電能，可以表示為：

其中，C為調控目標函數(shù)，表示社會發(fā)電最低成本；G表示火電機組，i表示第i個，I表示火電機組總數(shù)量；W表示風電機組，j表示第j個，J表示風電機組總數(shù)量；V表示光伏機組，k表示第k個，K表示光伏機組總數(shù)量；P表示發(fā)電功率；T表示調控周期數(shù)量，t表示第t個調控周期?；痣姍C組的發(fā)電成本公式可表示為：

其中，aG,i、bG,i、cG,i表示火電機組電量耗用特征參數(shù)。風電機組的發(fā)電成本公式可表示為：

其中，aV,k表示光伏機組電量耗用特征參數(shù)。由于建設“全資源池”的虛擬電廠系統(tǒng)各組分功率特性和技術指標存在較大差異，因此還需對各組分進行條件約束?；痣姍C組的輸出功率約束條件可表示為：

2 虛擬電廠可控負荷的協(xié)調儲能

在傳統(tǒng)的虛擬電廠負荷管理控制中，通常將負荷匯聚為聚合商，再通過調度系統(tǒng)控制消減負荷峰值，但這種方式并未考慮發(fā)電單元輸出功率的隨機性和間歇性波動，因此本文設計出一種可控負荷的協(xié)調儲能控制方法。根據(jù)需求響應可知，不僅要對激勵需求進行響應，還要能夠反映電能價格。傳統(tǒng)儲能控制策略主要是對負荷進行抑制，削減負荷偏差，并沒有考慮到實時電價可能發(fā)生波動而導致負荷波動，因此本文將實時電價納入研究因素當中，協(xié)調儲能方式可以根據(jù)實際負荷削減情況和實時電價綜合選擇輸出功率指令，兼顧負荷波動偏差和經濟性。本文選擇負荷削減偏差和實時電價作為模糊控制器的輸入變量，加權系數(shù)作為輸出變量，選擇三角形隸屬度函數(shù)，設定模糊子集數(shù)為5。為進行模糊控制，首先要設計變量論域和分割模糊子集。本文設定輸入和輸出變量存在5種狀態(tài)：負大（-B）、負?。?S）、零（Z）、正小（+S）、正大（+B）；負荷削減偏差論域為[-30，30]，分割子集為{-30，-15，0，15，30}；實時電價論域為[0，2]，分割子集為{0，0.5，1，1.5，2}；加權系數(shù)論域為[1，3]，分割子集為{1，1.5，2，2.5，3}，根據(jù)上述定義，將論域和隸屬度函數(shù)選取模糊控制規(guī)則，模糊規(guī)則表見表1所示。

表1 協(xié)調儲能的模糊規(guī)則表

通過以上設定得到模糊紅紙的儲能功率參考值生產條件，是虛擬電廠系統(tǒng)調控能夠在消減負荷偏差的基礎上實現(xiàn)高價售電和低價買電，進而提升整個虛擬電廠經濟性。

3 實驗結果與分析

為驗證本文調控技術對虛擬電廠整體經濟性的提升作用，將本文集中調控優(yōu)化后的虛擬電廠與原始虛擬電廠的整體收益進行對比，對比結果見表2所示。

表2 虛擬電廠系統(tǒng)經濟收益對比

由表2對比結果可知，本文的虛擬電廠系統(tǒng)調控技術更有利于發(fā)揮電能的成本優(yōu)勢，提升虛擬電廠整體的經濟效益與可行性，因此具有良好的實際應用效果。

4 結束語

本文基于“全資源池”對虛擬電廠系統(tǒng)調控技術進行研究，可以提升虛擬電廠系統(tǒng)的經濟效益，促進電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。由于虛擬電廠系統(tǒng)較為復雜，本文對調控技術的研究還存在不足之處，調控技術所實現(xiàn)的功能還不夠全面，今后的研究中應進一步深入分析調控技術，更精準預測負荷需求與儲能控制。除此之外，由于不同類型的負荷具有不同的電價，因此后續(xù)研究應對其進行細化分類，使虛擬電廠調控技術更具有現(xiàn)實意義。