考慮可再生能源消納的多能互補(bǔ)虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度策略

張寧，朱昊，楊凌霄，胡存剛

（1. 安徽大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，安徽省 合肥市 230601；2. 安徽大學(xué)人工智能學(xué)院，安徽省 合肥市 230601）

0 引言

虛擬電廠(virtual power plant，VPP)可通過通信信息技術(shù)，對(duì)各類型分布式電源、可控負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置等進(jìn)行集中管理并實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)度[1-2]。國外對(duì)虛擬電廠的研究起步較早，并且逐漸開始商業(yè)化。其中，美國、歐洲等國家和地區(qū)都已經(jīng)具有較為成熟的技術(shù)手段，并已陸續(xù)實(shí)現(xiàn)虛擬電廠的市場化。隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，能源低碳化成為必然趨勢。為了響應(yīng)“雙碳”戰(zhàn)略，國內(nèi)對(duì)電力行業(yè)的低碳化也展開了相關(guān)研究[3-4]。綜合能源系統(tǒng)作為未來重要的能源結(jié)構(gòu)，可將不同種類的能源(電、熱、氣等)進(jìn)行耦合，并根據(jù)能量梯級(jí)利用原則，對(duì)各種能源裝置進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃運(yùn)行及調(diào)度[5]，實(shí)現(xiàn)能量的高效利用。通過虛擬電廠將不同種類的能源裝置聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，達(dá)到多種能量的智能化調(diào)度，不僅能夠有效提升能源利用效率，還能帶來良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

虛擬電廠作為電網(wǎng)管理側(cè)與分布式能源、可控負(fù)荷、儲(chǔ)能系統(tǒng)等之間的橋梁，可聚合大量可控資源，參與電力市場交易和電網(wǎng)運(yùn)行[6-7]。隨著虛擬電廠技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外對(duì)虛擬電廠的研究越來越廣泛，我國也相繼頒布了虛擬電廠參與電力市場運(yùn)行的相關(guān)政策，同時(shí)對(duì)虛擬電廠進(jìn)行了大量研究[8-10]。在虛擬電廠參與電力市場運(yùn)行方面，現(xiàn)有研究主要涉及虛擬電廠與內(nèi)外部合作博弈競價(jià)策略，根據(jù)用戶需求響應(yīng)、價(jià)格信號(hào)以及政策激勵(lì)等信息，制定符合經(jīng)濟(jì)效益要求的購售電策略。文獻(xiàn)[11]提出了一種考慮多時(shí)間尺度的日前與日內(nèi)兩階段聯(lián)合運(yùn)行的策略模型，通過電價(jià)引導(dǎo)信號(hào)以及內(nèi)部定價(jià)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)虛擬電廠的內(nèi)部交易與市場交易，從而提升系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)[12]以售電公司經(jīng)濟(jì)最大化為目標(biāo)，通過虛擬電廠實(shí)時(shí)整合多種分散式資源，基于日前和實(shí)時(shí)2 種購售電決策，將其動(dòng)態(tài)納入電力市場運(yùn)行中，從而實(shí)現(xiàn)購售電利益最大化。文獻(xiàn)[13]根據(jù)寡頭競爭博弈均衡理論和合作博弈理論，研究了由風(fēng)電商與電動(dòng)汽車聚合商組成的虛擬電廠參與電價(jià)競爭對(duì)電力市場平衡性的影響。文獻(xiàn)[14]在虛擬電廠向電力系統(tǒng)提供調(diào)頻服務(wù)的前提下，提出了一種關(guān)于調(diào)頻輔助服務(wù)的最優(yōu)競價(jià)策略，其考慮了儲(chǔ)能電池循環(huán)壽命對(duì)投標(biāo)模型的影響，并通過討價(jià)還價(jià)的收益分配方法來分配合作所得利潤。文獻(xiàn)[15]采用深度學(xué)習(xí)的方法，解決了虛擬電廠多階段動(dòng)態(tài)市場競爭問題。文獻(xiàn)[16]分析了碳捕集系統(tǒng)與電氣化合作經(jīng)營關(guān)系，考慮電力市場與天然氣市場價(jià)格不確定性，構(gòu)建了風(fēng)險(xiǎn)依賴模型，提出了一種虛擬電廠三級(jí)市場交易模型。文獻(xiàn)[17-19]采取主從博弈模型，可通過調(diào)整需求響應(yīng)制定合理的競價(jià)模型和購售電方案，合理整合各分布式資源，實(shí)現(xiàn)虛擬電廠與外部市場的均衡性管理。

在虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度方面，文獻(xiàn)[20-22]針對(duì)風(fēng)光等可再生能源出力不確定性、并網(wǎng)消納等問題進(jìn)行了研究，并提出了相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化調(diào)度策略。文獻(xiàn)[23]考慮了多能源耦合虛擬電廠的多重不確定性問題，并通過一種魯棒隨機(jī)優(yōu)化調(diào)度方法進(jìn)行求解。傳統(tǒng)化石能源的大量使用所帶來的危害日益突出，大力發(fā)展清潔能源成為全世界的共識(shí)，含有碳捕集裝置的虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度已經(jīng)引起廣泛關(guān)注。文獻(xiàn)[24]提出了包含碳捕集裝置、垃圾焚燒等在內(nèi)的虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度模型。文獻(xiàn)[25]構(gòu)建了一種兩階段低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，通過包括風(fēng)電、碳捕集裝置在內(nèi)的虛擬電廠協(xié)調(diào)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)良好的環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益。能源耦合設(shè)備可通過能量的多樣化供給和高效轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用[26]。文獻(xiàn)[27]建立了包括多種能源耦合設(shè)備和儲(chǔ)能裝置在內(nèi)的虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度模型，該模型考慮了電、熱、冷多能互補(bǔ)問題，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。文獻(xiàn)[28]提出了包括需求響應(yīng)、電轉(zhuǎn)氣能源耦合設(shè)備等在內(nèi)的新型虛擬電廠結(jié)構(gòu)，構(gòu)建了三維協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度模型。

基于以上研究，本文以提升高比例滲透的可再生能源利用率為目標(biāo)，提出一種綜合考慮多能互補(bǔ)特性的虛擬電廠多能流優(yōu)化調(diào)度模型，以外部能源市場價(jià)格信息作為響應(yīng)信號(hào)，虛擬電廠結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)多能裝置運(yùn)行狀態(tài)信息制定調(diào)度策略，以達(dá)到最大化消納可再生能源的目的，并利用改進(jìn)粒子群優(yōu)化(particle swarm optimization，PSO)算法對(duì)模型進(jìn)行求解。

1 多能互補(bǔ)虛擬電廠結(jié)構(gòu)

虛擬電廠內(nèi)部包含不同種類的分布式電源、分布式可控負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置等。以經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)為驅(qū)動(dòng)，整合系統(tǒng)內(nèi)部各類可控資源、負(fù)荷等，參與電力市場交易，可為電網(wǎng)提供調(diào)頻等輔助服務(wù)，從而提升系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，促進(jìn)各類能源的高效優(yōu)化整合[29]。隨著分布式可再生能源的興起，可再生能源消納問題備受關(guān)注。

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)只能依靠調(diào)節(jié)電力網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)供需平衡，隨著可再生能源發(fā)電規(guī)模的增大，僅依靠電力系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行難以應(yīng)對(duì)可再生能源消納不足的問題，在多能源系統(tǒng)運(yùn)行場景下，其靈活性也稍顯不足。通過在虛擬電廠內(nèi)引入能源耦合設(shè)備，整合分布式可再生能源，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電、熱、氣等多能源協(xié)調(diào)運(yùn)行，可有效提升系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性。通過引入電轉(zhuǎn)氣技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與氣網(wǎng)交互，并將電能轉(zhuǎn)化為天然氣或氫氣，參與天然氣網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。電鍋爐作為熱網(wǎng)中的重要組成部分，主要以可再生能源發(fā)電作為電源，將電能轉(zhuǎn)化為熱能，參與熱網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行，起到供熱和削峰填谷的作用[30]。燃?xì)忮仩t可通過將天然氣轉(zhuǎn)換為熱能實(shí)現(xiàn)氣網(wǎng)與熱網(wǎng)的交互運(yùn)行。

本文在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，從源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)4 個(gè)方面出發(fā)，在虛擬電廠園區(qū)內(nèi)設(shè)置多種能源耦合設(shè)備，構(gòu)建一套以消納分布式可再生能源、提升系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行為目標(biāo)的多能互補(bǔ)虛擬電廠模型，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 虛擬電廠結(jié)構(gòu)圖Fig. 1 Structure diagram of VPP

分布式可再生能源作為多能互補(bǔ)虛擬電廠的主要供能單位，電鍋爐、燃?xì)忮仩t和電轉(zhuǎn)氣等能源耦合設(shè)備將熱網(wǎng)、氣網(wǎng)、電網(wǎng)3部分連接起來。為保證能量的供需平衡，各能量網(wǎng)絡(luò)均配有獨(dú)立的儲(chǔ)能裝置。其中，系統(tǒng)內(nèi)的電負(fù)荷與氣負(fù)荷分為可中斷負(fù)荷和固定負(fù)荷。虛擬電廠控制平臺(tái)可通過聚合系統(tǒng)內(nèi)各裝置運(yùn)行信息，整合多能網(wǎng)絡(luò)供需狀態(tài)，并以外部能源價(jià)格等響應(yīng)信息為策略信號(hào)，控制電網(wǎng)與天然氣網(wǎng)絡(luò)參與外部能源網(wǎng)絡(luò)的市場交易。電網(wǎng)與氣網(wǎng)以能源耦合設(shè)備為橋梁，共同承擔(dān)熱網(wǎng)的功率平衡。在滿足系統(tǒng)內(nèi)各組成部分相關(guān)約束的前提下，虛擬電廠控制平臺(tái)可通過信息通信技術(shù)收集系統(tǒng)內(nèi)部各聚合單元的運(yùn)行狀態(tài)、儲(chǔ)能裝置運(yùn)行狀態(tài)和多能流網(wǎng)絡(luò)供需狀態(tài)等運(yùn)行信息，并以電力市場與天然氣市場價(jià)格信息為指引，優(yōu)化各類儲(chǔ)能設(shè)備的充放能方案，維持系統(tǒng)內(nèi)多能網(wǎng)絡(luò)的供需平衡。以日內(nèi)最小運(yùn)行成本為目標(biāo)，制定該系統(tǒng)的日內(nèi)多能優(yōu)化調(diào)度策略，從而提升分布式可再生能源消納，實(shí)現(xiàn)良好的環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益。

2 多能互補(bǔ)虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度模型

2.1 能源耦合設(shè)備模型

能源耦合設(shè)備主要包括電能轉(zhuǎn)換裝置和天然氣轉(zhuǎn)換裝置，其中，電能轉(zhuǎn)換裝置包括電轉(zhuǎn)氣和電鍋爐等設(shè)備，燃?xì)忮仩t可將天然氣等氣能轉(zhuǎn)換為熱能。

電轉(zhuǎn)氣裝置可將風(fēng)光等可再生能源發(fā)電的多余電能轉(zhuǎn)換為氣能，具體表達(dá)式如下：

式中：Pe-g為通過電轉(zhuǎn)氣裝置轉(zhuǎn)化得到的氣能；ηeg為電轉(zhuǎn)氣裝置的轉(zhuǎn)化效率；Peg為輸入電轉(zhuǎn)氣裝置的電量。

電鍋爐設(shè)備可將可再生能源發(fā)電多余電能轉(zhuǎn)化為熱能，其轉(zhuǎn)化表達(dá)式如下：

式中：Pe-h為通過電鍋爐設(shè)備轉(zhuǎn)化得到的熱能；ηeh為電鍋爐設(shè)備的轉(zhuǎn)化效率；Peh為輸入電鍋爐設(shè)備的電量。

燃?xì)忮仩t設(shè)備可將天然氣等氣能轉(zhuǎn)化為熱能，具體表達(dá)式如下：

式中：Pg-h為通過燃?xì)忮仩t設(shè)備轉(zhuǎn)化得到的熱能；ηgh為燃?xì)忮仩t的轉(zhuǎn)化效率；Pgh為輸入燃?xì)忮仩t的天然氣量。

2.2 儲(chǔ)能裝置模型及約束

式中：s代表能源種類；為t+1 時(shí)刻各類儲(chǔ)能系統(tǒng)充放能后的儲(chǔ)能量；為t時(shí)刻各類儲(chǔ)能系統(tǒng)充放能前的儲(chǔ)能量；δs為各類儲(chǔ)能裝置的能量損耗率；分別為t時(shí)刻各類儲(chǔ)能裝置的充能、放能功率；ηsc、ηsd分別為各類儲(chǔ)能裝置的充能、放能效率。

儲(chǔ)能裝置充放能功率約束表示如下：

電池荷電狀態(tài)(state of charge，SOC)用來表示各儲(chǔ)能裝置的儲(chǔ)能狀態(tài)，儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)能狀態(tài)約束表示如下：

儲(chǔ)能裝置周期容量不變約束表示如下：

儲(chǔ)能裝置在正常運(yùn)行時(shí)充能和放能不能同時(shí)進(jìn)行。其相關(guān)約束表示如下：

墻面綠化實(shí)質(zhì)上是一種攀援綠化。墻面綠化需要在圍墻的下方種植攀援類植物，這類植物通常都具有吸盤與氣根，可以通過自身的吸附能力沿著墻面進(jìn)行攀爬，從而覆蓋墻面，達(dá)到裝飾效果。室內(nèi)外的墻面都可以進(jìn)行綠化設(shè)計(jì)，如使用紫藤、金銀花等纏繞性能強(qiáng)的植物與一些長蔓性蔓藤植物，在少許的牽引扶持下，攀爬在墻面上。

式中Ls-c和Ls-d分別代表不同能源種類的充能和放能標(biāo)志。

2.3 系統(tǒng)約束

多能互補(bǔ)虛擬電廠在正常運(yùn)行時(shí)需要滿足電能、氣能和熱能的功率平衡。電網(wǎng)系統(tǒng)、天然氣網(wǎng)絡(luò)、熱網(wǎng)需要滿足的功率平衡分別表示如下：

式中：PPV和Pwind分別為光伏、風(fēng)電出力；Pe-buy為系統(tǒng)從外部電網(wǎng)購買的功率；Pg-buy為系統(tǒng)向外部天然氣網(wǎng)絡(luò)購買的功率；Pe-c、Pe-d分別為儲(chǔ)能裝置的充電、放電功率；Pe-load為電負(fù)荷；Pe-ab為可再生能源發(fā)電棄電量；Pg-c、Pg-d分別為天然氣儲(chǔ)能裝置的充能、放能功率；Pg-load為氣負(fù)荷；Ph-c、Ph-d分別為儲(chǔ)熱裝置的充能、放能功率；Ph-load為熱負(fù)荷。

各類能源設(shè)備在正常運(yùn)行時(shí)，其出力大小都應(yīng)該小于其上限值，均需滿足以下約束：

式中：Ps為各類能源設(shè)備的出力；為各類能源設(shè)備的最大限制出力。

能源購買約束表示如下：

2.4 目標(biāo)函數(shù)

本文所提多能互補(bǔ)虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度模型是以日內(nèi)最小運(yùn)行成本為目標(biāo)函數(shù)，該成本包括各類能源購買費(fèi)用fs-buy、可再生能源棄電懲罰faban和碳排放處理費(fèi)用fc。

能源購買費(fèi)用包括系統(tǒng)向外部能源市場購買的電功率費(fèi)用和天然氣費(fèi)用，可表示為

式中：ce-buy為多能互補(bǔ)虛擬電廠向外部電網(wǎng)購電電價(jià)；cg-buy為外部天然氣價(jià)格。

可再生能源棄電懲罰包括光伏發(fā)電棄電懲罰和風(fēng)電棄電懲罰，兩者按照統(tǒng)一的棄電電價(jià)計(jì)算，具體可表示為

式中caban為可再生能源棄電懲罰系數(shù)。

碳排放量是系統(tǒng)從外部能源網(wǎng)絡(luò)購買電量和天然氣時(shí)碳的等效排放量，具體可表示為

式中：cc為單位碳排放處理費(fèi)用；βe為等效購電碳排放系數(shù)；βg為等效購氣碳排放系數(shù)。

故本文所設(shè)日內(nèi)運(yùn)行最小成本可表示為

3 仿真驗(yàn)證

3.1 改進(jìn)PSO算法

PSO算法是一種進(jìn)化計(jì)算技術(shù)，于1995年由J. Kennedy 等率先提出，該算法通過模擬鳥群的覓食行為搜索最優(yōu)解，在函數(shù)優(yōu)化方面表現(xiàn)優(yōu)異，已受到研究者的廣泛關(guān)注[32]。PSO 算法具有位置和速度2 個(gè)重要屬性，其中，速度代表粒子搜索快慢，位置代表搜索方向。每個(gè)粒子獨(dú)自進(jìn)行最優(yōu)搜索，并將相關(guān)搜索信息與其他粒子共享，通過不斷迭代更新，最后找到最優(yōu)解。

傳統(tǒng)PSO 算法局部搜索能力較差，容易陷入局部最優(yōu)，對(duì)整個(gè)優(yōu)化調(diào)度求解結(jié)果的影響較大。針對(duì)這一問題，本文采用改進(jìn)PSO 算法，通過引入粒子變異環(huán)節(jié)，對(duì)粒子慣性權(quán)重w進(jìn)行變異操作，從而提升粒子的多樣性，避免尋優(yōu)過程中粒子陷入局部最優(yōu)。

在PSO 算法中，慣性權(quán)重w是一個(gè)很重要的參數(shù)，其值變化對(duì)粒子尋優(yōu)有一定的影響，增大w可以提高粒子的全局搜索能力，減小w可以增強(qiáng)局部搜索能力。

在本文所采用的改進(jìn)PSO 算法中，各粒子的慣性權(quán)重w將會(huì)隨著迭代次數(shù)和個(gè)體適應(yīng)值的更新而不斷更新，具體表達(dá)式如下：

式中：f為某粒子的適應(yīng)度值；favg為全體粒子的平均適應(yīng)度值；fmin為全體粒子的最小適應(yīng)度值；wmin和wmax分別為w的下限和上限。

改進(jìn)后的PSO算法流程如圖2所示。

圖2 改進(jìn)粒子群算法流程圖Fig. 2 Flow chart of improved PSO algorithm

3.2 仿真分析

以某包含風(fēng)光發(fā)電的多能互補(bǔ)虛擬電廠系統(tǒng)為參考案例進(jìn)行仿真分析，該地區(qū)某典型日光伏、風(fēng)電等可再生能源出力曲線如圖3 所示。僅考慮電力網(wǎng)絡(luò)時(shí)，該系統(tǒng)電負(fù)荷難以消納系統(tǒng)內(nèi)的可再生能源發(fā)電，消納率僅為70.6%。能源采購價(jià)格包括購電電價(jià)和購氣氣價(jià)，二者均采用分時(shí)價(jià)格機(jī)制，如表1 所示。各類能源耦合設(shè)備的轉(zhuǎn)化效率如表2 所示。對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)所有能源種類的儲(chǔ)能裝置，其儲(chǔ)能能量狀態(tài)的變化區(qū)間均設(shè)在0.25~0.95，各類儲(chǔ)能裝置相關(guān)參數(shù)如表3所示。

表1 分時(shí)電價(jià)和氣價(jià)Tab. 1 Time share electricity price and gas price

表2 能量耦合裝置轉(zhuǎn)化效率Tab. 2 Conversion efficiency of energy coupling device

表3 儲(chǔ)能裝置相關(guān)參數(shù)Tab. 3 Related parameters of energy storage devices

圖3 光伏、風(fēng)電出力曲線Fig. 3 Output curves of photovoltaic and wind powers

通過仿真結(jié)果可知：該多能互補(bǔ)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，在保證電力系統(tǒng)功率平衡的前提下，當(dāng)電價(jià)較低時(shí)，系統(tǒng)會(huì)從電網(wǎng)購入一定電量，這些電量除了會(huì)供給系統(tǒng)內(nèi)的電負(fù)荷、電轉(zhuǎn)氣裝置和電鍋爐外，還會(huì)儲(chǔ)存到儲(chǔ)能裝置內(nèi)，在可再生能源發(fā)電消納困難時(shí)期，系統(tǒng)會(huì)利用能量耦合裝置將多余電量轉(zhuǎn)化為氣能和熱能。電力網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果如圖4所示。

圖4 電力網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果Fig. 4 Power network optimization scheduling results

圖5為天然氣網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果，由此可知，在可再生能源發(fā)電充足時(shí)，天然氣網(wǎng)絡(luò)主要以電轉(zhuǎn)氣獲得的氣能供給整個(gè)氣能網(wǎng)絡(luò)，多余氣能則會(huì)通過儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存起來，或通過燃?xì)忮仩t轉(zhuǎn)化為熱能供給熱能系統(tǒng)。在天然氣價(jià)格低谷時(shí)期和電轉(zhuǎn)氣裝置供能不足時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過購買天然氣進(jìn)行供能，從而保證天然氣網(wǎng)絡(luò)的供需平衡。

圖5 天然氣網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果Fig. 5 Natural gas network optimization scheduling results

圖6為熱網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果。本文所設(shè)多能互補(bǔ)虛擬電廠系統(tǒng)的熱網(wǎng)不能向外部熱網(wǎng)購熱，電鍋爐和燃?xì)忮仩t等能源耦合設(shè)備將電能和氣能轉(zhuǎn)化為熱能，供給園區(qū)內(nèi)的熱負(fù)荷。儲(chǔ)熱裝置可將某些時(shí)刻多余的熱能存儲(chǔ)起來，當(dāng)電鍋爐和燃?xì)忮仩t產(chǎn)熱量不足以滿足系統(tǒng)內(nèi)的熱負(fù)荷時(shí)，儲(chǔ)熱裝置通過釋放熱能來維持系統(tǒng)內(nèi)的熱功率平衡。

圖6 熱網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果Fig. 6 Heat network optimization scheduling results

由上述仿真結(jié)果可知，虛擬電廠可以通過信息采集獲取各分布式資源與用戶側(cè)負(fù)載之間的供需關(guān)系。不同能源類型的子系統(tǒng)可以通過引入電轉(zhuǎn)氣、電鍋爐等能源耦合設(shè)備建立耦合關(guān)系。面對(duì)可再生能源消納困難問題，在保證電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，虛擬電廠調(diào)度下的能源耦合設(shè)備通過協(xié)調(diào)互補(bǔ)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用，在保證電、氣、熱多能互補(bǔ)虛擬電廠穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)提高能源利用率，促進(jìn)可再生能源的就地消納，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。通過在虛擬電廠中引入能源耦合設(shè)備，該系統(tǒng)的新能源消納率由原先的70.6%提升到98.6%。該多能互補(bǔ)虛擬電廠日內(nèi)最小運(yùn)行成本如表4所示。

表4 日內(nèi)最小運(yùn)行成本Tab. 4 Intraday minimum running cost元

4 結(jié)論

針對(duì)可再生能源發(fā)電消納不足的問題，提出了綜合考慮多種能源之間相互調(diào)用的虛擬電廠多能流優(yōu)化調(diào)度策略，通過虛擬電廠協(xié)調(diào)運(yùn)作多能流設(shè)備，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的多能流平衡，從而在最大程度消納可再生能源的同時(shí)實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益。具體結(jié)論如下：

1）計(jì)及“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”全環(huán)節(jié)的虛擬電廠運(yùn)行機(jī)制，考慮了多能耦合特性以及分布式電源、分布式可控負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置、能源耦合設(shè)備等裝置之間的協(xié)同運(yùn)行關(guān)系，能充分發(fā)揮多元能源之間的互補(bǔ)特性，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2）所構(gòu)建的多能互補(bǔ)虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度模型考慮了碳排放對(duì)系統(tǒng)的影響，通過虛擬電廠整合分散安裝的清潔能源、可控負(fù)荷和儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)可再生能源的消納，提高了能源利用率，減少了資源浪費(fèi)。

3）所提出的基于改進(jìn)PSO算法的虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度策略提高了運(yùn)行結(jié)果的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了虛擬電廠的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。