虛擬電廠Virtual Power Plant 一種新的分布式能源管理形式

1、虛擬電廠（虛擬電廠（Virtual Power Plant） 一種新的分布式能源管理形式一種新的分布式能源管理形式 電力系統(tǒng)自動(dòng)化研究所 虛擬電廠虛擬電廠 虛擬電廠的概念與發(fā)展虛擬電廠的概念與發(fā)展 虛擬電廠與微網(wǎng)的區(qū)別虛擬電廠與微網(wǎng)的區(qū)別 虛擬電廠的實(shí)施情況虛擬電廠的實(shí)施情況 虛擬電廠的調(diào)度研究虛擬電廠的調(diào)度研究4 1 2 3 1. 虛擬電廠的概念與發(fā)展虛擬電廠的概念與發(fā)展 pDGDG容量小、數(shù)量大、分布不均，使容量小、數(shù)量大、分布不均，使 得單機(jī)接入成本高，對(duì)系統(tǒng)操作員常得單機(jī)接入成本高，對(duì)系統(tǒng)操作員常 不可見(jiàn)乃至管理困難；不可見(jiàn)乃至管理困難； pDGDG的接入給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了的接入給

2、電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了 許多技術(shù)難題，如潮流改變、線路阻許多技術(shù)難題，如潮流改變、線路阻 塞、電壓閃變、諧波影響等；塞、電壓閃變、諧波影響等； p目前目前“安裝即忘記（安裝即忘記（fit-and-fit-and- forgetforget）”的的DGDG操作方式操作方式 p電力市場(chǎng)容量的限制亦更加阻礙了電力市場(chǎng)容量的限制亦更加阻礙了 DGDG的大規(guī)模并網(wǎng)的大規(guī)模并網(wǎng) 1.虛擬電廠的概念與發(fā)展虛擬電廠的概念與發(fā)展 虛擬電廠（虛擬電廠（VPPVPP） 1.虛擬電廠的概念與發(fā)展虛擬電廠的概念與發(fā)展 u從微觀角度來(lái)說(shuō)，從微觀角度來(lái)說(shuō)，VPPVPP可認(rèn)為是通過(guò)先進(jìn)信息通信技可認(rèn)為是通過(guò)先進(jìn)信息通信技 術(shù)和

3、軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)術(shù)和軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)DGDG、ESSESS、可控負(fù)荷、可控負(fù)荷、EVEV等等DERDER的聚的聚 合和協(xié)調(diào)優(yōu)化，以作為一個(gè)特殊電廠參與電力市場(chǎng)和電合和協(xié)調(diào)優(yōu)化，以作為一個(gè)特殊電廠參與電力市場(chǎng)和電 網(wǎng)運(yùn)行的網(wǎng)運(yùn)行的電源協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)電源協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)。 u從宏觀角度來(lái)說(shuō)，從宏觀角度來(lái)說(shuō)，VPPVPP在電力系統(tǒng)和市場(chǎng)中充當(dāng)在電力系統(tǒng)和市場(chǎng)中充當(dāng)類似類似 于傳統(tǒng)電廠于傳統(tǒng)電廠的角色。的角色。 2.虛擬電廠與微網(wǎng)的區(qū)別虛擬電廠與微網(wǎng)的區(qū)別 微網(wǎng)微網(wǎng)VPP p 自下而上，強(qiáng)調(diào)自下而上，強(qiáng)調(diào)“自治自治” p 元件的整合元件的整合 p 并網(wǎng)特性并網(wǎng)特性/孤島特性孤島特性 p 自上而下，強(qiáng)調(diào)自上而下，

4、強(qiáng)調(diào)“參與參與” p 軟件和技術(shù)軟件和技術(shù) p 并網(wǎng)模式并網(wǎng)模式 設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)理念 構(gòu)成條件構(gòu)成條件 運(yùn)行模式運(yùn)行模式 運(yùn)行特性運(yùn)行特性 p 并網(wǎng)模式并網(wǎng)模式/孤島模式孤島模式 p 常規(guī)電廠的特性常規(guī)電廠的特性 pDSO衡量配網(wǎng)運(yùn)行特性衡量配網(wǎng)運(yùn)行特性 3.虛擬電廠的實(shí)施情況虛擬電廠的實(shí)施情況 項(xiàng)目名稱起止時(shí)間項(xiàng)目狀態(tài)主要參與國(guó)家 VFCPP2001-2005完成德國(guó) KONWERL2002-2003完成德國(guó) VIRTPLANT2005-2007完成德國(guó) UNNA2004-2006完成德國(guó) CPP2003-2007完成德國(guó) STADG VPP2003-2007完成德國(guó) HARZ VPP2008

5、-2012完成德國(guó) ProViPP2008-2012完成德國(guó) VATTENFALL VPP2010-2012完成德國(guó) VGPP2007-2008完成奧地利 PM VPP2005-2007完成荷蘭 FENIX2005-2009完成英國(guó)、西班牙、法國(guó)、 羅馬尼亞等 EDISON2009-2012完成丹麥 GVPP2006-2012完成丹麥 FLEXPOWER2010-2013在研丹麥 WEB2ENERGY2010-2015在研德國(guó)、波蘭等 TWENTIES2012-2015在研比利時(shí)、德國(guó)、法國(guó)、 丹麥、英國(guó)等 4.虛擬電廠的調(diào)度研究虛擬電廠的調(diào)度研究 1 3 3 2 4 4 5 6 6 7 7

6、8 虛擬電廠的調(diào)度研究虛擬電廠的調(diào)度研究 模型研究：模型研究：考慮不確定性和環(huán)境成本的魯棒隨機(jī)優(yōu)化模型考慮不確定性和環(huán)境成本的魯棒隨機(jī)優(yōu)化模型 技術(shù)特點(diǎn)：技術(shù)特點(diǎn)： p以電力市場(chǎng)為背景以電力市場(chǎng)為背景 p考慮不確定因素（考慮不確定因素（風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)或或光伏光伏出力、出力、電價(jià)電價(jià)、 負(fù)荷負(fù)荷）對(duì)調(diào)度的影響）對(duì)調(diào)度的影響 p考慮環(huán)境成本考慮環(huán)境成本 所用方法：所用方法： p隨機(jī)規(guī)劃法隨機(jī)規(guī)劃法 p魯棒優(yōu)化法魯棒優(yōu)化法 求解軟件：求解軟件： pIBM CPLEX12.5IBM CPLEX12.5 4.虛擬電廠的調(diào)度研究虛擬電廠的調(diào)度研究 算例分析：算例分析： VPPVPP的組成的組成： p一座小型風(fēng)電

7、場(chǎng)一座小型風(fēng)電場(chǎng) p一座抽水蓄能電站一座抽水蓄能電站 p三臺(tái)不同型號(hào)的燃?xì)廨啓C(jī)三臺(tái)不同型號(hào)的燃?xì)廨啓C(jī) VPPVPP的模型的模型： p考慮風(fēng)機(jī)出力的不確定性考慮風(fēng)機(jī)出力的不確定性 p考慮電價(jià)預(yù)測(cè)的不確定性考慮電價(jià)預(yù)測(cè)的不確定性 p考慮環(huán)境成本的影響考慮環(huán)境成本的影響 4.虛擬電廠的調(diào)度研究虛擬電廠的調(diào)度研究 合約供電合約供電 日前競(jìng)標(biāo)日前競(jìng)標(biāo) 平衡電力缺額平衡電力缺額 混合電力混合電力 市場(chǎng)市場(chǎng) 中期合約中期合約 市場(chǎng)市場(chǎng) 日前市場(chǎng)日前市場(chǎng) 平衡市場(chǎng)平衡市場(chǎng) 4.虛擬電廠的調(diào)度研究虛擬電廠的調(diào)度研究 11 max( )() s n T tt ts s RC p以利潤(rùn)最大化為目標(biāo)函數(shù)：以利潤(rùn)最大化

8、為目標(biāo)函數(shù)： p以下一交易日實(shí)際利潤(rùn)為衡量依據(jù)：以下一交易日實(shí)際利潤(rùn)為衡量依據(jù)： (,) tt Sf pI (), (), tttt tttt pppp I pppp 其中：其中： 為為t時(shí)段時(shí)段VPP的計(jì)劃競(jìng)標(biāo)出力，的計(jì)劃競(jìng)標(biāo)出力， 為下一交易日為下一交易日t時(shí)段的實(shí)際出力，時(shí)段的實(shí)際出力， 為下一交易為下一交易 日日t時(shí)段的實(shí)際出清價(jià)格，時(shí)段的實(shí)際出清價(jià)格， 為競(jìng)標(biāo)規(guī)劃函數(shù)。為競(jìng)標(biāo)規(guī)劃函數(shù)。 分別為下一交易日分別為下一交易日t時(shí)段的正時(shí)段的正/負(fù)不負(fù)不 平衡價(jià)格。平衡價(jià)格。 t p t p t f, 其中：其中： 為總時(shí)段數(shù)，為總時(shí)段數(shù)， 為電價(jià)的總方案數(shù)，為電價(jià)的總方案數(shù)， 為第為第s組

9、電價(jià)方案的概率，組電價(jià)方案的概率， 為為t時(shí)段時(shí)段 的收益，的收益， 為為t時(shí)段的成本。時(shí)段的成本。 T t R s n( ) s t C 4.虛擬電廠的調(diào)度研究虛擬電廠的調(diào)度研究 0510152025 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 時(shí) 間 t/h 價(jià)格/(歐元) 隨機(jī)生成的電價(jià)方案隨機(jī)生成的電價(jià)方案( (拉丁超立方抽樣拉丁超立方抽樣) ) 數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理： 4.虛擬電廠的調(diào)度研究虛擬電廠的調(diào)度研究 計(jì)算結(jié)果：計(jì)算結(jié)果： 方案名稱最大實(shí)際利潤(rùn)/(歐元)對(duì)應(yīng)目標(biāo)利潤(rùn)/(歐元) 確定性5271.555978.26 隨機(jī)規(guī)劃處理電價(jià)5282.345916.12 魯棒

10、優(yōu)化處理風(fēng)電5387.005353.15 魯棒隨機(jī)規(guī)劃5399.225294.40 增增 大大 減減 小小 表表1 四種模型的利潤(rùn)比較四種模型的利潤(rùn)比較 4.虛擬電廠的調(diào)度研究虛擬電廠的調(diào)度研究 具體調(diào)度方案：具體調(diào)度方案： 0510152025 -10 -5 0 5 10 15 20 時(shí) 間 t/h 功率/(MW) 日 前 市 場(chǎng) 競(jìng) 標(biāo) 方 案合 約 輸 電 方 案平 衡 市 場(chǎng) 購(gòu) 電 方 案 0510152025 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 時(shí) 間 t/h 功率/(MW) GT1發(fā) 電 GT2發(fā) 電 GT3發(fā) 電 PHSP儲(chǔ) 備 PHSP發(fā) 電 抽 水 等

11、 效 電 能 (a)(a)外部方案外部方案(b)(b)內(nèi)部方案內(nèi)部方案 電價(jià)低谷 多買電 電價(jià)高峰 多售電 電價(jià)低谷 儲(chǔ)能 電價(jià)高峰 發(fā)電/放電 4.虛擬電廠的調(diào)度研究虛擬電廠的調(diào)度研究 模型分析：模型分析： p環(huán)境成本對(duì)結(jié)果的影響分析環(huán)境成本對(duì)結(jié)果的影響分析 是否考慮環(huán)境成本 GT總發(fā)電量 /(MW) 環(huán)境成本 /() 實(shí)際利潤(rùn) /() 是134.49163.675399.22 否188.49226.035341.60 表表2 環(huán)境成本對(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響環(huán)境成本對(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響 發(fā)電量增加 環(huán)境成本 增加 實(shí)際利潤(rùn) 降低 4.虛擬電廠的調(diào)度研究虛擬電廠的調(diào)度研究 p魯棒系數(shù)對(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響魯棒系數(shù)對(duì)優(yōu)化結(jié)果的影響 00.10