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在“碳中和”的愿景下，我國能源結(jié)構(gòu)逐步轉(zhuǎn)型，分布式資源（distributed energy resources, DERs）在配用電側(cè)大規(guī)模部署，致力于構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。小規(guī)模DERs的高滲透率及其多元化特征增加了用戶的靈活性，有助于減少以煤炭燃料為主的傳統(tǒng)發(fā)電量，進(jìn)而有效抑制溫室氣體的排放，但也引發(fā)了可控性降低、不確定性增大等問題。對此，為解決配電網(wǎng)難以調(diào)度小規(guī)模DERs的難題，虛擬電廠（virtual power plant, VPP）的概念被提出，其基于不同分布式資源的時空互補(bǔ)特性，整合源荷儲資源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。

目前，針對虛擬電廠的研究主要圍繞虛擬電廠內(nèi)優(yōu)化管理及虛擬電廠參與電網(wǎng)的市場與調(diào)控展開。虛擬電廠優(yōu)化管理方面，主要以高效聚合DERs為目標(biāo)設(shè)計運(yùn)營管理機(jī)制。不少學(xué)者基于虛擬電廠管控的資源特征，將虛擬電廠分為電源型和需求響應(yīng)型。

然而，管控資源類型單一化存在調(diào)度局限性問題，使區(qū)域內(nèi)可再生能源（renewable energy sources, RES）缺乏多樣化消納途徑，且無法以源荷雙重身份協(xié)同配電網(wǎng)運(yùn)行。隨著分布式資源類型的增多，應(yīng)積極提高虛擬電廠聚合資源的多樣性，以此促進(jìn)區(qū)域內(nèi)電能的自給自足。

此外，在協(xié)調(diào)分布式資源的運(yùn)行方式中，得益于共享經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，點對點能源共享與交易模式在電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度領(lǐng)域開始逐步應(yīng)用。有學(xué)者將點對點共享方式用于挖掘蓄電池在能源社區(qū)中的靈活性。有學(xué)者以隨機(jī)博弈成本最小化為目標(biāo)，提出一種基于電能共享的微電網(wǎng)模型。

此外，在智能樓宇的電能優(yōu)化管理中，點對點電能共享方式有助于提升樓宇群的集體收益。但是相關(guān)文獻(xiàn)中采用集中管理策略，未充分考慮產(chǎn)消者對隱私安全的擔(dān)憂?；谏鲜霰尘?，本文研究的虛擬電廠包含多數(shù)量、多類型的DERs，對外能呈現(xiàn)較大范圍的出力特性，同時通過內(nèi)部各類產(chǎn)消者的互通互濟(jì)，提升區(qū)域內(nèi)可再生能源的消納能力，因而將其定義為綜合型虛擬電廠。

針對虛擬電廠參與電網(wǎng)市場與調(diào)控方面，許多學(xué)者將管理VPP運(yùn)行的代理商與電網(wǎng)運(yùn)營商視為兩類主體。VPP與配電網(wǎng)系統(tǒng)交互時，不但要對自身管理的DERs進(jìn)行優(yōu)化，還需要兼顧配電網(wǎng)安全運(yùn)行約束，從而實現(xiàn)雙方相輔相成的協(xié)同優(yōu)化。但是相關(guān)研究大多針對配電網(wǎng)中的小型主體，對具有更大調(diào)控性能的多個虛擬電廠接入的場景研究較少。研究新型配電系統(tǒng)中VPP的能量管理方案與多VPP參與配電網(wǎng)的運(yùn)行策略尤顯迫切。

對此，福州大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院的研究人員面向含有大規(guī)模DERs的綜合型虛擬電廠，研究內(nèi)部DERs的電能管理方式及與配電網(wǎng)協(xié)同運(yùn)行策略。在不同調(diào)度時段內(nèi)，基于直流潮流計算各時刻的阻塞價格，引導(dǎo)各虛擬電廠自主調(diào)整與配電網(wǎng)的交互計劃，從而緩解載荷過重線路的壓力。

圖1 綜合型虛擬電廠內(nèi)能量管理系統(tǒng)

圖2 虛擬電廠與配網(wǎng)協(xié)同運(yùn)行架構(gòu)

首先，考慮綜合型虛擬電廠中產(chǎn)消者的差異化特征，建立三類典型產(chǎn)消者資源模型，基于一致性交替方向乘子法（consensus alternating direction method of multipliers, C-ADMM）在產(chǎn)消者間實行分布式點對點電能共享模式，以盈缺電能互助促進(jìn)虛擬電廠內(nèi)電能的自給自足；同時，考慮多虛擬電廠接入配電網(wǎng)可能引發(fā)的潮流越限問題，基于阻塞價格更新分時電價，進(jìn)而引導(dǎo)虛擬電廠調(diào)整最優(yōu)出力策略，協(xié)助配電網(wǎng)安全運(yùn)行，為當(dāng)前多虛擬電廠與配電網(wǎng)的協(xié)同優(yōu)化調(diào)度提供解決方案。

圖3 協(xié)同優(yōu)化流程

研究人員通過算例分析，得到以下結(jié)論：

1）通過綜合型虛擬電廠整合具有互補(bǔ)特性的多類型產(chǎn)消者，有利于降低單一小規(guī)模產(chǎn)消者的調(diào)度局限性；在產(chǎn)消者間采用點對點電能共享運(yùn)行模式，通過虛擬電廠內(nèi)電能的互惠互助，有利于可再生能源消納，并能提升虛擬電廠全聯(lián)盟經(jīng)濟(jì)效益；同時，利用分布式控制方法，可在不影響經(jīng)濟(jì)性的前提下保護(hù)產(chǎn)消者隱私安全。

2）基于含阻塞費(fèi)用分時電價及購售功率的信息交互，在多時段下以電價引導(dǎo)各虛擬電廠調(diào)整出力，有效緩解了配電網(wǎng)中潮流越限的問題，從而實現(xiàn)多虛擬電廠與配電網(wǎng)的友好協(xié)同互動。

他們表示，下一步的工作將圍繞計及配電網(wǎng)安全運(yùn)行的多虛擬電廠點對點交易機(jī)制展開研究。

本文編自2022年第6期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“計及阻塞管理的虛擬電廠與配電網(wǎng)協(xié)同運(yùn)行策略”，作者為蘭威、陳飛雄。本課題得到福州大學(xué)科研啟動基金、福建省教育廳中青年教師教育科研項目的支持。