含多种分布式能源的虚拟电厂竞价策略与协调调度研究

面对化石能源日益枯竭所带来的能源危机,可再生能源发电技术成为世界可持续发展的重要支撑。随着可再生能源发电技术的日新月异,越来越多的分布式可再生电源通过用户侧并入电网,这些分布式能源为电力用户提供清洁能源的同时也给电网的安全稳定运行带来了极大的挑战:一方面,分布式能源机组的小容量与大数量使得其难以被电力系统调度中心统一集中调度;另一方面,分布式可再生电源的功率波动性加剧了用户侧负荷需求的不确定性,从而进一步增大了用户侧配电网运行的安全性风险。因此,实现用户侧分布式能源的聚合优化管理,提高可再生能源的并网消纳水平和市场竞争力成为促进分布式能源发展的必然需求。本文基于虚拟电厂技术,通过革新集中优化调度理论和不确定性风险评估与管理方法,为用户侧分布式能源的聚合与优化调度提供理论支撑,同时结合我国发电侧竞价上网与售电侧开放的电力市场改革路径,对虚拟电厂的市场竞价策略和购售电策略优化问题进行了建模分析,最终以虚拟电厂技术为媒介实现了可再生能源整体经济收益与风险成本的相互协调。本文的主要研究内容和成果如下:针对当前集中调度模式下的电力系统运行方式,本文探讨了虚拟电厂内部多种分布式能源的相互整合与经济调度方式,并以此为基础建立了虚拟电厂与电力系统调度中心之间的双层优化调度模型,通过虚拟电厂对调度中心调度运行方案的动态调整与响应实现了虚拟电厂经济效益与社会发用电成本经济性的共赢,有效提高了分布式能源并网的消纳水平与经济性。针对虚拟电厂所面临的多重不确定性风险,本文从虚拟电厂内部与外部两个角度分别对可再生能源波动性、运行可靠性与负荷不确定性等风险因子进行了识别与建模分析。随后,本文将条件风险价值与机会约束规划理论相结合对虚拟电厂与调度中心之间的双层优化调度问题进行了风险评估与管理,通过选取合理的虚拟电厂风险置信度水平实现了虚拟电厂调度运行方案经济性与风险性的相互协调。针对虚拟电厂参与电力市场售电侧改革的购售电策略优化问题,本文从电动汽车的充放电策略管理出发,赋予虚拟电厂发电商与售电商的双重电力市场角色,并基于主从博弈理论对虚拟电厂售电价格策略进行优化以实现对电动汽车充放电策略的引导与管理。同时,电动汽车作为一类特殊的电源与负荷,通过虚拟电厂的集中整合与优化调度可以作为负功率电源参与电力系统的削峰填谷等辅助服务,并平抑可再生能源波动性对虚拟电厂经济性与安全性的影响。针对虚拟电厂参与电力市场多品种交易的策略优化问题,本文建立了日前与实时联合电力市场交易模型,以博弈论为路径研究了虚拟电厂和其他市场参与者在参与电力市场竞价时的策略优化与利益均衡问题,通过合理的电量分配与竞价策略选择,虚拟电厂可以实现在同时参与多品种电力交易时的利益最大化。同时,通过多场景下的风险评估与分析,可以实现虚拟电厂竞价策略风险成本与经济收益的均衡。综上所述,虚拟电厂作为分布式可再生能源优化聚合与的重要实现方式,可以有效提高可再生能源参与市场竞价交易的整体竞争力,在促进可再生能源并网消纳的同时提升可再生能源的整体经济性,从而为用户侧分布式能源管理提供可行的经济调度与优化整合方案。