『全資源池』的虛擬電廠系統調控技術

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

虛擬電廠系統調控過程中容易出現電能與負荷不平衡，從而造成安全事故，建設“全資源池”可實現集中分配控制，因此對基于“全資源池”虛擬電廠系統調控技術進行研究。構建基于“全資源池”的虛擬電廠負荷供需控制模型，維持系統負荷供需平衡；對可控負荷進行協調儲能，提升整個虛擬電廠系統的經濟性。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。

能源是社會發展的基礎，隨著發展速度的加快，能源問題也隨之而來。現階段能源利用過程中主要存在非可再生能源短缺和環境污染等問題，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，因此對電力系統運行的穩定性帶來挑戰。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指令，此時可采用虛擬電廠系統將多種發電單元、可控負荷和儲能設備進行整合，實現了虛擬集成控制，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中建設“全資源池”，可以實現自動化調控，保證調控工作的準確性，維持虛擬電廠系統的穩定運行因此本文基于“全資源池”對虛擬電廠系統的調控技術進行研究，對提高虛擬電廠各單元的協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定性以保證電力系統穩定運行。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電網快速引發安全事故，因此保證電能與負荷需求的動態平衡是虛擬電廠系統運行的關鍵。除此之外，保障電能價格穩定對社會民生發展也至關重要。在“全資源池”主導下集中優化虛擬電廠系統的穩定性和經濟性是電能產業發展的良好選擇。為實現虛擬電廠集中調度，首先構建數學模型。假設基于“全資源池”的虛擬電廠系統中包括火電機組、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，表示社會發電最低成本；G表示火電機組，i表示第i個，I表示火電機組總數量；W表示風電機組，j表示第j個，J表示風電機組總數量；V表示光伏機組，k表示第k個，K表示光伏機組總數量；P表示發電功率；T表示調控周期數量，t表示第t個調控周期。火電機組的發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。風電機組的發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。由于建設“全資源池”的虛擬電廠系統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。火電機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調儲能

在傳統的虛擬電廠負荷管理控制中，通常將負荷匯聚為聚合商，再通過調度系統控制消減負荷峰值，但這種方式并未考慮發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調儲能控制方法。根據需求響應可知，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，協調儲能方式可以根據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，加權系數作為輸出變量，選擇三角形隸屬度函數，設定模糊子集數為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：負大（-B）、負小（-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}；加權系數論域為[1，3]，分割子集為{1，1.5，2，2.5，3}，根據上述定義，將論域和隸屬度函數選取模糊控制規則，模糊規則表見表1所示。

表1 協調儲能的模糊規則表

通過以上設定得到模糊紅紙的儲能功率參考值生產條件，是虛擬電廠系統調控能夠在消減負荷偏差的基礎上實現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 虛擬電廠系統經濟收益對比

由表2對比結果可知，本文的虛擬電廠系統調控技術更有利于發揮電能的成本優勢，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”對虛擬電廠系統調控技術進行研究，可以提升虛擬電廠系統的經濟效益，促進電力系統的穩定運行。由于虛擬電廠系統較為復雜，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，因此后續研究應對其進行細化分類，使虛擬電廠調控技術更具有現實意義。