文献综述(或调研报告):
引言
随着以光伏发电和风力发电为代表的分布式电源的光伏应用和电动汽车的快速增长,配电网运行中的不确定显著增加。虚拟电厂可以将不同类型的分布发电、储能和电动汽车等柔性负荷进行整合,联合参与主动配电网的运行调度。建立一种基于虚拟电厂(VPP)模型的地区电网源网荷互动优化调度算法具有重要的工程应用价值。
通常,VPP可以看作是分布式发电机组、柔性负荷和储能系统的有机组合,通过控制中心的管理以一个整体参与电网的运行。 VPP 中的分布式发电机组可以是传统燃烧化石能源的发电机组,也可以是以风电、光伏为代表的可再生能源机组。VPP的运行模式允许分布式能源资源(DERs)和输电系统双向互动,并同时参与电力市场和系统管理过程。
国内外研究现状
目前,国内外学者围绕 VPP 的概念发展、VPP 的发电调度和协调运行等方面做了不少研究。
VPP 的概念发展方面,文献[1-2]将 VPP 分为技术型 VPP(technical virtual power plant,TVPP)和商业型 VPP(commercial virtual power plant,CVPP)两种类型,并且在此基础上对虚拟电厂的运行框架进行了详细解释;分析比较了虚拟电厂与微网的主要区别;详细阐述了虚拟电厂的关键技术,其中包括协调控制技术、智能计量技术以及信息通信技术。文献[3]在全球电力能源互联网(global power amp; energy internet,GPEI)和配电电力能源互联网(distribution power amp; energy internet,DPEI)的框架下提出全新的虚拟电力系统(virtual power system,VPS)概念,并与传统虚拟电厂进行了比较。文献[4]旨在分析虚拟电厂的运行模式,从物理结构、信息模型、市场角色等方面详细阐述了能源互联网和虚拟电厂之间的关系,为虚拟电厂在我国的建设提供了理论和实践经验。文献[5]基于对国内外相关研究的综合分析,明确界定了虚拟电厂的概念及特征,根据外部电力市场环境的不同将虚拟电厂分为基于技术目标和基于市场目标的两种虚拟电厂,并重点分析了国外典型虚拟电厂项目的核心技术和实施情况。
VPP 的发电调度和协调运行方面,文献[6]研究了虚拟电厂在市场中的竞标模型(主要是能量市场和旋转备用市场),在优化的同时考虑了供需平衡和网络安全约束。文献[7]提出了虚拟电厂(VPP)短期运行的两阶段运营规划框架,在第一阶段,VPP提出了一个随机的竞价模型来优化能源市场,在第二阶段,提出了基于模型预测控制(MPC)的调度模型来优化实时控制行为。文献[8]研究虚拟电厂中最优能量调度模型,在最大收益目标下,提出相应的运行限制条件,使用优化算法求解最优调度策略。文献[9]以含风、光、水电的虚拟电厂自身收益最大化为目标,考虑风、光、水电日内的互补性和运行特性,研究在虚拟电厂孤岛运行模式下,在给定负荷类型并考虑可中断负荷时的最大供电水平,以及并网运行模式下,考虑备用时的最优申报电量决策。文献[10]首先建立了建立 VPP优化调度的上层经济调度模型,再进一步考虑电网的安全约束,建立 VPP 优化调度的下层安全调度模型,最终形成 VPP 两层优化调度模型。文献[11]针对虚拟电厂调度模型中仅涉及日前市场的电能交易,建立了日前市场和实时市场统一协调的电能交易模型,突破日前市场必须按预测负荷采购和售卖这一限制。
针对虚拟电厂中可再生能源不确定性的问题,文献[12]研究了利用可变负荷抑制风电出力的不确定性,以提高虚拟电厂自身收益的优化模型。文献[13]考虑了间歇式分布式电源出力的不确定性,并采用点估计法模拟。文献[14]引入鲁棒随机优化理论,建立了计及不确定性和需求响应的虚拟电厂随机调度优化模型。文献[15]从可调度机组、机发电机组、储能设备和柔性负荷的综合建模角度,基于两阶段随机规划建立计及条件风险价值的虚拟电厂能量管理模型,在将风险水平限制在可接受的前提下(或条件下)追求虚拟电厂收益最大。
针对虚拟电厂中电动汽车作为储能的问题,文献[16]研究了电动汽车参与下的VPP多目标优化调度,模型中考虑了VPP运行对环境的影响。文献[17]结合电动汽车与电力系统之间能量双向流动的特点,考虑虚拟电厂运行对环境的影响,建立了电动汽车参与下的虚拟电厂多目标优化调度模型。文献[18]针对可调度电动汽车数量的随机性与不确定性,利用鲁棒优化方法建立了原模型的对偶模型,构建含电动汽车的虚拟电厂鲁棒随机优化调度模型。但是,上述文献均只考虑了电动汽车作为静态储能(如蓄电池等)的特性,而为深入研究其动态特性(如电动汽车的出行习惯、出行时间、车主的心理等)。
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