龔超，張軒，趙越，趙晨，肖云鵬，李明濤

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，廣州510080；2.西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院動(dòng)力工程多相流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國(guó)際可再生能源研究中心，西安710049)

0 引言

隨著需求側(cè)資源在多能配網(wǎng)中的滲透率不斷增加，配網(wǎng)的運(yùn)行在靈活性得到增強(qiáng)，輔助服務(wù)的形式也更為多樣，但也面臨著市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)[1-2]。虛擬電廠(virtual power plant, VPP)因其對(duì)需求側(cè)靈活性資源的聚合優(yōu)勢(shì)而受到廣泛關(guān)注[3-5]。VPP利用先進(jìn)的通信技術(shù)，將所轄分布式電源、可削減電負(fù)荷、供暖型熱負(fù)荷和儲(chǔ)能設(shè)備等靈活資源整合，對(duì)外呈現(xiàn)為一個(gè)虛擬的可控整體，可以參與上級(jí)配網(wǎng)的綜合需求響應(yīng)(integrated demand response, IDR)市場(chǎng)[6-8]。因此，研究虛擬電廠與上級(jí)能源網(wǎng)互動(dòng)的綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)機(jī)制及出清策略，對(duì)能源網(wǎng)發(fā)揮需求側(cè)的輔助服務(wù)優(yōu)勢(shì)、建立需求側(cè)市場(chǎng)具有重要意義。

虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商作為連接上級(jí)配網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商與綜合需求響應(yīng)資源的中介，是配網(wǎng)需求響應(yīng)得以實(shí)施的有效途徑，而綜合需求響應(yīng)則是虛擬電廠參與電力市場(chǎng)獲得收益的主要方式[9]。隨著電/熱耦合的應(yīng)用越來(lái)越廣，綜合需求響應(yīng)強(qiáng)調(diào)多能互補(bǔ)滿足上級(jí)配網(wǎng)削峰填谷等需求，具有經(jīng)濟(jì)性和可行性[10]。本文將針對(duì)虛擬電廠參與綜合需求響應(yīng)機(jī)制提出適用于多主體互利共贏的市場(chǎng)出清策略。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)我國(guó)的綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)進(jìn)行了部分研究和規(guī)劃，但大多處于規(guī)劃階段[11-14]。現(xiàn)階段對(duì)于虛擬電廠參與綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)研究剛剛起步，大多從調(diào)度控制策略、用戶側(cè)需求響應(yīng)方法等方面展開(kāi)研究[15-17]。文獻(xiàn)[18]建立了基于系統(tǒng)調(diào)峰指數(shù)、電網(wǎng)運(yùn)行成本以及用戶補(bǔ)償成本的電源側(cè)與需求側(cè)協(xié)同調(diào)峰的多目標(biāo)優(yōu)化模型，為虛擬電廠聚合需求側(cè)資源提供了方法支撐。文獻(xiàn)[19]提出了售電側(cè)放開(kāi)環(huán)境下計(jì)及需求響應(yīng)的虛擬電廠競(jìng)價(jià)策略，建立了含虛擬電廠的電力市場(chǎng)競(jìng)價(jià)模型。但這些文獻(xiàn)只停留在虛擬電廠的內(nèi)部聚合和能量市場(chǎng)，并未將其與綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)相結(jié)合。在綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)出清方面，文獻(xiàn)[20]設(shè)計(jì)了工業(yè)用戶、園區(qū)能量管理系統(tǒng)和上級(jí)電網(wǎng)的集中-分布式交互機(jī)制，進(jìn)而借鑒現(xiàn)行的兩部制電價(jià)和統(tǒng)一價(jià)格機(jī)制，提出了一種園區(qū)內(nèi)部用戶間的綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)機(jī)制。文獻(xiàn)[21]提出了一種基于區(qū)塊鏈的需求響應(yīng)資源信用管理方法，并搭建了集中交易和雙邊交易下考慮信用值的需求響應(yīng)資源交易機(jī)制。文獻(xiàn)[22]建立了基于隨機(jī)森林回歸的市場(chǎng)出清電價(jià)預(yù)測(cè)模型，驗(yàn)證了方法的優(yōu)越性。文獻(xiàn)[23]提出了一種線性松弛的交流最優(yōu)潮流模型，以此模型建立了考慮無(wú)功約束和輸電網(wǎng)費(fèi)率的日前市場(chǎng)出清模型?？紤]電/熱多能源互補(bǔ)，文獻(xiàn)[24-25]提出了一種電/熱綜合能源市場(chǎng)出清機(jī)制，建立了電-熱聯(lián)合市場(chǎng)競(jìng)價(jià)雙層模型，研究了計(jì)及供應(yīng)側(cè)策略投標(biāo)的市場(chǎng)均衡?？梢园l(fā)現(xiàn)，上述文獻(xiàn)未充分考慮虛擬電廠的可調(diào)能力，也缺乏上級(jí)配網(wǎng)與虛擬電廠的互動(dòng)機(jī)制。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文提出了一種考慮虛擬電廠可調(diào)能力的電/熱綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)機(jī)制及出清策略。首先，分析了虛擬電廠參與綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)的機(jī)制和基本框架。然后，考慮虛擬電廠內(nèi)部資源的物理特性，建立了包含可削減電負(fù)荷、供暖型熱負(fù)荷、儲(chǔ)能設(shè)備、能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的綜合需求響應(yīng)資源模型。然后，提出了虛擬電廠可調(diào)能力數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)改進(jìn)粒子群算法進(jìn)行求解。最后，基于虛擬電廠的可調(diào)能力，提出考慮虛擬電廠可調(diào)能力的綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)出清策略，設(shè)計(jì)了多主體行為的互動(dòng)出清方法。算例通過(guò)3個(gè)場(chǎng)景分析可知，綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)機(jī)制能夠在保證虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商利益的基礎(chǔ)上降低總成本，上級(jí)配網(wǎng)、VPP運(yùn)營(yíng)商兩者能夠?qū)崿F(xiàn)互利共贏，出清結(jié)果有效實(shí)現(xiàn)了削峰填谷和新能源消納。

1 VPP參與綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)機(jī)制

本文研究虛擬電廠在考慮自身調(diào)節(jié)能力下參與綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)的出清策略，首先需要建立VPP參與的綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)整體框架，如圖1所示。其中，綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)參與的主體包括上級(jí)配電網(wǎng)以及各VPP運(yùn)營(yíng)商、聚合用戶，上級(jí)配電網(wǎng)在輔助服務(wù)方面主要以削峰填谷為目標(biāo)，計(jì)及各VPP的實(shí)際調(diào)節(jié)能力，與各VPP簽訂需求響應(yīng)合同，其中包括分時(shí)電價(jià)/熱價(jià)、上調(diào)補(bǔ)償、下調(diào)補(bǔ)償。VPP在上級(jí)配網(wǎng)提供的價(jià)格信號(hào)的引導(dǎo)下，通過(guò)協(xié)同控制內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備、新能源、可削減電負(fù)荷、供暖型熱負(fù)荷等，調(diào)節(jié)與配網(wǎng)的電交換功率和熱交換功率，使VPP自身總收益最大。用戶通過(guò)與VPP運(yùn)營(yíng)商簽訂需求響應(yīng)合同，利用自身的需求響應(yīng)資源滿足VPP對(duì)上級(jí)配電網(wǎng)的響應(yīng)，同時(shí)獲得一定的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)。本文的重點(diǎn)是在考慮VPP最大可調(diào)能力的情況下建立與上級(jí)電網(wǎng)的出清機(jī)制和策略。

圖1為VPP參與綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)的步驟，描述了各主體行為之間的先后關(guān)系和方向關(guān)系。

圖1 VPP參與綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)結(jié)構(gòu)

2 虛擬電廠綜合需求響應(yīng)資源建模

在電力物聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的背景下，虛擬電廠將分布式電源、儲(chǔ)能、柔性負(fù)荷等需求響應(yīng)資源通過(guò)通信設(shè)備統(tǒng)籌、聯(lián)系起來(lái)，統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)，能夠有效提高資源利用率，為促進(jìn)需求側(cè)有效參與電力市場(chǎng)打下基礎(chǔ)。虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商能夠通過(guò)聚合需求響應(yīng)資源參與上級(jí)能源網(wǎng)的綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)，獲得盈利的同時(shí)實(shí)現(xiàn)上級(jí)能源網(wǎng)的削峰填谷。首先，設(shè)計(jì)了包含多種能源形式的VPP參與上級(jí)能源網(wǎng)的框架，如圖2所示。在本文所討論的含電/熱綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)出清機(jī)制下，VPP一般包含熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組(combined heating and power, CHP)、熱泵等能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，包括電儲(chǔ)能、熱儲(chǔ)能等儲(chǔ)能設(shè)備，包括風(fēng)電等分布式電源，可削減電負(fù)荷、供暖型熱負(fù)荷等需求側(cè)資源。

圖2 VPP框架

2.1 可削減電負(fù)荷模型

本文在VPP中考慮可削減電負(fù)荷模型如式(1)—(2)所示。

(1)

(2)

2.2 供暖型熱負(fù)荷模型

供暖型熱負(fù)荷主要包括用暖建筑物，其建模方法主要為等效熱參數(shù)法(equivalent thermal parameters, ETP)。由于篇幅原因，這里參考文獻(xiàn)[26]的推導(dǎo)方法，得到供暖型熱負(fù)荷的ETP一階熱力學(xué)模型如下。

(3)

ΔQt=Q0,t-Q1,t

(4)

式中：Tin,t+1、Tin,t分別為t+1時(shí)段、t時(shí)段的室內(nèi)溫度；Tout,t為t時(shí)段的室外溫度；τ為時(shí)間常數(shù)；R為建筑物等效熱阻；Q1,t為t時(shí)段的熱負(fù)荷；Q0,t為削減前t時(shí)段的熱負(fù)荷；ΔQt為削減的熱負(fù)荷。

同時(shí)，為保證供暖型熱負(fù)荷用戶的舒適度，在熱負(fù)荷響應(yīng)虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商的削負(fù)荷指令時(shí)，溫度Tt不能低于最低限值Tmin，即滿足如下約束。

Tt≥Tmin?t∈T

(5)

2.3 儲(chǔ)能設(shè)備

本文研究的虛擬電廠環(huán)境下的綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)出清包含電儲(chǔ)能和熱儲(chǔ)能兩種儲(chǔ)能資源，儲(chǔ)能資源能夠被較好地控制，便于調(diào)度，在市場(chǎng)出清時(shí)需要考慮儲(chǔ)能資源的物理特性。由于電儲(chǔ)能和熱儲(chǔ)能在物理特性上類似，這里統(tǒng)一表達(dá)，不再贅述。

(6)

(7)

2.4 能量轉(zhuǎn)換設(shè)備

本文研究的虛擬電廠內(nèi)部包含有CHP、熱泵兩種能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，需要建立其能量轉(zhuǎn)化模型。CHP的輸入是天然氣燃燒功率，輸出為電功率和熱功率，熱泵的輸入為電功率，輸出為熱功率，其簡(jiǎn)化模型如下。

Pchp,e=ηchp,ePgas

(8)

Pchp,h=ηchp,hPgas

(9)

Php,h=ηhpPhp,e

(10)

式中：Pchp,e、Pchp,h、Php,h分別為虛擬電廠中的CHP輸出電能、CHP輸出熱能、熱泵輸出熱能；Pgas、Php,e分別為CHP輸入的天然氣燃燒功率、熱泵輸入的電功率；ηchp,e、ηchp,h、ηhp分別為CHP的電轉(zhuǎn)換功率、CHP的熱轉(zhuǎn)換功率、熱泵的轉(zhuǎn)換功率。

3 虛擬電廠可調(diào)能力優(yōu)化模型

3.1 虛擬電廠可調(diào)能力建模

由第1節(jié)可知，虛擬電廠參與綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)是通過(guò)與用戶簽約需求響應(yīng)合同，進(jìn)而通過(guò)價(jià)格信號(hào)進(jìn)行信息交互。虛擬電廠需要向上級(jí)配電網(wǎng)上報(bào)其可調(diào)能力，主要包括VPP可為配網(wǎng)提供的最大可調(diào)功率、可調(diào)功率最大爬坡速率和最大儲(chǔ)能容量。同時(shí)，考慮虛擬電廠內(nèi)部的電/熱能源，建立6個(gè)約束式如下。其中，式(11)—(16)形式上與常規(guī)機(jī)組相一致，式(11)—(12)為電/熱交換功率上下限約束，式(13)—(14)為電/熱交換功率爬坡約束，(15)—(16)為電/熱儲(chǔ)能容量上下限約束。

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

3.2 虛擬電廠可調(diào)能力范圍優(yōu)化模型

由3.1節(jié)可以得到，各VPP的可調(diào)能力其實(shí)在數(shù)學(xué)上等價(jià)于電/熱交換功率、電/熱爬坡功率、電/熱儲(chǔ)能容量的上下限范圍。然而，其上下限約束需要優(yōu)化計(jì)算得到。優(yōu)化的過(guò)程中需要保證給定這一范圍內(nèi)的任意一組賣電或購(gòu)電功率計(jì)劃與賣熱或購(gòu)熱功率計(jì)劃Pd(t)、Hd(t)，VPP都可以在自身收益最大的優(yōu)化問(wèn)題中找到最優(yōu)解。也就是說(shuō)，可調(diào)能力范圍越大，VPP響應(yīng)上級(jí)配電網(wǎng)的能力就越強(qiáng)，但是需要保證自身最優(yōu)收益。進(jìn)一步地從0至NT時(shí)段建立各VPP的優(yōu)化目標(biāo)。

(17)

maxC

(18)

s.t.

(19)

式(18)—(19)式約束條件除了各需求響應(yīng)資源的約束模型，還包括了能量輸入輸出平衡關(guān)系。其中，Ψ、Φ為耦合矩陣；P為能量轉(zhuǎn)換器的輸入功率，下標(biāo)e、h、CHP分別為配網(wǎng)電能接入點(diǎn)、配網(wǎng)熱能接入點(diǎn)、CHP；S為所有類型的外界能量輸入，下標(biāo)e、h、g分別表為電、熱、天然氣。

3.3 改進(jìn)粒子群算法求解VPP可調(diào)能力

虛擬電廠可調(diào)能力范圍的優(yōu)化計(jì)算是虛擬電廠參與綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)出清所必須首要解決的問(wèn)題。虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商需要尋找合適的優(yōu)化算法求解。該可調(diào)能力優(yōu)化問(wèn)題包含了大量不等式約束和等式約束，若采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃、分支定界法等精確算法則求解速度慢，不適用于工程應(yīng)用。

粒子群算法在優(yōu)化邊界參數(shù)和虛擬電廠定價(jià)方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，故本文將粒子群算法應(yīng)用于虛擬電廠可調(diào)能力求解。為了提高粒子群算法的全局收斂效果，本文對(duì)慣性權(quán)重系數(shù)w進(jìn)行改進(jìn)，在搜索開(kāi)始期望其值較大以增強(qiáng)全局搜索能力，在搜索后期期望其值不能過(guò)大，以確保收斂性得到全局最優(yōu)解，具體方法參考文獻(xiàn)[27-28]，這里不再贅述，其中改進(jìn)慣性權(quán)重系數(shù)w采用如式(20)所示。

(20)

式中：n為當(dāng)前的迭代次數(shù)；w為慣性權(quán)重系數(shù)；下標(biāo)max、min為慣性權(quán)重系數(shù)取值上下限；p為調(diào)節(jié)因子。

4 考慮VPP可調(diào)能力的綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)出清模型

4.1 VPP優(yōu)化策略

虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商以自身收益最大化為目標(biāo)，其表達(dá)式為：

maxCSELL,d+CCOM,d-CM,d-CBUY,d

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

4.2 上級(jí)配網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商優(yōu)化策略

在綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)中，控制轄區(qū)VPP內(nèi)的CHP及新能源出力，并調(diào)用轄區(qū)內(nèi)各VPP擁有的可調(diào)資源，由上級(jí)配網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)制定各VPP接入點(diǎn)的交換功率日前計(jì)劃和提供給VPP的分時(shí)電價(jià)，使得主網(wǎng)接入點(diǎn)的交換功率峰谷差最小。建立其目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式為：

minCDIFF+CCUR+CCOM

(26)

(27)

(28)

(29)

上級(jí)配網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商包含有3項(xiàng)成本項(xiàng)，分別為主網(wǎng)連接點(diǎn)峰谷差的懲罰CDIFF、新能源不完全消納的懲罰成本CCUR、配網(wǎng)支付給VPP的功率調(diào)整補(bǔ)償費(fèi)用CCOM。

上級(jí)配網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商在制定優(yōu)化出清策略時(shí)需要考慮熱網(wǎng)和電網(wǎng)的拓?fù)浼s束、阻塞約束。在電網(wǎng)的拓?fù)浼s束方面，本文采用常用的交流潮流二階錐松弛模型。

(30)

(31)

Wsij(t)-Wrij(t)=2RijPj(t)+2RijPij(t)+

(32)

(33)

(34)

(1-ρ)V02≤Wd,i(t)≤(1+ρ)V02

(35)

0≤Pd,j(t)≤Pd,jmax

(36)

在熱網(wǎng)的拓?fù)浼s束方面，采用工程上常用的熱網(wǎng)建模方法，對(duì)原始熱網(wǎng)復(fù)雜模型進(jìn)行線性化，形成易于優(yōu)化求解的節(jié)點(diǎn)熱量平衡方程和熱損平衡方程。

(37)

(38)

本文在上級(jí)配電網(wǎng)和上級(jí)熱網(wǎng)中考慮新能源和CHP機(jī)組的影響，使得多種能源之間能夠互補(bǔ)協(xié)同。

CHP的物理特性約束如下。

(39)

(40)

Hφ(t)=kφPφ(t)

(41)

-RDφ≤(Pφ(t)-Pφ(t-1))/Δt≤RUφ

(42)

表征新能源不完全消納的約束如下。

(43)

由上述建模過(guò)程，得到VPP的報(bào)價(jià)更新策略為：

(44)

(45)

(46)

(47)

4.3 綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)出清流程

由4.1和4.2節(jié)得到的虛擬電廠優(yōu)化策略和上級(jí)配網(wǎng)優(yōu)化策略，可以進(jìn)行綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)統(tǒng)一價(jià)格出清，考慮到一對(duì)多的競(jìng)價(jià)問(wèn)題，采用迭代求解出清價(jià)格和功率的方法。具體流程如圖3所示。

圖3 綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)出清流程

5 算例分析

5.1 仿真參數(shù)

本文在算例中設(shè)計(jì)上級(jí)配電網(wǎng)和上級(jí)配熱網(wǎng)，配電網(wǎng)為修改后的IEEE-14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，連接有1臺(tái)CHP機(jī)組、一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)、3個(gè)VPP；配熱網(wǎng)為修改后的10節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，連接有1臺(tái)CHP機(jī)組和3個(gè)VPP。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4和圖5所示。

圖4 配電系統(tǒng)拓?fù)?/p>

圖5 區(qū)域供熱系統(tǒng)拓?fù)?/p>

VPP的內(nèi)部資源及各部分參數(shù)如表1所示。為比較不同類型VPP對(duì)綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)出清的影響，VPP所含資源在算例中設(shè)置為不一致。其中，VPP1包含有12幢供暖的辦公樓，不含可削減負(fù)荷；VPP2包含有6幢供暖的辦公樓，不含可削減負(fù)荷；VPP3包含有12幢供暖的辦公樓,且包含可削減負(fù)荷。其余設(shè)備種類及參數(shù)三者保持一致。參考廣東省某地實(shí)際數(shù)據(jù)，配網(wǎng)峰谷差懲罰系數(shù)kDIFF為50元/MW，棄風(fēng)懲罰系數(shù)kCUR為40元/MWh，平滑因子為0.1。

表1 VPP的內(nèi)部參數(shù)

該算例在Python環(huán)境中進(jìn)行了驗(yàn)證，采用改進(jìn)粒子群算法和CPLEX求解器對(duì)各VPP的可調(diào)能力以及綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)出清進(jìn)行求解。

5.2 VPP可調(diào)能力結(jié)果分析

根據(jù)上文的分析，VPP的可調(diào)能力包含電/熱交換功率、電/熱爬坡功率、電/熱儲(chǔ)能容量的上下限范圍。由于篇幅原因，這里僅列出VPP和綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)最關(guān)心的電/熱交換功率求解結(jié)果并給予分析，如圖6—8所示。

圖6 VPP1電熱交換功率可調(diào)能力

圖7 VPP2電熱交換功率可調(diào)能力

圖8 VPP3電熱交換功率可調(diào)能力

可以發(fā)現(xiàn)，VPP以經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)為目標(biāo)得到的電/熱交換功率計(jì)劃可調(diào)能力范圍的上下界。其中，電交換功率計(jì)劃主要受上級(jí)配電網(wǎng)的分時(shí)電價(jià)驅(qū)動(dòng)，在谷時(shí)段0:00—7:00與電交換功率上界重合，而在峰時(shí)段15:00—20:00與電交換功率下界重合，也反映了削峰填谷的效果。而熱交換功率計(jì)劃在本算例中主要受室外溫度影響，在室外溫度較低的時(shí)段0:00—11:00及20:00—24:00與熱交換功率上界重合，而在溫度室外較高的時(shí)段12:00—19:00與熱交換功率下界重合。

對(duì)比VPP1和VPP3，兩者的區(qū)別在于可削減電負(fù)荷的有無(wú)。VPP3由于包含有部分可削減電負(fù)荷，電交換功率的下界得到進(jìn)一步擴(kuò)寬，相較VPP1擴(kuò)寬了約0.6 MW。同時(shí)，對(duì)比VPP2和VPP3，由于VPP2中供暖型熱負(fù)荷數(shù)量為VPP3中的一半，使得整體調(diào)節(jié)能力變?nèi)酰⑶覠嶝?fù)荷總量變小，影響了熱交換功率計(jì)劃。而且，由于CHP和熱泵的參與，使得電熱的影響是交互的而不是單一的。

可以發(fā)現(xiàn)，在VPP中包含可削減電負(fù)荷和供暖型熱負(fù)荷可以擴(kuò)大VPP的可調(diào)能力。

5.3 綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)出清結(jié)果分析

為對(duì)比分析VPP的可調(diào)能力與綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)的融合機(jī)制，研究考慮VPP可調(diào)能力的綜合需求響應(yīng)出清策略，從經(jīng)濟(jì)性角度進(jìn)行驗(yàn)證本文方法的可行性，建立了3個(gè)算例場(chǎng)景，分別如下。

場(chǎng)景1：上級(jí)配網(wǎng)固定價(jià)格，只以VPP自身收益最大化進(jìn)行優(yōu)化；

場(chǎng)景2：上級(jí)配網(wǎng)獲得VPP的資源情況，統(tǒng)一優(yōu)化調(diào)度；

場(chǎng)景3：上級(jí)配網(wǎng)和VPP采用互動(dòng)的方式進(jìn)行迭代算法出清，考慮VPP可調(diào)能力。

按照本文上述模型對(duì)3個(gè)算例場(chǎng)景進(jìn)行分別求解，結(jié)果如表2所示。

表2 不同場(chǎng)景下結(jié)果對(duì)比

分析3種算例場(chǎng)景可以發(fā)現(xiàn)，場(chǎng)景2 和場(chǎng)景3均降低了總成本，因此無(wú)論是否考慮VPP的可調(diào)能力進(jìn)行綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)出清，均能夠減少各主體的總成本，增加社會(huì)剩余。由于場(chǎng)景2 和場(chǎng)景3是通過(guò)上級(jí)配網(wǎng)進(jìn)行總體優(yōu)化結(jié)算，棄風(fēng)情況得到大幅好轉(zhuǎn)。對(duì)比場(chǎng)景2和場(chǎng)景3，場(chǎng)景3考慮了各VPP的可調(diào)能力，雖然增加了一部分總成本、峰谷差、棄風(fēng)量，但是相較場(chǎng)景1仍然有了較大的改進(jìn)，而且顧及了各VPP運(yùn)營(yíng)商的收益。因此，只有在這種模式下才能促進(jìn)VPP運(yùn)營(yíng)商的積極性從而真正應(yīng)用在實(shí)際市場(chǎng)中，實(shí)現(xiàn)了上級(jí)配網(wǎng)與VPP運(yùn)營(yíng)商的互利共贏。

同時(shí)，對(duì)本文上述建模進(jìn)行求解，得到綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)的出清結(jié)果圖9—11所示，其中圖11僅給出VPP3的市場(chǎng)出清價(jià)格，VPP1和VPP2的出清價(jià)格趨勢(shì)與VPP3類似。

圖9 出清前后主網(wǎng)連接點(diǎn)功率計(jì)劃

圖10 出清前后風(fēng)電場(chǎng)出力計(jì)劃

圖11 VPP3綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)出清價(jià)格

在考慮虛擬電廠的可調(diào)能力后，綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)出清時(shí)上級(jí)配網(wǎng)的峰谷差得到明顯降低，同時(shí)出清后風(fēng)電場(chǎng)的棄風(fēng)量有所減少，這意味著該市場(chǎng)機(jī)制有效利用了VPP的靈活性資源。

具體定量分析，將圖9—10的結(jié)果與圖11的出清價(jià)格進(jìn)行對(duì)比，在負(fù)荷低谷期0:00—01:00，出清后主網(wǎng)連接點(diǎn)功率增加，而對(duì)應(yīng)的熱功率下調(diào)價(jià)格為優(yōu)先選擇的出清價(jià)格，此時(shí)上級(jí)配網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商購(gòu)買VPP的熱功率下調(diào)資源；在負(fù)荷高峰期07:00及11:00，出清后的主網(wǎng)連接點(diǎn)功率減小，電功率下調(diào)價(jià)格和熱功率上調(diào)價(jià)格為選擇的出清價(jià)格，此時(shí)上級(jí)配網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商購(gòu)買VPP的電功率下調(diào)資源以及熱功率上調(diào)資源；而在風(fēng)電出力過(guò)剩的時(shí)段18:00及22:00，電功率上調(diào)價(jià)格和熱功率下調(diào)價(jià)格為選擇的出清價(jià)格，此時(shí)上級(jí)配網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商購(gòu)買VPP的電功率上調(diào)資源以及熱功率下調(diào)資源。

由出清結(jié)果可見(jiàn)，綜合利用電/熱聯(lián)合出清，考慮虛擬電廠的可調(diào)能力出清后的電網(wǎng)整體實(shí)現(xiàn)了削峰填谷的目的，具體體現(xiàn)在0-1時(shí)段、6-8時(shí)段、10-12時(shí)段。同時(shí)，棄風(fēng)量也得到充分消納，實(shí)際出力和預(yù)測(cè)值較為接近，發(fā)揮了虛擬電廠對(duì)新能源消納的積極作用。在可調(diào)能力方面，上級(jí)配網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商購(gòu)買VPP靈活性資源受其自身可調(diào)能力的限制，因此對(duì)在0:00—8:00，由于VPP3的電交換功率已達(dá)到可調(diào)能力上限，上級(jí)配網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商無(wú)法購(gòu)買其電功率上調(diào)資源。從整體上來(lái)說(shuō)，上級(jí)配網(wǎng)、VPP運(yùn)營(yíng)商、用戶均能在自身用能不受較大影響、保證電網(wǎng)良好運(yùn)行的情況下獲得經(jīng)濟(jì)收益，實(shí)現(xiàn)多方互利共贏。

6 結(jié)論

本文為解決配網(wǎng)峰谷差及新能源消納的問(wèn)題，研究了虛擬電廠參與綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)的機(jī)制，并考慮其可調(diào)能力，建立了考慮可削減電負(fù)荷、供暖型熱負(fù)荷、儲(chǔ)能設(shè)備的VPP模型，并設(shè)計(jì)了考慮VPP可調(diào)能力的綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)出清策略。通過(guò)算例分析驗(yàn)證說(shuō)明了以下結(jié)論。

引入虛擬電廠能夠有效統(tǒng)籌可削減電負(fù)荷、供暖型熱負(fù)荷、儲(chǔ)能設(shè)備等靈活資源，從而提高其可調(diào)能力，提高配網(wǎng)調(diào)用需求側(cè)資源的能力。

考慮虛擬電廠VPP的可調(diào)能力后對(duì)于配網(wǎng)來(lái)能夠更為精確刻畫與上級(jí)配網(wǎng)出清的能力，驗(yàn)證了上級(jí)配網(wǎng)、VPP運(yùn)營(yíng)商兩者能夠?qū)崿F(xiàn)互利共贏。

綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)機(jī)制能夠在保證虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商利益的基礎(chǔ)上降低總成本，實(shí)現(xiàn)靈活資源更大范圍的調(diào)用。

考慮虛擬電廠可調(diào)能力的綜合需求響應(yīng)市場(chǎng)出清策略能夠有效實(shí)現(xiàn)削峰填谷和新能源消納，綜合利用電/熱資源互補(bǔ)特性。

下一步，本文將進(jìn)一步深化虛擬電廠和上級(jí)配網(wǎng)的互動(dòng)機(jī)制，采用合適的博弈模型對(duì)其進(jìn)行市場(chǎng)出清機(jī)制設(shè)計(jì)，并考慮各VPP之間的聯(lián)系。