福州大学科研人员提出考虑阻塞管理的虚拟电厂与配网协同优化方法

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新型配电网系统中，作为管理分布式资源的一种有效手段，虚拟电厂示范点开始集中涌现。多个虚拟电厂接入配电网后，若缺乏对内部资源协调及配电网的引导机制，将导致虚拟电厂收益低下与配电网潮流越限的问题。对此，福州大学电气工程与自动化学院的研究人员兰威、陈飞雄，在2022年第6期《电气技术》上撰文，构建虚拟电厂内产消者互助的点对点电能共享机制，并以电价引导方式建立虚拟电厂与配电网的协同运行模型。算例验证表明，本文方法能兼顾配电网运行的安全性与虚拟电厂的经济性。

在“碳中和”的愿景下，我国能源结构逐步转型，分布式资源（distributed energy resources, DERs）在配用电侧大规模部署，致力于构建以新能源为主体的新型电力系统。小规模DERs的高渗透率及其多元化特征增加了用户的灵活性，有助于减少以煤炭燃料为主的传统发电量，进而有效抑制温室气体的排放，但也引发了可控性降低、不确定性增大等问题。对此，为解决配电网难以调度小规模DERs的难题，虚拟电厂（virtual power plant, VPP）的概念被提出，其基于不同分布式资源的时空互补特性，整合源荷储资源进行优化调度。

目前，针对虚拟电厂的研究主要围绕虚拟电厂内优化管理及虚拟电厂参与电网的市场与调控展开。虚拟电厂优化管理方面，主要以高效聚合DERs为目标设计运营管理机制。不少学者基于虚拟电厂管控的资源特征，将虚拟电厂分为电源型和需求响应型。

然而，管控资源类型单一化存在调度局限性问题，使区域内可再生能源（renewable energy sources, RES）缺乏多样化消纳途径，且无法以源荷双重身份协同配电网运行。随着分布式资源类型的增多，应积极提高虚拟电厂聚合资源的多样性，以此促进区域内电能的自给自足。

此外，在协调分布式资源的运行方式中，得益于共享经济的蓬勃发展，点对点能源共享与交易模式在电力系统优化调度领域开始逐步应用。有学者将点对点共享方式用于挖掘蓄电池在能源社区中的灵活性。有学者以随机博弈成本最小化为目标，提出一种基于电能共享的微电网模型。

此外，在智能楼宇的电能优化管理中，点对点电能共享方式有助于提升楼宇群的集体收益。但是相关文献中采用集中管理策略，未充分考虑产消者对隐私安全的担忧。基于上述背景，本文研究的虚拟电厂包含多数量、多类型的DERs，对外能呈现较大范围的出力特性，同时通过内部各类产消者的互通互济，提升区域内可再生能源的消纳能力，因而将其定义为综合型虚拟电厂。

针对虚拟电厂参与电网市场与调控方面，许多学者将管理VPP运行的代理商与电网运营商视为两类主体。VPP与配电网系统交互时，不但要对自身管理的DERs进行优化，还需要兼顾配电网安全运行约束，从而实现双方相辅相成的协同优化。但是相关研究大多针对配电网中的小型主体，对具有更大调控性能的多个虚拟电厂接入的场景研究较少。研究新型配电系统中VPP的能量管理方案与多VPP参与配电网的运行策略尤显迫切。

对此，福州大学电气工程与自动化学院的研究人员面向含有大规模DERs的综合型虚拟电厂，研究内部DERs的电能管理方式及与配电网协同运行策略。在不同调度时段内，基于直流潮流计算各时刻的阻塞价格，引导各虚拟电厂自主调整与配电网的交互计划，从而缓解载荷过重线路的压力。

图1 综合型虚拟电厂内能量管理系统

图2 虚拟电厂与配网协同运行架构

首先，考虑综合型虚拟电厂中产消者的差异化特征，建立三类典型产消者资源模型，基于一致性交替方向乘子法（consensus alternating direction method of multipliers, C-ADMM）在产消者间实行分布式点对点电能共享模式，以盈缺电能互助促进虚拟电厂内电能的自给自足；同时，考虑多虚拟电厂接入配电网可能引发的潮流越限问题，基于阻塞价格更新分时电价，进而引导虚拟电厂调整最优出力策略，协助配电网安全运行，为当前多虚拟电厂与配电网的协同优化调度提供解决方案。

图3 协同优化流程

研究人员通过算例分析，得到以下结论：

1）通过综合型虚拟电厂整合具有互补特性的多类型产消者，有利于降低单一小规模产消者的调度局限性；在产消者间采用点对点电能共享运行模式，通过虚拟电厂内电能的互惠互助，有利于可再生能源消纳，并能提升虚拟电厂全联盟经济效益；同时，利用分布式控制方法，可在不影响经济性的前提下保护产消者隐私安全。

2）基于含阻塞费用分时电价及购售功率的信息交互，在多时段下以电价引导各虚拟电厂调整出力，有效缓解了配电网中潮流越限的问题，从而实现多虚拟电厂与配电网的友好协同互动。

他们表示，下一步的工作将围绕计及配电网安全运行的多虚拟电厂点对点交易机制展开研究。

本文编自2022年第6期《电气技术》，论文标题为“计及阻塞管理的虚拟电厂与配电网协同运行策略”，作者为兰威、陈飞雄。本课题得到福州大学科研启动基金、福建省教育厅中青年教师教育科研项目的支持。