面向新能源發(fā)電曲線追蹤的虛擬電廠聚合調(diào)控方法由于新能源發(fā)電的隨機性、用戶負荷的不確定性,新能源難以大規(guī)模消納,亟須建立便捷高效的交易機制促進新能源與用戶之間的交易,充分發(fā)揮負荷的可調(diào)節(jié)能力,進一步促進新能源消納。研究框架概覽01交易機制設計建立虛擬電廠消納新能源的交易機制,分析市場主體收益02優(yōu)化模型構建建立聯(lián)合共享儲能的虛擬電廠參與新能源發(fā)電曲線追蹤的聚合調(diào)控優(yōu)化模型03算例驗證開展虛擬電廠參與新能源發(fā)電曲線追蹤的交易算例分析04有效性驗證驗證虛擬電廠消納新能源交易機制的有效性協(xié)同消納交易的市場機制市場參與主體新能源發(fā)電企業(yè)虛擬電廠共享儲能運營商電力調(diào)度機構電力交易中心交易特點雙邊協(xié)商交易設置為月度交易,采用定價不定量形式,即雙方在交易時確定合同價格,以實際交易量為結算依據(jù)進行結算。市場運作流程1D-1日:信息上報新能源發(fā)電企業(yè)、虛擬電廠將發(fā)用電預測信息上報給電力調(diào)度機構2方案預定電力調(diào)度機構根據(jù)輸配電網(wǎng)實際運行情況、預測信息、儲能運行狀態(tài)預定新能源發(fā)電曲線追蹤方案3方案反饋將追蹤方案反饋給新能源發(fā)電企業(yè)、虛擬電廠和共享儲能運營商4次日:實時調(diào)度電力調(diào)度機構根據(jù)系統(tǒng)實際運行實時情況進行調(diào)度管理協(xié)同消納交易流程虛擬電廠與新能源發(fā)電企業(yè)在電力市場中進行雙邊協(xié)商交易,通過簽訂雙邊合同并履約,來實現(xiàn)新能源的消納。雙邊合同主要約定虛擬電廠跟蹤新能源發(fā)電曲線的具體方案及消納棄電的優(yōu)惠電價。虛擬電廠跟蹤新能源發(fā)電曲線優(yōu)先保障虛擬電廠在追蹤新能源發(fā)電曲線時首先要保證虛擬電廠自身的用電需求儲能調(diào)節(jié)當新能源發(fā)電出力值超出虛擬電廠需求及聚合資源的最大調(diào)節(jié)能力時,可將剩余電量存入儲能系統(tǒng);當新能源發(fā)電出力值低于虛擬電廠需求時,從儲能系統(tǒng)獲取需要電量雙邊協(xié)商交易報價機制新能源發(fā)電企業(yè)報價包括單位發(fā)電成本、單位電量的預期綠色環(huán)境價值溢價、對交易周期市場行情的預判溢價虛擬電廠報價包括用電電價、單位電量的綠色環(huán)境價值、對交易周期市場行情的預判溢價共享儲能預掛牌機制共享儲能運營商報送調(diào)節(jié)能力及單位服務費用,采用按周組織報價、日前預出清、日內(nèi)調(diào)用的方式進行滾動競價。排序指標計算綜合考慮調(diào)節(jié)容量、歷史響應水平、服務價格和申報時間新能源發(fā)電企業(yè)收益分析電量銷售收益雙邊協(xié)商合同實際銷售的電量收益綠證收益獲得綠證售出后的收益儲能成本儲能使用成本支出虛擬電廠收益構成收益來源雙邊協(xié)商合同報價與市場電價的差額部分出售超額消納量獲取的收益扣除儲能設備使用成本共享儲能運營商收益分析計算投資成本固定成本與變動成本建立凈現(xiàn)值評價模型計算最低收益聚合調(diào)控優(yōu)化建模流程建模流程詳解1預測新能源發(fā)電數(shù)據(jù)通過預測方法獲得新能源發(fā)電的具體預測數(shù)據(jù)2負荷預測根據(jù)歷史負荷數(shù)據(jù)獲得虛擬電廠內(nèi)部聚合的需求側資源負荷預測數(shù)據(jù)3資源特性分析分析虛擬電廠內(nèi)部聚合的需求側資源特性4確定約束條件根據(jù)需求側資源特性分析確定虛擬電廠可調(diào)節(jié)范圍的上下限及系統(tǒng)約束條件虛擬電廠內(nèi)部聚合資源可調(diào)節(jié)特性中央空調(diào)在滿足用戶舒適度的前提下根據(jù)調(diào)節(jié)指令進行調(diào)整,可調(diào)節(jié)功率與空調(diào)額定功率和設定溫度相關電鍋爐蓄熱式電鍋爐設備將電能轉化為熱能,通過調(diào)控溫度范圍實現(xiàn)用電負荷調(diào)節(jié)電動汽車在不影響用戶使用體驗的前提下,可對電動汽車進行充放電管理,具有可轉移負荷特性儲能系統(tǒng)特性分析實時功率容量約束儲能系統(tǒng)的最小充放功率需滿足使用時的最大充放電功率;儲能系統(tǒng)最小容量須滿足最大儲存量,以保障新能源足額消納和用戶用電安全。聚合調(diào)控優(yōu)化模型目標函數(shù)虛擬電廠參與協(xié)同消納交易跟蹤新能源發(fā)電曲線的目標是實現(xiàn)凈收益最大:電量約束新能源分別由用戶負荷、空調(diào)負荷、電鍋爐負荷、電動汽車負荷消納功率約束在任意時刻新能源發(fā)電出力等于各負荷出力之和,即供需平衡算例概況研究背景以某省為例,該省省內(nèi)風電裝機突破10GW、光伏裝機突破7GW,但新能源消納量較滯后,占省內(nèi)總用電量的比重不足10%。參與主體新能源發(fā)電企業(yè):A(光伏)、B(風力)儲能供應商:10家需求側資源:農(nóng)貿(mào)批發(fā)市場、高級寫字樓、制藥工廠、大型商超、學校、電動汽車站樞紐中心新能源增量發(fā)電曲線預測光伏出力波動區(qū)間:[0,15520]風電出力波動區(qū)間:[3290,12950]總發(fā)電出力波動區(qū)間:[4500,18810]光伏發(fā)電與風力發(fā)電存在互補性,二者疊加的總發(fā)電曲線波動性較光伏曲線的波動性更小,減緩了電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)壓力。虛擬電廠內(nèi)部聚合資源負荷預測5種用電負荷類型在用電特性上呈現(xiàn)較大差異,尤其是用電時間段、負荷波動、總用電量等方面差異明顯。不同用戶負荷特征分析用戶1:農(nóng)貿(mào)批發(fā)市場用電時間集中在21:00至次日凌晨5點,負荷波動較平穩(wěn)用戶2:寫字樓用電時間集中在13:00至16:00,負荷波動幅度較大用戶3:制藥工廠沒有集中用電時間,負荷分布十分均勻,總用電量占比44.27%用戶4:大型商超用電時間段集中在19:00至21:00,負荷波動幅度較大用戶5:學校用電時間段集中在7:00至22:00,負荷波動較平穩(wěn)用戶可調(diào)節(jié)特性分析各用戶的響應資源在負荷可變動范圍、總調(diào)節(jié)容量方面存在較大差異,這與需求側響應資源本身的物理屬性以及用戶對該類資源的使用習慣密切相關。雙邊協(xié)商交易結果光伏電價風電電價相較于目錄電價,協(xié)同消納交易給予了用戶較大的電價優(yōu)惠空間,主要原因在于當前可再生能源消納責任權重暫未直接分配給企業(yè)。共享儲能運營商競價結果參與共享儲能服務競價的主體共有10家運營商。排序指標越大表明儲能運營商的調(diào)節(jié)能力越高、經(jīng)濟性越好、歷史表現(xiàn)越優(yōu)良。儲能編號容量(kW)價格(元/kWh)歷史響應指標排序指標排名370000.0420.90150000.001952000.0840.9458190.4821060000.1210.8441652.893640000.0780.6332307.694250000.1760.9928125.005協(xié)同消納的系統(tǒng)優(yōu)化結果在儲能運營商的作用下,新能源發(fā)電富余時被系統(tǒng)儲存(0:00至17:00),發(fā)電短缺時被釋放(18:00至23:00)。多類用戶參與協(xié)同消納交易的情況下更有利于系統(tǒng)平衡。光伏發(fā)電分解結果用戶消納在光伏發(fā)電高峰,用戶2和用戶4對光伏發(fā)電進行了及時消納儲能調(diào)節(jié)儲能系統(tǒng)在光伏發(fā)電富余時進行了電量存儲(6:00至16:00),并在用電高峰時及時釋放(17:00至22:00)風力發(fā)電分解結果用戶消納在風力發(fā)電高峰,用戶1和用戶3對風力發(fā)電進行了及時消納儲能調(diào)節(jié)儲能系統(tǒng)在風力發(fā)電富余時進行了電量存儲(0:00至5:00),并在用電高峰時及時釋放(21:00至23:00)各用戶消納電量分解93%用戶1風電消納占比用電時間段多集中在夜間,與風力發(fā)電的高峰時段十分吻合61%用戶2光伏消納占比用電時間段多與光伏發(fā)電時間相吻合57%用戶3風電消納占比負荷波動較小,風力發(fā)電高峰時系統(tǒng)總負荷處于低位60%用戶4光伏消納占比用電時間段與光伏發(fā)電時間高度吻合總收益分析297120總消納電量kWh129618新能源發(fā)電企業(yè)增收元72130虛擬電廠節(jié)省開支元45027儲能運營商收入元協(xié)同消納交易為參與交易的各方帶來了實際的經(jīng)濟效益,增加了社會的總體福利水平,尤其是在促進新能源消納方面起到了顯著作用。與僅有儲能參與響應的模式效益對比消納量提升與僅有儲能參與響應模式相比,協(xié)同消納模式下用戶增加消納了14kWh的清潔能源電量成本降低反而節(jié)省了13.72元的電費支出。由于虛擬電廠聚合的需求側資源參與響應,儲能系統(tǒng)減少了出力,因此節(jié)省了儲能費用研究結論與展望機制有效性驗證協(xié)同消納交易模式有效促進了新能源消納,為新能源發(fā)電企業(yè)增加了129618.17元的電費收入,為虛擬電廠節(jié)省