『全资源池』的虚拟电厂系统调控技术

国网天津市电力公司滨海供电分公司 余庆红 曹筱欧 张立玲 王 聪

虚拟电厂系统调控过程中容易出现电能与负荷不平衡，从而造成安全事故，建设“全资源池”可实现集中分配控制，因此对基于“全资源池”虚拟电厂系统调控技术进行研究。构建基于“全资源池”的虚拟电厂负荷供需控制模型，维持系统负荷供需平衡；对可控负荷进行协调储能，提升整个虚拟电厂系统的经济性。经过实验验证，调控技术具有良好的实际应用效果，能够提升虚拟电厂整体的经济效益与可行性。

能源是社会发展的基础，随着发展速度的加快，能源问题也随之而来。现阶段能源利用过程中主要存在非可再生能源短缺和环境污染等问题，因此能源结构改革具有重要意义。在电力方面，可再生能源正逐渐取代传统石油化工资源。但是由于风电、光伏等可再生能源并不具备可调度性，因此对电力系统运行的稳定性带来挑战。由于单个可再生能源输出有限，电网在调度过程中不会单独下发指令，此时可采用虚拟电厂系统将多种发电单元、可控负荷和储能设备进行整合，实现了虚拟集成控制，进一步提高电厂经济价值。“全资源池”可以实现资源自动化分配、管理和回收，保证资源按需分配和共享合理化。因此在虚拟电厂系统中建设“全资源池”，可以实现自动化调控，保证调控工作的准确性，维持虚拟电厂系统的稳定运行因此本文基于“全资源池”对虚拟电厂系统的调控技术进行研究，对提高虚拟电厂各单元的协调控制具有一定理论意义和实际应用价值。

1 基于“全资源池”的虚拟电厂负荷供需控制模型

电能作为一种特殊的能源，在传输过程中需要严格遵守供需平衡和流量稳定性以保证电力系统稳定运行。由于电能传播速度极快，单点电网故障或频率波动会通过互联电网快速引发安全事故，因此保证电能与负荷需求的动态平衡是虚拟电厂系统运行的关键。除此之外，保障电能价格稳定对社会民生发展也至关重要。在“全资源池”主导下集中优化虚拟电厂系统的稳定性和经济性是电能产业发展的良好选择。为实现虚拟电厂集中调度，首先构建数学模型。假设基于“全资源池”的虚拟电厂系统中包括火电机组、风电机组和光伏机组等类型电能，可以表示为：

其中，C为调控目标函数，表示社会发电最低成本；G表示火电机组，i表示第i个，I表示火电机组总数量；W表示风电机组，j表示第j个，J表示风电机组总数量；V表示光伏机组，k表示第k个，K表示光伏机组总数量；P表示发电功率；T表示调控周期数量，t表示第t个调控周期。火电机组的发电成本公式可表示为：

其中，aG,i、bG,i、cG,i表示火电机组电量耗用特征参数。风电机组的发电成本公式可表示为：

其中，aV,k表示光伏机组电量耗用特征参数。由于建设“全资源池”的虚拟电厂系统各组分功率特性和技术指标存在较大差异，因此还需对各组分进行条件约束。火电机组的输出功率约束条件可表示为：

2 虚拟电厂可控负荷的协调储能

在传统的虚拟电厂负荷管理控制中，通常将负荷汇聚为聚合商，再通过调度系统控制消减负荷峰值，但这种方式并未考虑发电单元输出功率的随机性和间歇性波动，因此本文设计出一种可控负荷的协调储能控制方法。根据需求响应可知，不仅要对激励需求进行响应，还要能够反映电能价格。传统储能控制策略主要是对负荷进行抑制，削减负荷偏差，并没有考虑到实时电价可能发生波动而导致负荷波动，因此本文将实时电价纳入研究因素当中，协调储能方式可以根据实际负荷削减情况和实时电价综合选择输出功率指令，兼顾负荷波动偏差和经济性。本文选择负荷削减偏差和实时电价作为模糊控制器的输入变量，加权系数作为输出变量，选择三角形隶属度函数，设定模糊子集数为5。为进行模糊控制，首先要设计变量论域和分割模糊子集。本文设定输入和输出变量存在5种状态：负大（-B）、负小（-S）、零（Z）、正小（+S）、正大（+B）；负荷削减偏差论域为[-30，30]，分割子集为{-30，-15，0，15，30}；实时电价论域为[0，2]，分割子集为{0，0.5，1，1.5，2}；加权系数论域为[1，3]，分割子集为{1，1.5，2，2.5，3}，根据上述定义，将论域和隶属度函数选取模糊控制规则，模糊规则表见表1所示。

表1 协调储能的模糊规则表

通过以上设定得到模糊红纸的储能功率参考值生产条件，是虚拟电厂系统调控能够在消减负荷偏差的基础上实现高价售电和低价买电，进而提升整个虚拟电厂经济性。

3 实验结果与分析

为验证本文调控技术对虚拟电厂整体经济性的提升作用，将本文集中调控优化后的虚拟电厂与原始虚拟电厂的整体收益进行对比，对比结果见表2所示。

表2 虚拟电厂系统经济收益对比

由表2对比结果可知，本文的虚拟电厂系统调控技术更有利于发挥电能的成本优势，提升虚拟电厂整体的经济效益与可行性，因此具有良好的实际应用效果。

4 结束语

本文基于“全资源池”对虚拟电厂系统调控技术进行研究，可以提升虚拟电厂系统的经济效益，促进电力系统的稳定运行。由于虚拟电厂系统较为复杂，本文对调控技术的研究还存在不足之处，调控技术所实现的功能还不够全面，今后的研究中应进一步深入分析调控技术，更精准预测负荷需求与储能控制。除此之外，由于不同类型的负荷具有不同的电价，因此后续研究应对其进行细化分类，使虚拟电厂调控技术更具有现实意义。