DOC《考虑热电联合调度的虚拟电厂交易策略研究*》

考虑热电联合调度的虚拟电厂交易策略研究* 周博1,吕林1,高红均1,阮振1,钱珍琳2 (1.

四川大学 电气信息学院,成都 610065;

2.贵州大学 管理学院,贵阳

550025 ) 摘要:为优化能源配置和用能效率,采用虚拟电厂模式聚合热电联产(combined heat and power, CHP)机组等分布式能源作为整体参与市场交易,考虑CHP机组热电比可调运行模式突破传统以热定电的限制,实现CHP机组的热电解耦,提升机组调度的灵活性.此外针对虚拟电厂面临的风电不确定性,采用鲁棒优化进行处理,构建min-max-min两阶段鲁棒优化模型,寻找不确定变量在不确定集合内朝着最恶劣场景变化时经济性最优的交易方案,并通过列约束生成算法对主子问题进行交替迭代求解.算例结果表明,采用CHP热电比可调运行模式并合理考虑风电出力不确定性能够提升系统调峰能力、降低出力偏差,对促进清洁能源消纳具有积极作用;

也验证了通过虚拟电厂实现热电联合优化调度,作为整体参与市场运行具有较强的经济性优势. 关键词:虚拟电厂;

热电联产;

鲁棒优化;

热电比可调;

风电消纳 中图分类号:TM933 文献标识码:B 文章编号:1001-1390(2019)00-0000-00 Optimal trading strategy for the virtual power plant considering thermal and electrical scheduling Zhou Bo1Lv Lin1Gao Hongjun1Ruan Zhen1, Qian Zhenlin2 (1. School of Electrical Engineering and Information, Sichuan University, Chengdu 610065, China. 2. School of Management, Guizhou University, Guiyang 550025, China) Abstract: In order to optimize the energy allocation and energy efficiency, this paper adopts virtual power plant model combined heat and power (CHP) units and other distributed energy as a whole to participate in market transactions. The CHP unit heat-to-electric ratio adjustable operation mode is introduced to break the traditional ordering power by heat, the decouple of heat and power of CHP units, and the flexibility of unit scheduling. In addition, considering the renewable energy output uncertainty, a two stage robust optimization model with min-max-min structure is established to find the most economical trading strategy, the model is solved based on column constrained generation algorithm. Numerical cases show that by adjusting the CHP heat-to-electric ratio and reasonably considering the uncertainty of wind power output can improve power system peak-load regulation capacity and reduce the output deviation, which has a positive effect on the promotion of clean energy consumption. The also verified by the comparative study. Keywords: virtual power plant, combined heat and power (CHP) units, robust optimization, heat-to-electric ratio adjustable, wind power consumption 0引言 *基金项目:国家自然科学基金项目(51377111);

中央高校基本科研业务费专项资金资助(YJ201750) 对 三北 地区而言,富风期与热力需求时段相重叠,在冬季供暖时段,热电联产(combined heat and power,CHP)机组实行 以热定电 运行模式[1],首先根据热负荷需求确定供热出力,再通过机组恒定热电比确定供电出力范围.热―电间强耦合关系制约了CHP机组调度的灵活性,系统用能效率受到限制,这种独立决策模式无法形成热电联动协调调度,直接导致大量弃风限电的产生[2-3]. 突破机组以热定电运行模式成为提升风电消纳的研究热点,现有文献主要提出以下两种思路[4-7]:一是引入新热源作为灵活可调资源,增大CHP等效出力区间,提升系统可调出力[7-10];

二是考虑需求侧响应项目,优化热电负荷需求曲线.文献[4]引入热泵作为热负荷侧可调度资源,将富余风电用于供暖分担部分热负荷,实现CHP机组的热电解耦,充分挖掘风电消纳潜力.文献[5-6]储热及电制热装置作为灵活热源,降低CHP机组的强迫出力,提升系统调峰能力,促进风电积极消纳.文献[7]引入弹性负荷,改变热电负荷比值,匹配CHP机组的热电比,提升用能效率及经济性.上述两种思路对提升清洁能源渗透率具有积极作用,但仍存在如下问题:一是经济效益问题,新热源的引入能够提升系统调峰能力,同时也会带来额外的投资成本.二是调度手段和热电联合调度平台尚未完善,热电系统独立决策,无法形成联动机制.虚拟电厂[8](virtual power plant,VPP)技术为热电联合调度提供新的思路,VPP聚合分布式能源、储能和可控负荷作为有机整体,通过能量管理系统对内部资源进行协调优化调度,提升整体出力稳定性及清洁能源消纳能力.文献[9]以VPP形式聚合风电机组和热电联产机组,平抑风电出力波动,最大化整体经济效益.文献[10]充分利用VPP作为利益整体的经济性优势,将某区域内的风电、光伏电站、热电厂及风电供热设备组成虚拟电厂参与电网运行,实现热电系统联合优化调度,促进新能源的并网消纳.文献[11]进一步在VPP中结合热电储能设备,构建VPP日前热电联合调度优化模型,提升VPP市场竞争力和出力稳定性. 同时,可再生能源出力的不确定性给VPP决策和安全运行带来极大的挑战,现有文献大多采用随机规划处理不确定性,文献[12]采用多场景描述风电及电价的不确定性,构建VPP两阶段随机规划模型;

文献[13]基于机会约束研究风电出力波动对VPP调度收益的影响,构建虚拟电厂随机优化调度模型.文献[14]通过历史数据选取等概率的场景集代表风电不确定性,计及条件风险价值建立VPP能量管理模型.随机规划在处理不确定性时通过增加场景数量来提高不确定性的刻画精度,导致计算量增大,且难以获取准确的概率密度函数.相反鲁棒优化[15]克服了上述缺陷,利用确定性集合囊括不确定参数的所有可能情况,制定融合恶劣工况下的最优竞标策略. 基于上述分析,本文以VPP形式聚合风电场、CHP机组、燃气锅炉及热、电负荷作为整体参与电网运行,通过VPP联合调度平台,实现热电联动协调优化调度.首先详细阐述了VPP组成结构及CHP机组热电比可调原理,其次考虑风电出力的不确定性及控制对象的调节能力,构建两阶段鲁棒热电联合调度模型,并采用列约束生成算法(column and constraint generation,CCG)将模型分解为主问题和子问题,紧接着利用强对偶理论及Big-M法将子问题解耦并线性化,通过子问题与主问题交互迭代求解最优决策方案.最后通过算例对不同运行模式进行对比分析,验证了本文所提模型对提升用能效率........