售电公司如何通过合理组合虚拟电厂和调度 实现经济效益最大化？

摘要

在开放的电力市场环境下,售电竞争愈发激烈。拥有配电网运营权的售电公司,在分散式资源交易准入和调度安全要求下,如何通过虚拟电厂整合多种资源参与电力市场运行,调度所辖配网内的电力资源,提高购售电收益,是售电公司在市场竞争中取得有利地位的关键。基于含虚拟电厂交易组合平台的售电公司运营框架,将虚拟电厂的实时动态组合纳入优化调度中,以售电公司的运营经济性为目标,提出了考虑虚拟电厂动态组合策略的售电公司调度方法。最后通过修改的IEEE 33节点配电系统进行了算例分析,结果表明,通过合理组合虚拟电厂和调度分布式能源、可调负荷、虚拟电厂,可以使售电公司在保证所辖配电网安稳运行的同时,整合利用分散式资源参与市场,实现售电公司运行经济效益的最大化。

关键词 :售电公司;虚拟电厂;优化调度;分布式能源;可调负荷;

（来源：电网技术  作者：窦迅1, 王俊1, 叶飞2, 邵平2, 顾伟3）

1．南京工业大学 电气工程与控制科学学院,江苏省 南京市 211816

2．中国电力科学研究院有限公司,江苏省 南京市 210003

3．东南大学 电气工程学院,江苏省 南京市 210096

0 引言

自“中共中央国务院关于进一步深化电力体制改革的若干意见(中发〔2015〕9号)”下发以来,向社会资本放开售电业务,成立售电主体,成为社会资本投资的热点[1]。《关于推进售电侧改革的实施意见》将售电公司分3类：电网企业的售电公司、社会资本投资的拥有增量配电网运营权的售电公司和不拥有配电网运营权的独立售电公司[2]。本文的研究主体为前两类拥有配电网运营权的售电公司。在配、售分离的电力市场环境下,售电竞争愈发激烈[3-4],拥有配电网运营权的售电公司如何调度所辖配网内的电力资源,提高购售电收益,是售电公司在市场竞争中取得有利地位的关键。

分布式能源(distributed electric resource,DER)和可调负荷(dispatchable load,DL)分散存在于售电公司所辖配网的不同节点中,但由于交易准入限制,用户想申报参与交易的部分可能未满足交易的最低准入要求,部分资源无法参与到交易与调度中,导致资源的浪费。虚拟电厂(virtual power plant,VPP)能够整合多种分布式能源参与电力市场运行,为售电公司规模化利用DER和DL资源提供了新的途径[5]。

目前,国内外学者对售电公司的购售电策略展开了较多研究,但在售电公司的优化调度方面涉及较少。在购售电的经营策略方面,现有研究能够分析主体间的非合作博弈关系[6],考虑价格机制[7]、负荷偏差和条件风险价值[8],提出售电公司的购电策略;能够针对用户需求响应行为[9],刻画用户对售电公司的选择行为[10],激励售电公司提供多样化增值服务[11],提出售电公司售电策略;也能够针对用户响应市场价格和激励信息[12],分析用户侧负荷对平衡偏差电量的作用[13],制定考虑用户贡献度的用户用电合同套餐和需求响应合同套餐[14],提出售电公司购售电策略。在VPP调度方面,现有研究能够基于分时电价,构建含风力发电、光伏发电、燃气轮机、抽水蓄能和储能电池的VPP经济优化调度模型[15-16],也能够考虑需求响应、电动汽车等负荷侧资源,建立VPP优化调度模型,减少弃风弃光量[17],也能够考虑热电系统,引入含风-光-热电厂的VPP参与电网运行,建立基于实时电价的VPP优化调度模型[18]。但已有对VPP的调度研究大多基于固定VPP组合模式,较少涉及分散式资源在不同时段动态组合形成不同VPP的多样性。在售电公司调度方面,现有研究能够将分布式电源(distributed power,DG)和DL纳入售电公司的优化调度中,建立了以售电公司日前运营收益最大为目标的优化调度模型[19],也能够针对固定节点内固定VPP组合资源参与的售电公司运营体系的特点,建立配网-VPP双层优化调度模型[20]。针对配网内不同节点不同类型的分散式资源难以准入和调控的问题,目前在售电公司以及VPP优化调度方面,较少涉及对于VPP资源组合动态性的研究。VPP内部资源的组合具有动态性,主要体现在内部资源在不同时段受价格、申报容量、申报类型等影响,可以与不同的主体进行组合构成一个VPP参与交易和运行。在不同时段,未达到交易准入的资源可以通过参与VPP内部的动态组合,共同达到准入量,已经达到交易准入的资源可以选择自己申报参与交易,也可以选择参与VPP的动态组合参与交易。

基于上述背景,本文针对拥有配网运营权并具有DER和DL资源的售电公司,基于含VPP交易组合平台的售电公司运营框架,提出了考虑VPP动态组合策略的售电公司调度方法。考虑售电公司在日前市场和实时市场的购售电决策,将VPP的实时动态组合纳入售电公司的优化调度中,以售电公司的运营经济性为目标,细化了配网及VPP的运行约束。最后通过改进的IEEE 33节点配电系统进行了算例分析,结果表明,本文所提售电公司优化调度方法,通过对DER、DL资源的动态组合和调度,整合利用分散式资源参与市场,实现售电公司购售电收益的最大化。

1 考虑VPP组合策略的售电公司运营模式

1.1 售电公司运营框架

售电公司是打破电力市场的客观垄断,提高售电服务水平的重要主体,其运营需考虑市场,负荷需求以及DER、DL资源等多重因素的影响。本文研究的VPP为售电公司所有,售电公司通过VPP交易组合平台将所辖配电网内的DER(主要包括可控的DG和不可控的分布式光伏)和DL(主要包括可中断负荷(interruptible load,IL)和可平移负荷(translatable load,TL))进行整合,参与售电公司的调度[21-22]。含VPP的售电公司运营体系如图1所示,售电公司从日前、实时市场购电出售给所辖配网内的用户,不平衡的电量可以在实时市场进行交易。由于对分散式资源申报量的准入限制,售电公司通过VPP交易组合平台将所辖配网中分散的DER和DL聚合为若干个外部特性的VPP,并执行调度计划,使得分散式资源得到充分利用,提高售电公司经济效益。

1.2 基于外部特性的VPP组合策略

基于VPP的对外特性,本文将外部特性呈电源性的VPP定义为电源型虚拟电厂(power supply virtual power plant,PSVPP),外部特性呈负荷性的VPP根据可中断负荷、可平移负荷进一步分为可中断负荷型虚拟电厂(interrupt load virtual power plant,ILVPP)和可平移负荷型虚拟电厂(translational load virtual power plant,TLVPP)。售电公司所辖配

网中分散的DER和DL向售电公司VPP交易组合平台上报实时电量和价格,通过排序,优先组合价量低于准入规则的DER、DL资源,组合成PSVPP、ILVPP、TLVPP,形成VPP动态组合实时合同上报给售电公司。售电公司考虑VPP以及未参与组合的DER和DL资源的实时合同参与实时市场交易。

图1 考虑VPP组合策略的售电公司运营框架

1.3 售电公司的调度及购售电决策

基于目前中国现货市场试点开展情况,广东和浙江现货市场试点的实时出清周期分别为15 min和5 min,本文构建了如图2所示的售电公司调度模式及购售电决策流程,在交易前一天,售电公司交易中心根据调控中心的负荷预测和预调度结果在日前市场购得大部分电量,实时与日前之间的不平衡量在实时市场进行平衡;在实时市场,假设调度和交易的时刻为t,则在t-30 min时刻,分散式资源将价量信息上报售电公司的VPP交易组合平台;t-15 min时刻,根据准入规则完成对申报信息的分类排序,获得VPP动态组合、DER、DL资源的实时合同;t时刻,售电公司调控中心考虑VPP动态组合实时合同以及独立的DER和DL合同,在满足负荷需求的基础上,对所辖配网中的电力进行经济调度,获得实际的VPP组合调用以及DER、DL资源的调用情况,并由售电公司交易中心决策VPP组合策略、实时市场交易量和向用户的售电价格;月末,售电公司调度中心根据实际调度结果进行结算,并由售电公司交易中心发布结果。

2 考虑VPP组合策略的售电公司优化调度模型