CN116562567A - 一种考虑电力辅助服务的虚拟电厂聚合调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种考虑电力辅助服务的虚拟电厂聚合调控方法。该方法将基于虚拟电厂的聚合调控架构，按照主体分为三层结构，其中，用户层负责管理海量的异构资源，根据优化目标向虚拟电厂层提供报价和报量；虚拟电厂层接收到用户层的报价和报量后，进行优化调度后向配电网提交报价和报量；配电网层根据虚拟电厂层提供报价和报量信息，结合分布式电源进行联合出清，然后逐层进行选择调用。
Description
技术领域
本发明涉及电力辅助服务领域，尤其涉及一种考虑电力辅助服务的虚拟电厂聚合调控方法。
背景技术
《负荷侧虚拟电厂管控平台功能导则》团体标准中第3.1条指出，虚拟电厂是指一种通过先进信息通信技术和软件系统，实现分布式电源、储能系统、可控负荷、电动汽车等分布式能源资源的聚合和协调优化，以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。
《电力辅助服务管理办法》第二条中指出，电力辅助服务是指为维持电力系统安全稳定运行，保证电能质量，促进清洁能源消纳，除正常电能生产、输送、使用外，由火电、水电、核电、风电、光伏发电、光热发电、抽水蓄能、自备电厂等发电侧并网主体，电化学、压缩空气、飞轮等新型储能，传统高载能工业负荷、工商业可中断负荷、电动汽车充电网络等能够响应电力调度指令的可调节负荷(含通过聚合商、虚拟电厂等形式聚合)提供的服务。
文献[1]基于用电满意度模型和响应量期望模型，在以电网公司为主导的VPP需求响应交易模式下，构建需求响应交易模型。文献[2]论述了含多个虚拟电厂的配电网系统结构，在含分布式光伏发电系统虚拟电厂独立运行的基础上，构建了多个虚拟电厂协同运行的随机规划模型，模型采用的也是配电网-虚拟电厂-用户侧资源的三层结构。文献[3]提出了与负荷聚合商具有相同效果的虚拟聚合商模式，为合理分配需求响应收益并规范用户的响应行为，提出考虑用户信用的需求响应双层优化模型，这里的虚拟聚合商和虚拟电厂的作用几乎一致。文献[4]基于可调控负荷灵活性提出了一种考虑分散式资源互动响应的虚拟电厂智能化调峰定价策略，构建了内部资源响应行为预测模型和虚拟电厂响应价格制定模型。专利[5]提出了一种促进新能源消纳和节能减排的综合多能源虚拟电厂市场博弈模型，未考虑用户侧个体的收益和舒适度损失，无法保证用户层广泛参与辅助服务市场。
文献[1]基于用电满意度模型和响应量期望模型，构建了需求响应交易模型，但是没有考虑用户侧个体的收益及其对辅助服务的影响，同时也没有考虑到用户交易过程中中签概率的问题。
文献[2]构建了多个虚拟电厂协同运行的随机规划模型，但是没有考虑到用户侧个体的收益和舒适度损失的影响。
文献[3]提出考虑用户信用的需求响应双层优化模型，但并未针对用户侧各类资源的不同特性进行合理的调度管理，也没有考虑到配电公司的利益问题。
文献[4]构建了内部资源响应行为预测模型和虚拟电厂响应价格制定模型，但是没有对配电公司在辅助服务市场的投入进行讨论和研究。
专利申请[5]提出了一种促进新能源消纳和节能减排的综合多能源虚拟电厂市场博弈模型，未考虑用户侧个体的收益和舒适度损失，无法保证用户层广泛参与辅助服务市场。
参考文献：
[1]陈宇扬,邵军杰,陈进举正,等.考虑用电满意度与响应量期望的虚拟电厂需求响应交易模型[J/OL].电力自动化设备,2023.
[2]张冲标,高博,张卫康,等.基于面向新型配电网系统的虚拟电厂协同运行研究[J/OL].电测与仪表,2023.
[3]吕挺,张智,芦鹏飞,等.考虑用户信用的虚拟聚合商需求响应交易机制[J/OL].电力系统自动化,2022.
[4]卿竹雨,安锐,高红均,等.考虑分散式资源互动响应的虚拟电厂智能化调峰定价[J/OL].电力自动化设备,2023.
[5]专利申请公开号：CN 115564246A。
发明内容
本发明的目的在于提供一种考虑电力辅助服务的虚拟电厂聚合调控方法，将用户侧的海量单点异构资源(包括分布式电源、储能、可控负荷、电动汽车等)，通过虚拟电厂聚合成资源群，聚合后的资源群参与电力辅助服务与电网运行的电源进行优化调控。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种考虑电力辅助服务的虚拟电厂聚合调控方法，该方法将基于虚拟电厂的聚合调控架构，按照主体分为三层结构，其中，用户层负责管理海量的异构资源，根据优化目标向虚拟电厂层提供报价和报量；虚拟电厂层接收到用户层的报价和报量后，进行优化调度后向配电网提交报价和报量；配电网层根据虚拟电厂层提供报价和报量信息，结合分布式电源进行联合出清，然后逐层进行选择调用。
在本发明一实施例中，用户层根据优化目标构建用户层双目标优化模型，具体如下：
用户层双目标优化模型不仅考虑用户层收益影响，还增加对用户层舒适度损失的考虑；用户层收益由电费节约收益和参与辅助服务的激励收益组成，用户层舒适度由用电量损失决定；假设用户层有i个用户参与辅助服务，则用户i的收益FUSER,1,i描述为：
FUSER,1,i＝WUSER,i,SAVE+WUSER,i,INS
式中：WUSER,i,SAVE为用户i因参与辅助服务调整用电后节约的日用电电费；WUSER,i,INS为用户i因参与辅助服务获得的激励收益，具体描述为：
式中：CTOU(t)为辅助服务执行日的实时电价；CUSER,i(t)为用户i参与辅助服务的报价；ΔPUSER,i(t)为用户的可调节负荷，具体表示为：
ΔPUSER,i(t)＝PUSER-A,i(t)-PUSER-B,i(t)
式中：PUSER-A,i(t)为用户i在辅助服务执行日的用电功率；PUSER-B,i(t)为用户i执行日前的基线功率，用前七个未参与辅助服务事件日的用户i负荷平均值进行表示；
因为用户之间会存在市场竞争，存在着中标的概率，用户i的报价越高，中标的概率越低，用户i的中签概率PUSER,i常用反余切函数进行表示：
式中：CUSER,i,50％为竞价成功率为50％时，用户i的辅助服务报价；因此结合中签概率因素，用户i的收益期望最大化目标为：
maxWUSER,i＝PUSER,iFUSER,1,i
用户在参与辅助服务的过程中，也需要考虑用户的用电舒适度问题，用户削减的用电量越多，舒适度损失也会也多，并且具有边际递增效应，舒适度损失FUSER,2,i采用二次函数进行表示：
式中：ωi和ri为用户i参与辅助服务的舒适度损失系数，ΔPUSER为参与辅助服务时段t0～t1的可调节负荷功率平均值，具体表示为：
因此用户层双目标优化模型表示为：
在本发明一实施例中，虚拟电厂层构建虚拟电厂层收益模型进行优化调度，具体虚拟电厂层收益模型构建如下：
对于虚拟电厂k的收益FVPP,k描述为：
式中：i为虚拟电厂k下管理的用户代号，共有m个；j为用户参与辅助服务的时段代号，一个辅助服务日内共有n个辅助服务时段；为用户i在j时段的中标结果，中标则为1，未中标则为0；/>为虚拟电厂k参与j时段辅助服务的报价；/>为用户i参与j时段辅助服务的报价；/>为j时段用户i的可调响应容量，表示为：
式中：为用户i在j时段的可调节负荷；同样的虚拟电厂也存在着竞价成功的概率，因此虚拟电厂k的竞价成功概率PVPP,k同用户层的表示形式一致：
式中：CVPP,k,50％竞价成功率为50％时，虚拟电厂k的辅助服务报价，因此虚拟电厂的收益期望最大化模型描述为：
在本发明一实施例中，配电网层构建配电网层成本模型，具体如下：
对于配电网层，需要为广泛的用户实现代理购电，需要参与电网调节的源侧机组和负荷资源的总调节成本最低，以达到经济最优，因此最低成本模型为：
minFSG＝WSG-VPP+WSG-GE
式中：FSG为配电网综合运营成本，WSG-VPP为配电网给虚拟电厂的辅助服务补贴；WSG-GE为配电网给源侧机组的辅助服务补贴，具体描述为：
式中：分别为虚拟电厂k、源侧机组GE的中标结果，中标则为1，未中标则为0；/>分别为虚拟电厂k、源侧机组GE在j时段的报价；/>分别为虚拟电厂k、源侧机组GE在j时段的总可控资源容量。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本申请提案充分考虑了辅助服务市场中的利益主体，构建了用户层-虚拟电厂层-配电网层的三层架构，并且详细论述了用户双目标优化模型、虚拟电厂层收益模型、配电网层成本模型。
2、本申请提案在用户层双目标优化模型中充分考虑了用户收益和因削减电量造成的舒适度损失影响，两者之间为主从博弈，其中用户收益主要由节约用电收益和辅助服务激励收益组成，对具有边际递增效应的舒适度损失采用了二次函数进行表示。
3、本申请提案在用户层双目标优化模型和虚拟电厂层收益模型中均考虑了报价的影响，利用价格因素引导用户层和虚拟电厂层积极有序参与聚合调控，同时存在报价越高，中签概率越低，报价越低，中签概率越高的现象，因此将中标概率用反余切进行表示，反映了报价和中标之间的制约关系。
附图说明
图1为本发明基于虚拟电厂的聚合调控架构。
图2为本发明用户层优化目标影响因素。
图3为本发明方法实施流程。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明基于虚拟电厂的聚合调控架构，按照主体可以分为三层结构。如图1所示，具体的，用户层负责管理海量的异构资源，根据优化目标向虚拟电厂提供报价和报量；虚拟电厂接收到用户层的报价和报量后，进行合理的优化调度后向配电网提交报价和报量；配电网层根据虚拟电厂提供报价和报量信息，结合分布式电源进行联合出清，然后逐层进行选择调用。
(一)用户层双目标优化模型
用户层双目标优化模型不仅考虑了用户层的收益影响，还增加了对用户层舒适度损失的考虑，其优化目标影响因素组成如图2所示。
如图2所示，用户层收益主要由电费节约收益和参与辅助服务的激励收益组成，用户层舒适度主要由用电量损失决定。假设用户层有i个用户参与辅助服务，则用户i的收益FUSER,1,i可以描述为：
FUSER,1,i＝WUSER,i,SAVE+WUSER,i,INS
式中：WUSER,i,SAVE为用户i因参与辅助服务调整用电后节约的日用电电费，单位为元；WUSER,i,INS为用户i因参与辅助服务获得的激励收益，单位为元，具体的可以描述为：
式中：CTOU(t)为辅助服务执行日的实时电价，单位为元·MW-1；CUSER,i(t)为用户i参与辅助服务的报价，单位为元·MW-1；ΔPUSER,i(t)为用户的可调节负荷，单位为MW，具体的可以表示为：
ΔPUSER,i(t)＝PUSER-A,i(t)-PUSER-B,i(t)
式中：PUSER-A,i(t)为用户i在辅助服务执行日的用电功率，单位为MW；PUSER-B,i(t)为用户i执行日前的基线功率，单位为MW，一般用前七个未参与辅助服务事件日的用户i负荷平均值进行表示。
因为用户之间会存在市场竞争，存在着中标的概率，一般来说，用户i的报价越高，中标的概率越低，用户i的中签概率PUSER,i常用反余切函数进行表示：
式中：CUSER,i,50％为竞价成功率为50％时，用户i的辅助服务报价，单位为元·MW-1；因此结合中签概率因素，用户i的收益期望最大化目标为：
maxWUSER,i＝PUSER,iFUSER,1,i
用户在参与辅助服务的过程中，也需要考虑用户的用电舒适度问题，一般来说用户削减的用电量越多，舒适度损失也会也多，并且具有边际递增效应，舒适度损失FUSER,2,i一般采用二次函数进行表示：
式中ωi和ri为用户i参与辅助服务的舒适度损失系数，ΔPUSER为参与辅助服务时段t0～t1的可调节负荷功率平均值，单位为MW，具体表示为：
因此用户层的双目标优化模型可以表示为：
(二)虚拟电厂层收益模型
虚拟电厂为了平台维护、设备升级等基础事业，促进相关事业发展，一般也会采用向配电网层报价和报量的决策，以获得一定的利益。因此对于虚拟电厂k的收益FVPP,k可以描述为：
式中：i为虚拟电厂k下管理的用户代号，共有m个；j为用户参与辅助服务的时段代号，一个辅助服务日内共有n个辅助服务时段；为用户i在j时段的中标结果，中标则为1，未中标则为0；/>为虚拟电厂k参与j时段辅助服务的报价，单位为元·MW-1；/>为用户i参与j时段辅助服务的报价，单位为元·MW-1；/>为j时段用户i的可调响应容量，单位为MW，可以表示为：
式中：为用户i在j时段的可调节负荷，单位为MW；同样的虚拟电厂也存在着竞价成功的概率，因此虚拟电厂k的竞价成功概率PVPP,k可以同用户层的表示形式一致：
式中：CVPP,k,50％竞价成功率为50％时，虚拟电厂k的辅助服务报价，因此虚拟电厂的收益期望最大化模型可以描述为：
(三)配电网层成本模型
对于配电网层，需要为广泛的用户实现代理购电，需要参与电网调节的源侧机组和负荷资源的总调节成本最低，以达到经济最优，因此最低成本模型为：
minFSG＝WSG-VPP+WSG-GE
式中：FSG为配电网综合运营成本，WSG-VPP为配电网给虚拟电厂的辅助服务补贴，单位为元；WSG-GE为配电网给源侧机组的辅助服务补贴，单位为元，具体可以描述为：
式中：分别为虚拟电厂k、源侧机组GE的中标结果，中标则为1，未中标则为0；/>分别为虚拟电厂k、源侧机组GE在j时段的报价，单位为元·MW-1； 分别为虚拟电厂k、源侧机组GE在j时段的总可控资源容量，单位为MW。
本发明所提虚拟电厂聚合调控方法包含了用户层-虚拟电厂-配电网三层架构，充分覆盖电力辅助服务中的利益主体。
所提用户层双目标优化模型包括了用户收益和舒适度损失，用户按照收益最大化和舒适度损失最小化的双目标进行报价和报量的决策，二者形成了主从博弈。
所提用户层双目标优化模型和虚拟电厂收益模型均考虑了中标概率的影响，中标概率反映了报价和中标之间的制约关系。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种考虑电力辅助服务的虚拟电厂聚合调控方法，其特征在于，该方法将基于虚拟电厂的聚合调控架构，按照主体分为三层结构，其中，用户层负责管理海量的异构资源，根据优化目标向虚拟电厂层提供报价和报量；虚拟电厂层接收到用户层的报价和报量后，进行优化调度后向配电网提交报价和报量；配电网层根据虚拟电厂层提供报价和报量信息，结合分布式电源进行联合出清，然后逐层进行选择调用。
2.根据权利要求1所述的一种考虑电力辅助服务的虚拟电厂聚合调控方法，其特征在于，用户层根据优化目标构建用户层双目标优化模型，具体如下：
用户层双目标优化模型不仅考虑用户层收益影响，还增加对用户层舒适度损失的考虑；用户层收益由电费节约收益和参与辅助服务的激励收益组成，用户层舒适度由用电量损失决定；假设用户层有i个用户参与辅助服务，则用户i的收益FUSER,1,i描述为：
FUSER,1,i＝WUSER,i,SAVE+WUSER,i,INS
式中：WUSER,i,SAVE为用户i因参与辅助服务调整用电后节约的日用电电费；WUSER,i,INS为用户i因参与辅助服务获得的激励收益，具体描述为：
式中：CTOU(t)为辅助服务执行日的实时电价；CUSER,i(t)为用户i参与辅助服务的报价；ΔPUSER,i(t)为用户的可调节负荷，具体表示为：
ΔPUSER,i(t)＝PUSER-A,i(t)-PUSER-B,i(t)
式中：PUSER-A,i(t)为用户i在辅助服务执行日的用电功率；PUSER-B,i(t)为用户i执行日前的基线功率，用前七个未参与辅助服务事件日的用户i负荷平均值进行表示；
因为用户之间会存在市场竞争，存在着中标的概率，用户i的报价越高，中标的概率越低，用户i的中签概率PUSER,i常用反余切函数进行表示：
式中：CUSER,i,50％为竞价成功率为50％时，用户i的辅助服务报价；因此结合中签概率因素，用户i的收益期望最大化目标为：
max WUSER,i＝PUSER,iFUSER,1,i
用户在参与辅助服务的过程中，也需要考虑用户的用电舒适度问题，用户削减的用电量越多，舒适度损失也会也多，并且具有边际递增效应，舒适度损失FUSER,2,i采用二次函数进行表示：
式中：ωi和ri为用户i参与辅助服务的舒适度损失系数，ΔPUSER为参与辅助服务时段t0～t1的可调节负荷功率平均值，具体表示为：
因此用户层双目标优化模型表示为：
3.根据权利要求1所述的一种考虑电力辅助服务的虚拟电厂聚合调控方法，其特征在于，虚拟电厂层构建虚拟电厂层收益模型进行优化调度，具体虚拟电厂层收益模型构建如下：
对于虚拟电厂k的收益FVPP,k描述为：
式中：i为虚拟电厂k下管理的用户代号，共有m个；j为用户参与辅助服务的时段代号，一个辅助服务日内共有n个辅助服务时段；为用户i在j时段的中标结果，中标则为1，未中标则为0；/>为虚拟电厂k参与j时段辅助服务的报价；/>为用户i参与j时段辅助服务的报价；/>为j时段用户i的可调响应容量，表示为：
式中：为用户i在j时段的可调节负荷；同样的虚拟电厂也存在着竞价成功的概率，因此虚拟电厂k的竞价成功概率PVPP,k同用户层的表示形式一致：
式中：CVPP,k,50％竞价成功率为50％时，虚拟电厂k的辅助服务报价，因此虚拟电厂的收益期望最大化模型描述为：
4.根据权利要求1所述的一种考虑电力辅助服务的虚拟电厂聚合调控方法，其特征在于，配电网层构建配电网层成本模型，具体如下：
对于配电网层，需要为广泛的用户实现代理购电，需要参与电网调节的源侧机组和负荷资源的总调节成本最低，以达到经济最优，因此最低成本模型为：
min FSG＝WSG-VPP+WSG-GE
式中：FSG为配电网综合运营成本，WSG-VPP为配电网给虚拟电厂的辅助服务补贴；WSG-GE为配电网给源侧机组的辅助服务补贴，具体描述为：
式中：分别为虚拟电厂k、源侧机组GE的中标结果，中标则为1，未中标则为0；分别为虚拟电厂k、源侧机组GE在j时段的报价；ΔPj VPP,k(t)、ΔPj GE(t)分别为虚拟电厂k、源侧机组GE在j时段的总可控资源容量。
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| CN202310522005.XA CN116562567A (zh) | 2023-05-10 | 2023-05-10 | 一种考虑电力辅助服务的虚拟电厂聚合调控方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310522005.XA CN116562567A (zh) | 2023-05-10 | 2023-05-10 | 一种考虑电力辅助服务的虚拟电厂聚合调控方法 |
Publications (1)
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| CN116562567A true CN116562567A (zh) | 2023-08-08 |
Family
ID=87489334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310522005.XA Pending CN116562567A (zh) | 2023-05-10 | 2023-05-10 | 一种考虑电力辅助服务的虚拟电厂聚合调控方法 |
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|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117117924A (zh) * | 2023-10-24 | 2023-11-24 | 国网湖北省电力有限公司经济技术研究院 | 一种考虑市场出清收益的储能容量配置方法、装置及设备 |
| CN117526454A (zh) * | 2024-01-05 | 2024-02-06 | 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 | 虚拟电厂运行管理方法、设备及存储介质 |
-
2023
- 2023-05-10 CN CN202310522005.XA patent/CN116562567A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117117924A (zh) * | 2023-10-24 | 2023-11-24 | 国网湖北省电力有限公司经济技术研究院 | 一种考虑市场出清收益的储能容量配置方法、装置及设备 |
| CN117117924B (zh) * | 2023-10-24 | 2023-12-22 | 国网湖北省电力有限公司经济技术研究院 | 一种考虑市场出清收益的储能容量配置方法、装置及设备 |
| CN117526454A (zh) * | 2024-01-05 | 2024-02-06 | 国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 | 虚拟电厂运行管理方法、设备及存储介质 |
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