考虑风电相依结构的虚拟发电厂内部资源随机调度策略
2017第四届轨道交通供电系统技术大会
会议由中国电工技术学会主办，将于2017年11月28日在北京铁道大厦召开，研讨电工科技最新研究成果对轨道交通供电领域所带来的革新影响和应用前景，推进协同创新。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
华北电力大学电气与电子工程学院的研究人员卢锦玲、於慧敏，在2017年第17期《电工技术学报》上撰文指出，虚拟发电厂运行机制的研究能够为需求侧分布式电源接入电网提供技术支撑,而可中断负荷是需求响应的重要形式之一,可以缓解新能源引起的波动,促进其消纳。
将含可中断负荷、风电场和常规机组的电力系统视为虚拟发电厂,并对其进行优化调度。为提高风功率概率分析的准确性,引入Gumbel-Copula描述风电功率相关性,建立联合出力模型。结合需求侧可中断负荷的调峰特性,将可中断负荷加以中断时间、中断次数及中断容量等约束,与常规机组协同运行。
通过基于差分进化策略的改进入侵杂草算法对算例进行求解,并与其他两种虚拟发电厂调度策略对比,结果表明该策略可减少总运行成本,同时增加风电消纳、降低风功率剩余。
随着电力系统的发展和规模的增长，源荷、供需各层均面临巨大的挑战，传统电力系统的运行模式正在进行全新变革。在需求侧，一方面分布式电源接入数量越来越多，实现了从“无源”到“有源”的改变，其中风电、光伏等并网会因其波动特性无法避免而给电网带来冲击，系统的结构和调度方式需要随之调整; 另一方面用户方自身参与电网运行的需求增加，希望与供电侧互动，在获得利益的同时帮助系统安全稳定运行。
在这种环境下，虚拟发电厂(VirtualPower Plants，VPP)的提出打破了传统发电、用电侧之间的界限，以一种新的区域化集成管理模式，实现需求侧分布式能源和柔性负荷的综合协调控制。
而智能电网的建设为源荷协调和需求侧资源优化提供了框架支撑。需求侧资源的一种重要方式是需求响应，而可中断负荷(Interruptible Load，IL)是基于激励需求响应的主要形式之一。电力公司通过与用户签订协议，在用电高峰时段向用户发出通知，用户接到信号后减少或中断负荷并获得经济补偿。可中断负荷的调峰功能使其在调度计划中可以缓解风电、光伏等并网引起的波动，提高新能源利用率。
文献［9］指出，可中断负荷可以等效为虚拟发电厂中的机组，在考虑约束时需加以最大中断量、最大中断时间等限制。其模拟不同负荷场景，建立了可中断负荷作为备用的虚拟发电厂优化调度模型。
文献［10］从最优潮流的角度对可中断负荷进行调度策略研究，说明常规机组的各类约束条件在可中断负荷调度中不能忽略。文献［11］计及常规机组与可中断负荷组合运行，对可中断负荷加以最大中断量约束，同时模拟机组故障情况下的组合运行结果。
文献［12］对多时段可中断负荷调度进行研究，考虑了不同可中断用户的相关特性，使中断成本和次数最小。此外，风电场是虚拟发电厂中的常见组成单元。在相邻区域，受气候和地域因素影响，风电场之间存在较强关联关系，在调度决策时有必要对彼此的相关结构和联合输出情况进行精确建模分析。
Copula函数具有将变量的累积分布和各自边缘分布巧妙衔接的功能，开辟更方便地获取联合分布函数的途径。Sklar定理说明，若变量各自边缘分布已知再抉择恰当的Copula类型，则其联合概率分布也随之可得。
故建立多元相依结构模型分为两步:一是构造随机变量的边缘分布，二是选取合适的Copula类别，求得对应参数。这种方法的优点在于:将联合分布化作相关结构和边缘分布区别处理，并且能够同时反映变量之间的尾部相关关系。
文献［13］利用Copula函数描述风电场和风功率的相依结构，根据拟合优度选取合适的Copula类型。根据Z统计值结果最终选取GumbelCopula进行相关结构刻画。
文献［14］分析了风电场输出功率之间的尾部特征，构造混合Copula函数分析风电功率相关性，其结果可以为含风电场的电力系统调控运行提供理论参考。但目前同时考虑风电场出力相依结构和可中断负荷的虚拟发电厂调度策略的研究鲜见报导。
通过引入Gumbel-Copula描述风电功率相依结构，将风电随机特性通过机会约束处理，对含常规机组、风电场和可中断负荷的虚拟发电厂调度策略进行优化。以最小化虚拟发电厂总运行费用为决策目标，综合考虑了常规机组和可中断负荷等效机组运行约束，采用基于差分进化策略的改进入侵杂草算法(Invasive Weed Optimization algorithm based onStrategy of Differential Evolution，IWOSDE)求解。算例分析验证了本文所提调度策略在经济和风电消纳方面的优越性。
图3 算法流程
结论
对虚拟发电厂的研究可以为需求侧大规模分布式电源并网提供框架支持。作为基于激励的需求响应重要形式之一，可中断负荷可以对需求侧资源进行弹性调节，减轻电网压力。
本文将风电场、常规机组、可中断负荷构成系统视为虚拟发电厂，对其内部单元调度策略进行研究，考虑了风电场出力相关性和风功率随机性，提出经济优化调度策略。利用IWOSDE算法求解模型，分别与不计及风功率相关结构、确定性调度策略进行对比，结果证明了所提模型在经济性和风电消纳能力上的优越性。