- 頭條需求側資源靈活性刻畫及其在日前優化調度中的應用2021-08-06 作者：吳界辰 艾欣 胡俊杰 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語由于分布式能源在配電網的滲透率不斷提高以及電力改革對售電側的放開，充分發揮需求側資源的靈活性變得愈加重要。新能源電力系統國家重點實驗室（華北電力大學）的研究人員吳界辰、艾欣、胡俊杰，在2020年第9期《電工技術學報》上撰文，以電動汽車和暖通空調兩種典型的需求側資源為例，在計及設備的物理特性和人為、環境因素的影響下，采用極端能量場景方法建立通用虛擬電池模型用于刻畫其資源的靈活性。 在此基礎上，進一步針對交互平臺參與日前電力市場情況提出了日前優化調度模型。仿真算例表明基于通用VB模型的日前優化調度可以分配日前調度計劃及備用容量。此外，通過仿真驗證了所提模型的有效性，并結合算例結果分析了其在運算效率與信息安全方面的優越性。
隨著分布式能源（Distributed Energy Resources, DERs）在配電網滲透率的不斷提高以及電力市場改革售電側的放開，電力系統運行方式從傳統的電源追蹤負荷轉變為源-網-荷-儲互動協調運行方式，使能源供應向著清潔、低碳、分布式方向轉型。
但由于高比例的DERs具有間歇性、不確定性以及傳統發電機組占比的逐步降低造成系統中可提供的靈活性資源容量受到限制，由此使得系統在局部時段的靈活性嚴重不足，進一步導致其對靈活性需求的大幅度提升。因此目前需要充分發揮其他資源靈活性潛力，實現多時間尺度的靈活性平衡。
針對上述問題，需求側資源，包括電動汽車（Electric Vehicle, EV）、儲能設施（Energy Storage System, ESS）、熱泵、溫控負荷（Temperature Control Loads, TCLs）等在技術可靠性以及運行經濟性上可以代替發電側提供靈活性平衡，給用戶和電網帶來經濟收益。
但需求側資源由于分散于系統結構底層導致其對市場的電價信號相對“絕緣”、參與優化調度能力明顯不足，同時具有容量小、規模大、種類繁多等特點。因此要想充分發揮這些資源的靈活性就必須進行整合與量化。目前，整合手段主要分為直接控制策略和間接控制策略。其中前者以微電網、虛擬電廠、負荷聚集商（aggregator）作為整合主體參與批發市場，并在市場出清后分攤收益；后者則引入市場競爭，一般通過交互平臺以價格或智能合約作為信號激勵用戶，把靈活性以商品的形式整合到市場運行當中。
然而，DERs的規模不斷擴大造成對基于常規的量化模型的整合單元在進行優化求解時出現“維數災”問題，進一步增加了計算成本。如何整合、量化分散的需求側資源靈活性是市場運營商在優化求解時面臨的重要挑戰。
新能源電力系統國家重點實驗室的研究人員，以集群EV與TCLs作為需求側資源中儲能單元與似儲能單元的典型資源，綜合考慮其物理特性、自然與人為影響因素，建立通用VB模型用于表征其靈活性。基于此，提出應用于交互平臺的日前優化調度模型，以評估資源靈活性參與日前能量與輔助服務市場的經濟收益與制定調度計劃。
研究人員通過算例對比分析驗證了通用VB模型的有效性，并結合算例結果與運行模式從信息安全和運算效率上說明了提出模型的優越性。
圖1 HVAC的VB建模原理
圖2 基于交互平臺的市場運行框架
圖3 可參與調頻的上下調節備用容量分布情況
他們分析得到以下結論：
1）基于通用VB模型刻畫的需求側資源的靈活性可用于制訂日前調度計劃及旋轉備用容量計劃，并給出實時調頻輔助服務的備用容量的時域分布與裕度。
2）分別通過與常規的EV、HVAC模型對比，證實了通用VB模型應用于優化調度中的有效性。從交互平臺的調度結果來看整合的DERs具有很強的調度靈活性，其在多時間尺度上提供備用容量進行調節，進一步降低了交互平臺的調度成本。
3）從優越性角度分析，VB模型的整合變量大幅度減少了決策變量數，改善了目前存在的運算效率問題；在售電側放開的電改背景下，以一套標準的電池參數形式用于表征集群靈活性資源信息方面與以往調度過程中需獲取全部調度信息相比，降低了信息暴露的風險。
4）與HVAC相比，相同規模的EV具有更強的調度靈活性。此外，雖然增大死區寬度會擴大HVAC通用VB模型的電能上、下限，但從結果來看死區范圍不斷擴大會導致降低VB模型對電價的響應能力。
在計及EV充放電效率時的實際功率與電網調度功率并不相同。對于相同效率參數的集群EV，所提出的VB通用模型仍然可以準確地表征其功率可行域，但對于效率參數不同的集群EV，基于VB模型的優化問題求解結果存在誤差，具有局限性。
此外，需求側資源的靈活性具有物理、時間、價值等多維屬性，同時受人為、環境、設備特性等多重影響，因此通用VB建模仍然需要進一步研究：①資源帶來的不確定性問題不可忽視，應考慮隨機優化、魯棒優化或結合數據驅動進行建模；②應將VB模型與潮流、安全約束等系統運行條件以及市場運行機制納入多主體協調運行的優化調度策略；③從穩定性、可靠性、安全性及經濟性角度出發，需求側資源整合成的VB模型可用于規劃問題中實現選址定容。
以上研究成果發表在2020年第9期《電工技術學報》，論文標題為“需求側資源靈活性刻畫及其在日前優化調度中的應用”，作者為吳界辰、艾欣、胡俊杰。
