考慮源荷不確定性和碳交易的虛擬電廠經濟調度

摘 要：針對新能源消納和電負荷不穩定對調度的影響，提出一種考慮源荷不確定性和碳交易的優化調度方法。通過拉丁超立方抽樣和后向場景縮減技術生成風光出力和電負荷的功率預測典型場景，將不確定性問題轉化為確定場景；引入碳交易機制，建立以虛擬電廠經濟效益最大和碳排放量最小為目標的調度模型。仿真結果表明，考慮碳交易機制的虛擬電廠優化調度可在減少碳排放的同時產生更大的經濟效益。

關鍵詞：虛擬電廠；不確定性；拉丁超立方抽樣；碳交易；優化調度

中圖分類號：TK-9" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2024）06-0006-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.06.002

0" " 引言

電力工業的綠色低碳轉型升級是實現“雙碳”目標的重要抓手[1]，以新能源為主體的多能互補系統代替傳統的化石能源已成為未來能源行業的發展重點[2]。虛擬電廠（Virtual Power Plant，VPP）的出現為此提供了新的思路，作為新型分布式能源并網技術，虛擬電廠可通過優化機組出力、挖掘可控負荷調節潛力，緩解風光出力隨機性影響，保證系統運行平穩。

目前，對VPP優化調度中不確定性的研究主要在方法改進上，采用合理的方法來量化不確定性對調度的影響是研究關注的重點。文獻[3]將風電、電熱負荷采用不確定集合的算法，建立了計及源-荷不確定性的虛擬電廠多目標日前魯棒優化調度模型。文獻[4]考慮到電價的不確定對熱電聯產虛擬電廠的影響，利用蒙特卡洛法來構建典型的電價不確定性場景，建立VPP參與電力市場的競標模型。文獻[5]通過模糊隸屬度參數來表征新能源、負荷不確定性，建立園區電-氣互聯綜合能源系統模型，兼顧系統風險與成本，有效規避了需求側隨機性對系統安全性和經濟性的影響。

本文提出一種考慮源荷不確定性和碳交易的VPP經濟調度模型。首先，考慮風力、光伏和負荷等不確定性，采用拉丁超立方采樣模擬風光發電和電力用戶負荷的出力情景。然后，引入碳交易機制建立了包含風光發電、燃氣輪機和儲能的虛擬電廠優化調度模型。最后，采用CPLEX求解器對算例進行仿真求解，驗證了所建模型的合理性和有效性。

1" " 源荷不確定性模型的分析和構建

1.1" " 源荷不確定性模型的建立

采用Weibull分布模擬風力輸出的不確定性，其概率密度函數如下：

式中：Pw，t、Pw，e分別為風電機組t時刻輸出功率和額定功率；μ、σ分別為風電功率預測誤差的均值和方差。

式中：Pv，t為光伏機組t時刻輸出功率；Г（·）為伽瑪函數；α、β為分布形狀參數；Pv，tmax為光伏發電t時刻最大輸出功率；r、rmax分別為光照輻射強度和最大輻射強度。

式中：ΔPL為負荷波動功率；μ和δ分別為正態分布的期望和方差。

1.2" " 基于LHS方法的場景生成與縮減

本文使用拉丁超立方抽樣生成大量隨機場景[6]，確保所有抽樣點均被抽樣。為減少計算量，再采用后向場景縮減技術來縮減相似場景。步驟如下：

3" " 算例分析

3.1" " 參數設置

本文采用CPLEX求解虛擬電廠優化調度問題。選取一個虛擬電廠，包括1臺400 kW燃氣輪機、1臺1 000 kW風電機組、1臺1 000 kW的光伏發電裝置、1個1 600 kW儲能系統。燃氣輪機、光伏機組、風電機組、儲能運行成本系數分別為0.2、0.009、0.45、0.08。調度周期24 h，每一調度時段為1 h。購、售電價與峰谷時段如表1所示。

3.2" " 源荷的處理場景生成

如圖1、2、3所示，通過拉丁超立方抽樣獲得3條風、光和負荷的輸出功率曲線，表明這三種輸出情況可準確地表示所有風電、光伏和負荷輸出的可能性，可將不確定性場景轉化為確定的。該方法可在一定程度上解決風力和光伏發電輸出受氣候影響以及負荷日常實時調度波動等問題。

3.3" " 虛擬電廠優化調度結果分析

根據是否考慮碳交易機制建立2種運行模式，不同模式下虛擬電廠的凈效益和碳排放量如表2所示。可以看出，當考慮碳交易時，虛擬電廠的凈利潤增加，而碳排放量減少，說明考慮碳交易的虛擬電廠模型兼顧了經濟性和環境保護。

如圖4、5所示，要減少碳排放需增加燃氣輪機輸出，盡量減少VPP從大電網購電，因為相同發電量，燃氣輪機的碳排放比大電網火力發電的碳排放小得多。燃氣輪機出力可獲得更多的碳排放配額，多余的部分按碳交易價格出售，可提高虛擬電廠收益。

4" " 結束語

本文考慮到風光出力不確定性，采用拉丁超立方體抽樣和后向還原技術生成經典場景集，以減少風電和光伏出力波動的影響。引入碳交易機制和分時電價，通過不同情景模擬進行對比分析，證明考慮碳交易機制的VPP優化調度可減少碳排放，增加VPP凈收益。碳交易的引入可促進電網的節能減排，提高電網的經濟性。

[參考文獻]

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[3] 秦子愷，黃婧杰，周任軍，等.計及源-荷不確定性的虛擬電廠多目標魯棒優化調度[J].電力系統及其自動化學報，2023，35（6）：13-21.

[4] 徐康軒，郭超，包銘磊，等.市場環境下考慮多元不確定性的熱電聯合虛擬電廠競標策略[J].電網技術，2022，46（9）：3354-3364.

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[6] 黃鵬翔，周云海，徐飛，等.基于負荷與風電出力場景集的運行備用動態調度方法[J].可再生能源，2021，39（5）：658-665.

[7] 何深.電力行業碳排放交易理論體系研究[D].保定：華北電力大學，2012.

收稿日期：2023-11-10

作者簡介：謝偉（1977—），男，四川宜賓人，碩士研究生，高級工程師，從事電網建設管理工作。

唐卓（1990—），男，四川宜賓人，碩士研究生，工程師，從事電網建設管理工作。