一种虚拟电厂辅助电网二次调频优化调度方法及装置与流程

本发明涉及电力系统调频控制，尤其是涉及一种虚拟电厂辅助电网二次调频优化调度方法及装置。

背景技术：

1、近年来，全球能源短缺和气候环境日益恶化，我国为促进节能减排，新能源发电占比逐步提高，随着光伏、风电普及率的不断提高，新能源的随机性和波动性问题也越来越严重，降低了频率质量的维持能力，将使电网的频率特性逐步恶化，给电网的安全稳定运行带来威胁；除此之外，由于风能具有间歇性、波动性和不确定性等特点，仅靠常规的电源频率控制，再加上系统不能完全消纳风光新能源，会导致系统稳定性要求难以满足，极易出现“弃风”和“弃光”现象。在这种严峻形势下，传统以水电、火电为主要调频资源的配置方案已经难以满足系统的实时调频需求，系统亟需利用新型调频资源以及良好的调频策略来实现高质量动态频率控制。

2、虚拟电厂作为未来能源市场上的一种新型电力能源聚合技术，能够将分布在不同区域下的各种能源聚合成稳定、可控的能源集，对其中的各种可调节资源进行合理的优化配置和利用，不仅对平衡电网供需起到重要作用，还能更好地为电网提供辅助调频服务。现有技术存在利用虚拟电厂辅助电网二次调频的研究，建立了含有火电机组、电动汽车及储能的虚拟电厂参与二次调频调度模型，验证了虚拟电厂参与二次调频明显提高经济收益；一些研究技术还考虑了高比例可再生能源渗透下虚拟电厂多时间尺度协调优化调度，消除系统中随机扰动的影响，实现高比例可再生能源的安全消纳；还有研究提出了火电机组、储能系统、流水车间联合的虚拟电厂调频方案，分析联合调频的性能效果及成本，提高了调频性能和经济效益。

3、但现有研究并未能将虚拟电厂中传统机组、新能源机组、储能、可控负荷这四部分资源进行联合调度，也没有充分考虑新能源机组发电的随机性；另一方面，现有研究技术也未能将调频净利润和调频性能综合起来进行考虑。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种虚拟电厂辅助电网二次调频优化调度方法及装置。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、作为本发明的第一方面，提供一种虚拟电厂辅助电网二次调频优化调度方法，包括：

4、考虑新能源机组发电的随机性，建立虚拟电厂模型；

5、基于随机模型预测控制思想，将优化调度过程分为日前优化调度、日内滚动优化两个阶段；

6、在日前优化阶段充，考虑新能源机组发电的随机性，以虚拟电厂辅助电网获得的二次调频净利润最大目标函数进行优化；

7、在日前优化阶段，以虚拟电厂辅助电网的综合调频性能指标最高目标函数进行优化；

8、根据上述日前与日内虚拟电厂优化方案对虚拟电厂内可调节资源进行优化调度。

9、进一步的，所述虚拟电厂模型中可调节资源包括：传统机组、新能源机组、储能系统以及可控负荷；其中，传统机组包括水电、火电机组；新能源机组包括风电、光伏机组；储能系统包括锂电池储能、燃料电池储能；可控负荷为居民可削减负荷。

10、进一步的，所述风电机组输出功率的随机性由风能的随机分布引起，考虑风速概率密度的风电机组输出功率表达式为：

11、

12、式中：pwt为风机输出功率；pr为风机额定最大功率；vr为额定风速；v为实际风速；vci为启动风速；vco为截止风速；

13、所述风速的概率密度表达式采用gumbel分布表示：

14、

15、式中，v为实际风速；b，d为待定系数。

16、进一步的，所述光伏机组预测输出功率表达式为：

17、

18、式中，ppv为光伏机组输出功率；pstc为光伏机组额定容量；gstc为标准条件下的光强；r为实际光强；αp为功率温度系数；tc为光伏板实际温度；tstc为标准条件下光伏温度；

19、光伏机组输出功率的随机性，采用正态分布描述光伏发电出力的随机预测误差，考虑概率密度的光伏机组输出功率表达式为：

20、

21、式中，p'pv为考虑概率密度的光伏机组输出功率值；σpv为光伏随机预测误差的标准差。

22、进一步的，所述日前优化阶段中，虚拟电厂优化调度的目标函数为虚拟电厂辅助电网获得的二次调频净利润最大，表达式如下：

23、max cpro＝cin-ccost

24、式中，cpro为虚拟电厂辅助电网二次调频获得的净利润；cin为虚拟电厂辅助电网二次调频获得的调频补偿总净利润；ccost为虚拟电厂辅助电网二次调频的总支出。

25、进一步的，所述方法考虑新能源机组发电的随机性，并且所述日前优化调度侧重经济性，以虚拟电厂辅助电网获得的调频净利润最大为目标函数，建立长时间尺度下的约束条件。

26、进一步的，所述日内滚动优化中，在日前优化调度方案的基础上缩短时间尺度，依据包括短期新能源机组预测出力和短期负荷需求的实时预测信息，根据误差概率密度函数进行大规模抽样，获取一系列体现误差分布特性的确定性样本集，并根据样本间相似度聚类获取典型场景，更新日前优化调度方案；

27、虚拟电厂优化调度的目标函数为虚拟电厂辅助电网的综合调频性能指标最高，表达式如下：

28、

29、式中：kz为综合调频性能指标，k1.i、k2.i、k3.i分别为调节速率指标、调节精度指标和响应时间指标；α、β、γ均为大于0小于1的性能指标调节因子，且满足α+β+γ＝1。

30、进一步的，所述调节速率指标k1.i是指发电单元响应二次调频控制指令的速率，计算公式如下：

31、k1.i＝kv.i/kav

32、式中，kv.i为虚拟电厂中参与调频的各发电单元实测调节速率；kav为虚拟电厂内参与调频的各发电单元平均调节速率；

33、所述响应时间指标k2.i是指发电单元响应二次调频控制指令的时间延迟，计算公式如下：

34、k2.i＝1-(td.i/5×60)

35、式中，td.i为虚拟电厂中参与调频的各发电单元响应延迟时间；

36、上述调节精度指标k3.i是指发电单元机组响应二次调频控制指令的精准度，计算公式如下：

37、k3.i＝1-(ξi/ξal)

38、其中，ξi为发电单元调节误差；ξal为发电单元调节允许误差。

39、进一步的，所述日内优化调度侧重调频效果，以反映虚拟电厂调频效果的综合调频性能指标为目标函数，建立短时间尺度下的约束条件。

40、作为本发明的第二方面，提供一种虚拟电厂辅助电网二次调频优化调度装置，应用于虚拟电厂，包括：

41、模型构建模块，考虑新能源机组发电的随机性，建立虚拟电厂模型；

42、调度计划构建模块，用于基于随机模型预测控制思想，将优化调度过程分为日前优化调度、日内滚动优化两个阶段；

43、在日前优化阶段充，考虑新能源机组发电的随机性，以虚拟电厂辅助电网获得的二次调频净利润最大目标函数进行优化；

44、在日前优化阶段，在日前优化调度方案的基础上缩短时间尺度，依据包括短期新能源机组预测出力和短期负荷需求的实时预测信息，根据误差概率密度函数进行大规模抽样，获取一系列体现误差分布特性的确定性样本集，并根据样本间相似度聚类获取典型场景，以虚拟电厂辅助电网的综合调频性能指标最高目标函数进行优化，更新日前优化调度方案。

45、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

46、1)本发明利用随机模型预测控制技术对虚拟电厂内各可调节资源进行联合调度，在一方面能够充分考虑新能源机组出力的随机性，实时跟踪日前二次调频调度曲线，另一方面能提高虚拟电厂辅助电网二次调频的调频净利润和调频效果。

47、2)所建立虚拟电厂模型可调度资源的调节种类全，覆盖范围面广，该模型可用于当下及未来虚拟电厂，虚拟电厂内部可调节资源包含传统机组、新能源机组、储能系统以及可控负荷。其中，传统机组包括水电、火电机组这两种常规发电机组；新能源机组包括风电、光伏这两种发展迅速的分布式能源；储能系统包括锂电池储能、燃料电池储能这两种储能形式；可控负荷包括居民可削减负荷。

48、3)日内滚动优化能够有效减小日前调度与日内实际情况的偏差带来的影响，同时减小风电、光伏预测误差的影响，减少弃风弃光，保证了新能源消纳率。