本發(fā)明涉及一種虛擬電廠參與慣量和備用市場(chǎng)的調(diào)度方法，屬于虛擬電廠。

背景技術(shù)：

1、通過電力電子逆變器并網(wǎng)的可再生能源和電化學(xué)儲(chǔ)能具有靈活性和脆弱性的特點(diǎn)，并且無法像傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)一樣自發(fā)地提供慣量和下垂響應(yīng)。因此，基于電力電子逆變器電源的大量并網(wǎng)使得電力系統(tǒng)頻率安全性受到影響，規(guī)?；植际皆春少Y源又增加了電力系統(tǒng)運(yùn)行管理的負(fù)擔(dān)。此外，可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性為電力系統(tǒng)的調(diào)度帶來不確定性，影響了新能源的有效消納，使得電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行的可靠性受到影響。以上問題給含高比例可再生能源電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行帶來了挑戰(zhàn)。

2、為應(yīng)對(duì)安全性的問題，學(xué)界和工業(yè)界提出了多種逆變器功率控制方法，例如下垂控制、虛擬慣量控制、虛擬同步發(fā)電機(jī)控制、虛擬振蕩器控制，使得基于逆變器的電源能夠自發(fā)地進(jìn)行虛擬慣量響應(yīng)和頻率響應(yīng)。風(fēng)電和光伏均可以通過上述逆變器功率控制方法參與系統(tǒng)頻率響應(yīng)，電池儲(chǔ)能可以同時(shí)提供備用和參與頻率響應(yīng)。為應(yīng)對(duì)可再生能源不確定性的問題，現(xiàn)有方法通過預(yù)留機(jī)組備用的方法以在實(shí)時(shí)運(yùn)行中補(bǔ)償不確定性的新能源功率偏差，通過魯棒優(yōu)化、隨機(jī)優(yōu)化、機(jī)會(huì)約束優(yōu)化等不確定性優(yōu)化方法解決電力系統(tǒng)的不確定性優(yōu)化調(diào)度問題?；谝陨霞夹g(shù)，電力系統(tǒng)的運(yùn)營商能夠通過設(shè)置備用市場(chǎng)和慣量市場(chǎng)來引導(dǎo)可控的發(fā)電機(jī)、可再生能源或儲(chǔ)能提供功率備用和虛擬慣量響應(yīng)，進(jìn)而提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性。

3、在現(xiàn)有的技術(shù)研究中，機(jī)組參與電力系統(tǒng)備用和慣量市場(chǎng)的調(diào)度通?；谌涨盎蛉諆?nèi)的電力系統(tǒng)安全約束調(diào)度方法。系統(tǒng)運(yùn)營商根據(jù)可控的同步發(fā)電機(jī)和逆變器電源的投標(biāo)來求解調(diào)度指令，確定每個(gè)機(jī)組和電源的備用容量和慣量響應(yīng)容量。現(xiàn)有的技術(shù)包括同步發(fā)電機(jī)和各類電源的市場(chǎng)參與調(diào)度方法，包括風(fēng)電、光伏、電動(dòng)汽車、電池在備用和慣量市場(chǎng)中的應(yīng)用。然而，容量小、特性各異的泛在源荷資源難以滿足市場(chǎng)參與條件，靈活性資源的調(diào)節(jié)潛能無法完全發(fā)揮。虛擬電廠（virtual?power?plant,?vpp）技術(shù)作為規(guī)模化、小容量分布式資源運(yùn)行管理的有效技術(shù)途徑，能夠協(xié)調(diào)分布式源荷資源創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值，支撐電力系統(tǒng)高效運(yùn)行，但目前尚缺少對(duì)于虛擬電廠參與備用和慣量市場(chǎng)的優(yōu)化調(diào)度方法。

4、目前虛擬電廠參與備用和慣量市場(chǎng)的調(diào)度方法主要基于以同步發(fā)電機(jī)為主的傳統(tǒng)電力系統(tǒng)構(gòu)建，而隨著新能源滲透率的增加和傳統(tǒng)機(jī)組的退出，需要針對(duì)虛擬電廠內(nèi)部的分布式資源運(yùn)行特性，設(shè)計(jì)可行的參與備用和慣量市場(chǎng)的優(yōu)化調(diào)度方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明針對(duì)虛擬電廠內(nèi)部的分布式資源運(yùn)行特性，提出了一種虛擬電廠參與慣量和備用市場(chǎng)的調(diào)度方法，以解決目前虛擬電廠調(diào)度模型參與新型電力系統(tǒng)備用和慣量市場(chǎng)尚缺乏可行性的問題。

2、為解決上述問題，本發(fā)明提出以下技術(shù)方案：

3、一種虛擬電廠參與慣量和備用市場(chǎng)的調(diào)度方法，包括以下步驟：(1)建立電力系統(tǒng)模型和虛擬電廠模型；(2)基于所述電力系統(tǒng)模型和所述虛擬電廠模型，建立不確定性功率輸出模型；(3)基于所述電力系統(tǒng)模型和所述虛擬電廠模型，建立電力系統(tǒng)的頻率響應(yīng)模型；(4)基于所述不確定性功率輸出模型和所述頻率響應(yīng)模型，建立同步發(fā)電機(jī)與虛擬電廠的優(yōu)化調(diào)度模型；(5)求解所述優(yōu)化調(diào)度模型，得到虛擬電廠的調(diào)度指令。

4、進(jìn)一步地，步驟(1)中建立電力系統(tǒng)模型包括：利用節(jié)點(diǎn)與線路互聯(lián)的圖模型描述電力系統(tǒng)，并用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣、發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)位置矩陣、風(fēng)電場(chǎng)節(jié)點(diǎn)位置矩陣、虛擬電廠節(jié)點(diǎn)位置矩陣、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)位置矩陣來分別描述線路參數(shù)、發(fā)電機(jī)、風(fēng)電場(chǎng)、虛擬電廠、負(fù)荷的位置信息，以此來構(gòu)建所述電力系統(tǒng)模型；其中，輸電網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度問題時(shí)間周期集合定義為 t，由時(shí)刻 t索引。

5、進(jìn)一步地，步驟(1)中所述虛擬電廠模型由虛擬電廠的有功功率輸出、功率調(diào)節(jié)備用和虛擬慣量響應(yīng)容量來描述，建立所述虛擬電廠模型包括：

6、基于分布式光伏和可調(diào)負(fù)荷的功率預(yù)測(cè)結(jié)果，考慮儲(chǔ)能的充放電功率和電能量水平，聚合求解虛擬電廠在 t時(shí)刻的有功功率輸出上限與下限；

7、基于可調(diào)負(fù)荷的需求響應(yīng)范圍、儲(chǔ)能的備用容量和儲(chǔ)能的電能量水平，聚合求解虛擬電廠在 t時(shí)刻所設(shè)定的功率上調(diào)最大值與功率下調(diào)最大值；

8、基于分布式儲(chǔ)能的虛擬慣量控制系數(shù)和額定容量，聚合求解虛擬電廠在 t時(shí)刻的虛擬慣量響應(yīng)容量上限。

9、進(jìn)一步地，步驟(2)建立不確定性功率輸出模型包括：基于不確定性變量組成的向量描述預(yù)測(cè)功率與實(shí)際功率的隨機(jī)誤差；基于同步發(fā)電機(jī)、虛擬電廠的仿射比例控制策略表示不確定性的功率調(diào)節(jié)量。

10、進(jìn)一步地，步驟(3)建立所述頻率響應(yīng)模型包括：建立同步發(fā)電機(jī)的一次調(diào)頻輸出模型；求解電力系統(tǒng)的總慣量容量；利用基于所述一次調(diào)頻輸出模型與所述總慣量容量所構(gòu)建的擺動(dòng)方程，建立所述頻率響應(yīng)模型，并推導(dǎo)頻率安全指標(biāo)。

11、進(jìn)一步地，步驟(4)建立所述優(yōu)化調(diào)度模型包括：(4.1)建立同步發(fā)電機(jī)和虛擬電廠參與優(yōu)化調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)；(4.2)基于所述不確定性功率輸出模型，建立同步發(fā)電機(jī)的功率調(diào)節(jié)約束；(4.3)基于所述虛擬電廠模型和所述不確定性功率輸出模型，建立虛擬電廠的功率調(diào)節(jié)約束；(4.4)建立電力系統(tǒng)的線路潮流約束；(4.5)基于所述頻率安全指標(biāo)，建立電力系統(tǒng)的頻率安全約束。

12、進(jìn)一步地，步驟(4.1)中所述目標(biāo)函數(shù)包括同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行成本和虛擬電廠運(yùn)行成本；其中，所述同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行成本包括所有調(diào)度時(shí)刻上的發(fā)電燃料成本、一次調(diào)頻備用成本和上調(diào)、下調(diào)功率調(diào)節(jié)備用成本，所述虛擬電廠運(yùn)行成本包括所有調(diào)度時(shí)刻上的發(fā)電運(yùn)行成本、慣量響應(yīng)成本和上調(diào)、下調(diào)功率調(diào)節(jié)備用成本。

13、進(jìn)一步地，步驟(4.2)中所述同步發(fā)電機(jī)的功率調(diào)節(jié)約束包括：同步發(fā)電機(jī)的發(fā)電控制參與因數(shù)的約束；發(fā)電控制的系統(tǒng)平衡約束，用以限制所有同步發(fā)電機(jī)和所有虛擬電廠的發(fā)電控制參與因數(shù)之和為1，以平衡全局的不確定性功率偏差；同步發(fā)電機(jī)輸出功率的上下限約束；同步發(fā)電機(jī)發(fā)電控制的功率上調(diào)、下調(diào)備用，以及一次調(diào)頻備用的上下限約束；同步發(fā)電機(jī)發(fā)電控制的功率上調(diào)、下調(diào)備用的可靠性分布魯棒機(jī)會(huì)約束；

14、步驟(4.3)中所述虛擬電廠的功率調(diào)節(jié)約束包括：虛擬電廠的發(fā)電控制參與因數(shù)的約束；虛擬電廠的虛擬慣量響應(yīng)容量的約束；虛擬電廠輸出功率的上下限約束；虛擬電廠功率上調(diào)、下調(diào)備用的上下限約束；虛擬電廠功率上調(diào)、下調(diào)備用的可靠性分布魯棒機(jī)會(huì)約束。

15、進(jìn)一步地，步驟(4.4)建立電力系統(tǒng)的線路潮流約束包括：首先，建立電力系統(tǒng)的線路潮流模型；然后，基于所述線路潮流模型建立所述線路潮流約束，以保證線路潮流在潮流上限和潮流下限之間的概率在設(shè)定的范圍內(nèi)；

16、步驟(4.5)中建立電力系統(tǒng)的頻率安全約束包括：由所述頻率安全指標(biāo)得到電力系統(tǒng)的頻率最低點(diǎn)安全閾值，并限制電力系統(tǒng)頻率在功率損失擾動(dòng)下不低于所述頻率最低點(diǎn)安全閾值；限制電力系統(tǒng)的總慣量不低于頻率變化率安全閾值所對(duì)應(yīng)的慣量水平；約束電力系統(tǒng)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)頻率偏差。

17、進(jìn)一步地，步驟(5)具體包括：(5.1)基于所述優(yōu)化調(diào)度模型的約束中存在的隨機(jī)變量的歷史數(shù)據(jù)，求解不確定性概率分布的矩信息，并構(gòu)建隨機(jī)變量概率分布的模糊集；(5.2)將由模糊集描述的含不確定性向量的分布魯棒機(jī)會(huì)約束轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)形式，得到非凸的分布魯棒機(jī)會(huì)約束；(5.3)基于不等式近似，將步驟(5.2)得到的所述非凸的分布魯棒機(jī)會(huì)約束重整為凸的線性約束或二階錐約束；(5.4)利用求解器求解含有所述凸的線性約束或二階錐約束的優(yōu)化調(diào)度模型，得到虛擬電廠的調(diào)度指令。

18、本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果體現(xiàn)在：

19、1）本發(fā)明的優(yōu)化調(diào)度模型可以使虛擬電廠參與能量、慣量和備用市場(chǎng)，聚合并利用分布式源荷資源的靈活性；

20、2）本發(fā)明的電力系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型，考慮了負(fù)荷阻尼、調(diào)頻響應(yīng)死區(qū)等條件建立頻率安全約束，具有更高的準(zhǔn)確性；

21、3）本發(fā)明基于分布魯棒機(jī)會(huì)約束優(yōu)化方法不依賴不確定性的概率信息，相比于魯棒優(yōu)化方法有更好的經(jīng)濟(jì)性，相較于基于場(chǎng)景的不確定性優(yōu)化方法有更高的計(jì)算效率，可以通過優(yōu)化調(diào)度使同步發(fā)電機(jī)和虛擬電廠補(bǔ)償新能源輸出功率的不確定性，提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。