中國儲能網(wǎng)訊：隨著“雙碳”目標的提出，分布式資源潛力不斷被挖掘，能夠有效聚合分布式資源的虛擬電廠逐漸受到廣泛關(guān)注。虛擬電廠通過市場化交易保障供需平衡，為進一步提升電力保供能力，應(yīng)降低虛擬電廠的出力偏差并提高其風險控制水平。針對此問題，文章首先對虛擬電廠中分布式資源的特性進行分析；其次，基于條件風險價值理論和合作博弈理論，考慮虛擬電廠中分布式資源的出力偏差與風險控制，提出基于改進沙普利值法的虛擬電廠收益分配策略；最后，通過算例分析驗證所提收益分配策略的有效性。通過條件風險價值定量分析分布式資源在不同風險水平、出力偏差以及貢獻度場景下的虛擬電廠收益分配機制。算例分析表明，所提出的合作交易策略能夠提高分布式資源的收益，且能有效控制新能源出力偏差并平抑其參與市場的風險，在實現(xiàn)多方共贏的情況下提高電力系統(tǒng)的供應(yīng)能力。
研究背景
隨著“雙碳”目標的提出，全球能源供需關(guān)系和市場機制發(fā)生重要變革，分布式資源(distributed energy resources，DERs)作為一種重要的調(diào)節(jié)資源，在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中發(fā)揮重要作用。虛擬電廠(virtual power plant，VPP)能夠有效聚合源荷儲等分布式資源，提高電網(wǎng)運行的靈活性、安全性和穩(wěn)定性。2022年夏季，持續(xù)高溫干旱天氣使得四川水電發(fā)電能力斷崖式下降、全省用電需求激增，電力供需矛盾凸顯，而聚合DERs的VPP成為控制風險、控制出力偏差以及解決電力供需不平衡等問題的關(guān)鍵。
同時，隨著我國電力市場改革的深入，利用虛擬電廠對分布式發(fā)電 (distributed generation，DG)、儲能(energy storage，ES)、可調(diào)負荷等DERs進行聚合參與電力交易，能夠通過降低DG的出力波動性與不確定性為負荷提供持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng)，進而降低DERs并網(wǎng)產(chǎn)生的風險，充分發(fā)揮DERs的潛力，實現(xiàn)資源的有效配置，提升電力保供能力。
在VPP與DERs協(xié)調(diào)運營方面，VPP可通過對DERs的聚合參與電力交易，從而通過合作的形式降低DG的出力偏差從而控制DERs參與市場的風險，優(yōu)化VPP的運營模式，進一步提高電力系統(tǒng)的供應(yīng)能力。雖然此類研究通過VPP運營調(diào)度策略有效解決了出力偏差的影響，但是未考慮在提升電力系統(tǒng)保供能力時保障DERs的收益。
此外，有文獻聚焦于DERs之間的合作與互動實現(xiàn)虛擬電廠參與電力交易，基于VPP參與市場時風險與收益的關(guān)系，通過確定DERs參與市場的策略避免風險提高收益。然而，雖然此類研究為VPP的運營策略提供了理論支持，能夠有效避免風險提高收益，但未建立合理的收益分配機制保證各主體收益分配的公平性，不利于各DERs之間建立長久穩(wěn)定的合作關(guān)系。
綜上所述，現(xiàn)有研究主要從虛擬電廠的運營管理策略與調(diào)度優(yōu)化方面對DERs的潛力進行挖掘，通過提出應(yīng)對出力偏差的投標模型、DERs聚合互動模式以及應(yīng)對風險的市場策略來解決出力偏差并避免風險，但是從收益分配角度考慮新能源的出力偏差和市場交易風險因素對虛擬電廠運營機制的研究涉及較少。
研究思路
本文在考慮出力偏差和風險控制的情況下基于條件風險價值理論設(shè)計了一種收益分配機制促使DERs合作參與市場，該機制考慮了DERs的風險效用、DG出力偏差以及運營商收益貢獻度的影響，體現(xiàn)了付出與收益成正比的思想，在一定程度上能夠促進VPP中DERs提高預測自身出力曲線的準確性和參與市場的積極性，并采用合作策略緩解DERs間的競爭關(guān)系和參與市場交易所承受的風險，從而提升電力保供能力。
本文結(jié)合合作博弈與條件風險價值理論建立考慮出力偏差和風險控制的VPP收益分配機制。首先，分析DERs特性及VPP運營機制；其次，探究DERs的合作策略，使DERs之間實現(xiàn)優(yōu)勢融合；然后，考慮出力偏差與風險控制，基于條件風險價值理論以及修正系數(shù)改進傳統(tǒng)沙普利值法，構(gòu)建虛擬電廠收益分配機制，綜合考慮多因素保障收益分配機制的合理性；最后，通過算例分析驗證該機制的有效性。
結(jié)論
本文在考慮出力偏差和風險控制等因素的影響下，采用條件風險價值理論和合作博弈理論設(shè)計了一種虛擬電廠收益分配機制，旨在提高電力系統(tǒng)保供能力，最終根據(jù)模擬算例的結(jié)果有效驗證了如下結(jié)論：
1)通過建立虛擬電廠合作聯(lián)盟，可在一定程度上避免DERs運營商之間的競爭，降低DERs參與市場的不確定性風險。同時，基于條件風險價值理論利用改進沙普利值法建立收益分配機制，保障了DERs獲得收益的公平性，能夠促進新能源并網(wǎng)消納從而提高電網(wǎng)供應(yīng)能力。
2)DG的出力偏差將會影響VPP參與市場的策略。若實際功率偏差較大，將會導致VPP日后在制定投標策略時預留較大的可調(diào)空間，從而采取更加保守的市場策略，且由于出力偏差與合作聯(lián)盟收益呈反比，因此當出力偏差過大時參與者傾向于規(guī)避風險而非接受風險，即VPP合作聯(lián)盟將傾向于減小獲利以避免風險。然而保守的策略不僅會導致棄風棄光等現(xiàn)象，也會影響DERs的收益，因此本文基于DG出力偏差的影響提出VPP合作策略及其收益分配機制，促使DERs之間平抑偏差并提高預測準確度，從而保障VPP有效穩(wěn)定地運營。
3)由于DERs對風險的接受程度不同，本文考慮參與者的風險效用和收益貢獻度建立對沖機制，以此控制DERs參與市場的風險，證明通過該收益分配機制可提高DERs參與市場的積極性和VPP聯(lián)盟的穩(wěn)定性，從而確保電力系統(tǒng)保供能力提升。
未來，在能源行業(yè)的變革和技術(shù)進步的背景下，可詳細分析包含市場風險、技術(shù)風險和運營風險等多類型交易風險對虛擬電廠的影響，并考慮綠色低碳、能量和安全等多方面價值進一步改進虛擬電廠的收益分配策略。
