中國儲能網(wǎng)訊：在當(dāng)今的電力行業(yè)，新能源發(fā)展勢頭迅猛，但大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)，就像給電網(wǎng)帶來了一場 “隨機波動風(fēng)暴”。以風(fēng)電、光伏發(fā)電為代表的分布式電源，雖然環(huán)保又有潛力，可它們的發(fā)電不穩(wěn)定，時而多時而少，這讓電網(wǎng)調(diào)度運行頭疼不已。為了解決這個難題，“虛擬電廠” 應(yīng)運而生。今天咱們就一起來深入了解下，虛擬電廠是怎么借助分時電價，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化，還能提高電能質(zhì)量的。
虛擬電廠：新能源的 “穩(wěn)定器”
虛擬電廠并不是真正意義上的發(fā)電廠，它更像是一個能源 “大管家”。它把地域分散、類型多樣的分布式電源，比如風(fēng)電、光伏，還有儲能系統(tǒng)、可控負荷等聚合在一起，進行統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)運行。這樣一來，就把新能源發(fā)電的不穩(wěn)定問題給 “馴服” 了，不僅能充分發(fā)揮分布式電源的效益，還提高了供電可靠性，讓我們用電更穩(wěn)定。打個比方，虛擬電廠就像一個交響樂團的指揮，各個分布式電源是樂團里的樂器手。每個樂器手（分布式電源）單獨演奏（發(fā)電）時可能節(jié)奏不太一致，但在指揮（虛擬電廠）的協(xié)調(diào)下，就能演奏出和諧美妙的音樂（穩(wěn)定供電）。
分時電價：虛擬電廠的 “賺錢密碼”
大家都知道，電在不同時間段的價格不一樣，這就是分時電價。在用電低谷期，電價便宜；用電高峰期，電價就貴。對于虛擬電廠來說，分時電價可是個 “寶藏”。
實施分時電價后，虛擬電廠的可控電源會根據(jù)電價來調(diào)整發(fā)電計劃。當(dāng)可控電源發(fā)電成本高于分時電價時，發(fā)電就不劃算了，虛擬電廠就會安排它停機，避免增加發(fā)電成本。就好比你去市場買菜，發(fā)現(xiàn)今天菜價太貴，比自己種還貴，那肯定就不買了。
儲能系統(tǒng)在分時電價策略里也發(fā)揮著大作用。它可以在電價低的時候 “囤電”，把配電網(wǎng)低價的電量儲存起來，等到電價高的時候再把電賣出去，從中賺取差價。這就像我們在商場打折的時候囤貨，等漲價了再賣，就能賺一筆。所以，分時電價激勵著虛擬電廠積極參與電網(wǎng)削峰填谷，降低發(fā)電成本，獲得更好的經(jīng)濟效益。
虛擬電廠的 “經(jīng)濟賬”：優(yōu)化調(diào)度模型
為了在分時電價機制下賺更多錢，虛擬電廠得精心算一筆 “經(jīng)濟賬”，這就有了基于分時電價的經(jīng)濟性優(yōu)化調(diào)度模型。這個模型以各時段內(nèi)虛擬電廠獲得收益最大為目標(biāo)，同時考慮了好多成本因素，像各分布式能源運行管理成本、燃氣輪機燃料成本，還有偏離出力計劃的懲罰成本等。
目標(biāo)函數(shù)的公式看起來有點復(fù)雜，但簡單來說，就是用每個時段賣電的收入，減去運行管理成本、能耗成本和懲罰成本，剩下的就是凈收益，虛擬電廠要做的就是讓這個凈收益最大。
這里面還有不少約束條件。功率平衡約束就像是一個天平，要保證虛擬電廠各部分的發(fā)電、儲能、用電等功率加起來是平衡的，不能這邊發(fā)電太多用不完，那邊又不夠用?？煽仉娫垂β始s束規(guī)定了像燃氣輪機這類可控電源的發(fā)電功率范圍，不能想發(fā)多少就發(fā)多少。抽水蓄能和儲能電池也有各自的約束條件，比如抽水蓄能的庫容有限制，儲能電池的電量、充放電功率也都有上下限。這些約束條件就像是游戲規(guī)則，讓虛擬電廠在合理的范圍內(nèi)運行。
虛擬電廠的運行策略：分工明確，協(xié)同作戰(zhàn)
不可控 DG 運行策略
風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電這些新能源，就像免費的 “能量寶藏”，虛擬電廠肯定要優(yōu)先利用。只要它們能發(fā)電，就盡量讓它們滿負荷運轉(zhuǎn)，充分發(fā)揮新能源的優(yōu)勢，既環(huán)保又省錢。
可控電源運行策略
燃氣輪機作為可控電源，它的運行策略很靈活。要是發(fā)電成本比售電電價還高，那發(fā)電就是虧本買賣，燃氣輪機就會選擇停機休息。相反，如果發(fā)電成本低于售電電價，燃氣輪機就會火力全開地發(fā)電賺錢。要是不可控 DG 發(fā)電太多，儲能系統(tǒng)都裝不下了，燃氣輪機就會根據(jù)情況少發(fā)電，避免浪費能源。
儲能系統(tǒng)運行策略
儲能系統(tǒng)就像一個 “電力蓄水池”，負責(zé)調(diào)節(jié)電力的余缺。當(dāng)不可控 DG 發(fā)電量不足，和計劃出力有偏差時，儲能系統(tǒng)就會發(fā)電來補上缺口。如果偏差小，儲能電池自己就能搞定；要是偏差大，超出了水輪機最小出力，抽水蓄能和儲能電池就會聯(lián)合發(fā)電。反過來，不可控 DG 發(fā)電量超出計劃時，儲能系統(tǒng)就開始儲能。偏差小的時候，儲能電池自己儲存多余電量；偏差大時，抽水蓄能和儲能電池就一起儲能。而且，抽水蓄能還會在分時電價谷段低價購電儲能，在峰段高價售電，進一步提高虛擬電廠的經(jīng)濟效益。
虛擬電廠的運行流程是這樣的：先預(yù)測不可控 DG 次日出力，得到出力曲線；然后綜合考慮各種因素，優(yōu)化并申報次日的出力計劃；配電網(wǎng)確認后，虛擬電廠再進行經(jīng)濟性優(yōu)化調(diào)度，最終得出實時優(yōu)化調(diào)度結(jié)果，讓整個運行過程高效又合理。
算例分析：策略真有效，聯(lián)合更給力
為了驗證這些策略和模型好不好用，作者進行了詳細的算例分析。假設(shè)虛擬電廠由 5 個 220MW 風(fēng)電場、3 個 100MW 光伏發(fā)電場、100MW 燃氣輪機、150MW 的抽水蓄能以及 50MW 的儲能電池組成。
燃氣輪機出力系數(shù)分析
研究發(fā)現(xiàn)，燃氣輪機的出力系數(shù)對虛擬電廠的效益影響很大。當(dāng)出力系數(shù)在一定范圍內(nèi)變化時，懲罰成本和凈效益都會改變。經(jīng)過實驗，當(dāng)出力系數(shù)為 1 時，雖然懲罰成本和最佳值（0.76 時的懲罰成本）相差不大，但此時燃氣輪機滿發(fā)，虛擬電廠的經(jīng)濟效益最好。從燃氣輪機的出力曲線可以看出，在晚上 23 點到早上 7 點這些時段，發(fā)電成本高于購電電價，燃氣輪機就會停機，其他時段則按照運行策略正常發(fā)電。這說明虛擬電廠可以通過合理調(diào)整可控電源運行策略，適應(yīng)分時電價環(huán)境，降低運行成本，提高經(jīng)濟效益。
預(yù)測誤差對經(jīng)濟性影響分析
不可控電源的出力預(yù)測誤差也不容忽視。隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電平均絕對誤差增大，虛擬電廠的效益明顯減少，懲罰成本卻大幅增加。當(dāng)誤差增大到 1.5 倍時，效益比原來減少了 138600 元，懲罰成本增加了 74530 元。這清楚地表明，不可控電源出力預(yù)測得越準(zhǔn)，虛擬電廠的經(jīng)濟效益就越好，對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行也越有利。
抽水蓄能和儲能電池場景VPP經(jīng)濟性分析
觀察抽水蓄能和儲能電池的運行情況發(fā)現(xiàn)，抽水蓄能在電價谷段積極蓄能，在峰段和平時段參與補償偏差、削峰填谷。儲能電池則全時段都在補償偏差。在燃氣輪機停機的時段，主要靠新能源和儲能電池供電，出力偏差較大；燃氣輪機發(fā)電時，新能源、燃氣輪機一起供電，再加上抽水蓄能和儲能電池聯(lián)合運行，出力偏差就變小了。從效益曲線來看，在谷段凈效益少，峰段凈效益高。參與削峰填谷后，虛擬電廠凈效益明顯增加，配電網(wǎng)波谷差也降低了，這充分證明了虛擬電廠參與削峰填谷的積極作用。
4 種儲能系統(tǒng)場景下 VPP 經(jīng)濟性對比分析
對比無儲能系統(tǒng)、儲能電池單獨運行、抽水蓄能單獨運行以及兩者聯(lián)合運行這 4 種場景，發(fā)現(xiàn)抽水蓄能和儲能電池聯(lián)合運行效果最佳。聯(lián)合運行時，凈收益比無儲能系統(tǒng)高 706500 元，比只有儲能電池高 507200 元，比只有抽水蓄能時高 114500 元，而且懲罰成本降低了 567710 元。這是因為抽水蓄能和儲能電池各有優(yōu)缺點，聯(lián)合運行可以互補，抽水蓄能負責(zé)補償大出力偏差、參與削峰填谷，儲能電池補償小出力偏差，這樣就能兼顧兩者的局限性，讓虛擬電廠獲得更好的經(jīng)濟效益和電能質(zhì)量。
結(jié)語：虛擬電廠前景無限
通過這一系列的研究和分析，可以看出基于分時電價的虛擬電廠運行策略和經(jīng)濟性優(yōu)化調(diào)度模型效果顯著。虛擬電廠可以通過合理安排可控能源運行策略、選擇合適的可控電源出力系數(shù)，有效降低運行成本，提高經(jīng)濟效益。同時，不可控電源出力預(yù)測誤差對虛擬電廠經(jīng)濟性影響很大，精準(zhǔn)預(yù)測很關(guān)鍵。配電網(wǎng)分時電價激勵著虛擬電廠積極參與削峰填谷，讓分布式電源更好地融入電網(wǎng)運行。在大規(guī)模不可控新能源接入電網(wǎng)的情況下，抽水蓄能和小規(guī)模儲能電池聯(lián)合運行是個絕佳選擇，能讓虛擬電廠在經(jīng)濟收益和電能質(zhì)量上實現(xiàn)雙豐收。
未來，隨著新能源的不斷發(fā)展和電力市場改革的深入，虛擬電廠有望在電力系統(tǒng)中發(fā)揮更大的作用，為我們帶來更穩(wěn)定、更經(jīng)濟、更環(huán)保的電力供應(yīng)。說不定在不久的將來，虛擬電廠會成為電力行業(yè)的 “中流砥柱”，讓我們一起拭目以待！
