中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在當(dāng)今的電力行業(yè)，新能源發(fā)展勢(shì)頭迅猛，但大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)，就像給電網(wǎng)帶來(lái)了一場(chǎng) “隨機(jī)波動(dòng)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(shí)而多時(shí)而少，這讓電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行頭疼不已。為了解決這個(gè)難題，“虛擬電廠” 應(yīng)運(yùn)而生。今天咱們就一起來(lái)深入了解下，虛擬電廠是怎么借助分時(shí)電價(jià)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)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(gè)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(chǔ)能系統(tǒng)、可控負(fù)荷等聚合在一起，進(jìn)行統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)運(yùn)行。這樣一來(lái)，就把新能源發(fā)電的不穩(wěn)定問(wèn)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(gè)比方，虛擬電廠就像一個(gè)交響樂(lè)團(tuán)的指揮，各個(gè)分布式電源是樂(lè)團(tuán)里的樂(lè)器手。每個(gè)樂(lè)器手（分布式電源）單獨(dú)演奏（發(fā)電）時(shí)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(lè)（穩(wěn)定供電）。
分時(shí)電價(jià)：虛擬電廠的 “賺錢密碼”
大家都知道，電在不同時(shí)間段的價(jià)格不一樣，這就是分時(shí)電價(jià)。在用電低谷期，電價(jià)便宜；用電高峰期，電價(jià)就貴。對(duì)于虛擬電廠來(lái)說(shuō)，分時(shí)電價(jià)可是個(gè) “寶藏”。
實(shí)施分時(shí)電價(jià)后，虛擬電廠的可控電源會(huì)根據(jù)電價(jià)來(lái)調(diào)整發(fā)電計(jì)劃。當(dāng)可控電源發(fā)電成本高于分時(shí)電價(jià)時(shí)，發(fā)電就不劃算了，虛擬電廠就會(huì)安排它停機(jī)，避免增加發(fā)電成本。就好比你去市場(chǎng)買菜，發(fā)現(xiàn)今天菜價(jià)太貴，比自己種還貴，那肯定就不買了。
儲(chǔ)能系統(tǒng)在分時(shí)電價(jià)策略里也發(fā)揮著大作用。它可以在電價(jià)低的時(shí)候 “囤電”，把配電網(wǎng)低價(jià)的電量?jī)?chǔ)存起來(lái)，等到電價(jià)高的時(shí)候再把電賣出去，從中賺取差價(jià)。這就像我們?cè)谏虉?chǎng)打折的時(shí)候囤貨，等漲價(jià)了再賣，就能賺一筆。所以，分時(shí)電價(jià)激勵(lì)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(jì)效益。
虛擬電廠的 “經(jīng)濟(jì)賬”：優(yōu)化調(diào)度模型
為了在分時(shí)電價(jià)機(jī)制下賺更多錢，虛擬電廠得精心算一筆 “經(jīng)濟(jì)賬”，這就有了基于分時(shí)電價(jià)的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化調(diào)度模型。這個(gè)模型以各時(shí)段內(nèi)虛擬電廠獲得收益最大為目標(biāo)，同時(shí)考慮了好多成本因素，像各分布式能源運(yùn)行管理成本、燃?xì)廨啓C(jī)燃料成本，還有偏離出力計(jì)劃的懲罰成本等。
目標(biāo)函數(shù)的公式看起來(lái)有點(diǎn)復(fù)雜，但簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是用每個(gè)時(shí)段賣電的收入，減去運(yùn)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(gè)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(gè)天平，要保證虛擬電廠各部分的發(fā)電、儲(chǔ)能、用電等功率加起來(lái)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?xì)廨啓C(jī)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(chǔ)能電池也有各自的約束條件，比如抽水蓄能的庫(kù)容有限制，儲(chǔ)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(yùn)行。
虛擬電廠的運(yùn)行策略：分工明確，協(xié)同作戰(zhàn)
不可控 DG 運(yùn)行策略
風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電這些新能源，就像免費(fèi)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(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，充分發(fā)揮新能源的優(yōu)勢(shì)，既環(huán)保又省錢。
可控電源運(yùn)行策略
燃?xì)廨啓C(jī)作為可控電源，它的運(yùn)行策略很靈活。要是發(fā)電成本比售電電價(jià)還高，那發(fā)電就是虧本買賣，燃?xì)廨啓C(jī)就會(huì)選擇停機(jī)休息。相反，如果發(fā)電成本低于售電電價(jià)，燃?xì)廨啓C(jī)就會(huì)火力全開(kāi)地發(fā)電賺錢。要是不可控 DG 發(fā)電太多，儲(chǔ)能系統(tǒng)都裝不下了，燃?xì)廨啓C(jī)就會(huì)根據(jù)情況少發(fā)電，避免浪費(fèi)能源。
儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行策略
儲(chǔ)能系統(tǒng)就像一個(gè) “電力蓄水池”，負(fù)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(jì)劃出力有偏差時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)就會(huì)發(fā)電來(lái)補(bǔ)上缺口。如果偏差小，儲(chǔ)能電池自己就能搞定；要是偏差大，超出了水輪機(jī)最小出力，抽水蓄能和儲(chǔ)能電池就會(huì)聯(lián)合發(fā)電。反過(guò)來(lái)，不可控 DG 發(fā)電量超出計(jì)劃時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)就開(kāi)始儲(chǔ)能。偏差小的時(shí)候，儲(chǔ)能電池自己儲(chǔ)存多余電量；偏差大時(shí)，抽水蓄能和儲(chǔ)能電池就一起儲(chǔ)能。而且，抽水蓄能還會(huì)在分時(shí)電價(jià)谷段低價(jià)購(gòu)電儲(chǔ)能，在峰段高價(jià)售電，進(jìn)一步提高虛擬電廠的經(jīng)濟(jì)效益。
虛擬電廠的運(yùn)行流程是這樣的：先預(yù)測(cè)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(bào)次日的出力計(jì)劃；配電網(wǎng)確認(rèn)后，虛擬電廠再進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化調(diào)度，最終得出實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)度結(jié)果，讓整個(gè)運(yùn)行過(guò)程高效又合理。
算例分析：策略真有效，聯(lián)合更給力
為了驗(yàn)證這些策略和模型好不好用，作者進(jìn)行了詳細(xì)的算例分析。假設(shè)虛擬電廠由 5 個(gè) 220MW 風(fēng)電場(chǎng)、3 個(gè) 100MW 光伏發(fā)電場(chǎng)、100MW 燃?xì)廨啓C(jī)、150MW 的抽水蓄能以及 50MW 的儲(chǔ)能電池組成。
燃?xì)廨啓C(jī)出力系數(shù)分析
研究發(fā)現(xiàn)，燃?xì)廨啓C(jī)的出力系數(shù)對(duì)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(shí)，懲罰成本和凈效益都會(huì)改變。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)出力系數(shù)為 1 時(shí)，雖然懲罰成本和最佳值（0.76 時(shí)的懲罰成本）相差不大，但此時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)滿發(fā)，虛擬電廠的經(jīng)濟(jì)效益最好。從燃?xì)廨啓C(jī)的出力曲線可以看出，在晚上 23 點(diǎn)到早上 7 點(diǎn)這些時(shí)段，發(fā)電成本高于購(gòu)電電價(jià)，燃?xì)廨啓C(jī)就會(huì)停機(jī)，其他時(shí)段則按照運(yùn)行策略正常發(fā)電。這說(shuō)明虛擬電廠可以通過(guò)合理調(diào)整可控電源運(yùn)行策略，適應(yīng)分時(shí)電價(jià)環(huán)境，降低運(yùn)行成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
預(yù)測(cè)誤差對(duì)經(jīng)濟(jì)性影響分析
不可控電源的出力預(yù)測(cè)誤差也不容忽視。隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電平均絕對(duì)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(shí)，效益比原來(lái)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(cè)得越準(zhǔn)，虛擬電廠的經(jīng)濟(jì)效益就越好，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行也越有利。
抽水蓄能和儲(chǔ)能電池場(chǎng)景VPP經(jīng)濟(jì)性分析
觀察抽水蓄能和儲(chǔ)能電池的運(yùn)行情況發(fā)現(xiàn)，抽水蓄能在電價(jià)谷段積極蓄能，在峰段和平時(shí)段參與補(bǔ)償偏差、削峰填谷。儲(chǔ)能電池則全時(shí)段都在補(bǔ)償偏差。在燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)的時(shí)段，主要靠新能源和儲(chǔ)能電池供電，出力偏差較大；燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電時(shí)，新能源、燃?xì)廨啓C(jī)一起供電，再加上抽水蓄能和儲(chǔ)能電池聯(lián)合運(yùn)行，出力偏差就變小了。從效益曲線來(lái)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(chǔ)能系統(tǒng)場(chǎng)景下 VPP 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析
對(duì)比無(wú)儲(chǔ)能系統(tǒng)、儲(chǔ)能電池單獨(dú)運(yùn)行、抽水蓄能單獨(dú)運(yùn)行以及兩者聯(lián)合運(yùn)行這 4 種場(chǎng)景，發(fā)現(xiàn)抽水蓄能和儲(chǔ)能電池聯(lián)合運(yùn)行效果最佳。聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，凈收益比無(wú)儲(chǔ)能系統(tǒng)高 706500 元，比只有儲(chǔ)能電池高 507200 元，比只有抽水蓄能時(shí)高 114500 元，而且懲罰成本降低了 567710 元。這是因?yàn)槌樗钅芎蛢?chǔ)能電池各有優(yōu)缺點(diǎn)，聯(lián)合運(yùn)行可以互補(bǔ)，抽水蓄能負(fù)責(zé)補(bǔ)償大出力偏差、參與削峰填谷，儲(chǔ)能電池補(bǔ)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(jì)效益和電能質(zhì)量。
結(jié)語(yǔ)：虛擬電廠前景無(wú)限
通過(guò)這一系列的研究和分析，可以看出基于分時(shí)電價(jià)的虛擬電廠運(yùn)行策略和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化調(diào)度模型效果顯著。虛擬電廠可以通過(guò)合理安排可控能源運(yùn)行策略、選擇合適的可控電源出力系數(shù)，有效降低運(yùn)行成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，不可控電源出力預(yù)測(cè)誤差對(duì)虛擬電廠經(jīng)濟(jì)性影響很大，精準(zhǔn)預(yù)測(cè)很關(guān)鍵。配電網(wǎng)分時(shí)電價(jià)激勵(lì)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(yùn)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(chǔ)能電池聯(lián)合運(yùn)行是個(gè)絕佳選擇，能讓虛擬電廠在經(jīng)濟(jì)收益和電能質(zhì)量上實(shí)現(xiàn)雙豐收。
未來(lái)，隨著新能源的不斷發(fā)展和電力市場(chǎng)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(lái)更穩(wěn)定、更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保的電力供應(yīng)。說(shuō)不定在不久的將來(lái)，虛擬電廠會(huì)成為電力行業(yè)的 “中流砥柱”，讓我們一起拭目以待！
