计及多能互补与共享储能的虚拟电厂双层优化调度
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摘要
为探究如何提高共享储能电站参与低碳调度的能力，针对传统储能存在利用率低、成本高的问题，提出虚拟电厂（Virtual Power Plant， VPP）与共享储能电站协同运行的低碳调度策略.首先，建立含有共享储能的多VPP框架，并从冷、热、电三个维度构建设备模型.然后，提出一种考虑碳排放的动态电价与共享储能联合的多VPP双层优化调度策略：上层以多VPP的运行成本最低为目标，综合考量VPP与共享储能电站的交互和机组出力，得到系统的碳量比例，为下层调度提供指导电价;下层以共享储能电站的收益最大为目标，在上层电价的指导下，引导其为多VPP服务;以上层成本减下层收益最小为收敛目标，利用纵横交叉算法求解最终调度策略.最后，算例仿真结果表明，动态电价策略可以在降低整个系统的碳排放量的同时提高共享储能电站的充放电收益.
关键词
虚拟电厂;共享储能;双层优化;动态电价
中图分类号 TM73
文献标志码 A
资助项目 福建省自然科学基金（2023J01951） 作者简介
刘佳静，女，硕士，助理工程师，主要从事电力设备运行及检修工作.1104761596@qq.com
0 引言
随着“双碳”目标的提出，构建新型电力系统成为推动能源结构低碳化、清洁化转型的重要途径 [1] .高比例新能源的不确定性对电力系统的安全运行带来挑战 [2-3] ，虚拟电厂（Virtual Power Plant， VPP）结合“源-荷-储”等灵活性资源，有利于资源整合与可再生能源消纳.
目前，有大量学者对 VPP 技术进行研究，VPP 已经成为新型电力系统调度领域不可或缺的分支.文献[4]以考虑 VPP 的配电网为主体，提出日前-实时两阶段调度策略，改善 VPP 的市场竞争力与配网的灵活运行.文献[5]从 VPP 单一角度出发，主要研究 VPP 内部单元的协调运行与其整体参与电力市场的问题.文献[6]建立了电力市场环境下考虑电价、风电不确定性以及环境成本的 VPP 鲁棒随机竞标模型.文献[7]综合利用 5G 基站的经济优势与储能电池来提高 VPP 对新能源的消纳水平与减少单日运行成本，在一定程度上也可提升储能电池的运行寿命.文献[8]建立含有多类别柔性负荷与分布式能源的技术型虚拟电厂，利用灵活性资源同时满足配电网运行的灵活性与经济性.上述文献都阐释了 VPP 在整合与调度多异质能源方面具有优越性，其中，储能电池付出了巨大贡献，但是单一储能的经济性与使用效率不高，广泛使用成本较高[9].
针对上述传统储能存在的低利用率以及高成本的问题，有些学者根据共享经济的概念，提出共享储能服务模式，并将其应用于能源互联网.文献[10-11]以含有共享储能电站的多微网系统为研究对象，采用纳什均衡理论建立多主体的能量交易模型来实现多微网整体收益最大的目的.文献[12]以不同类型的工业用户为对象，通过对比一体化储能配置与分散式共享储能系统配置对系统运行成本与灵活性的影响，发现分散式共享储能能为工业用户获得更大的经济效益.文献[13-14]通过研究共享储能的拍卖机制来提高储能电站的资源利用率并降低用户使用储能电站的服务费，实现利益相关体共赢的局面.上述文献的着重点都在含有共享电站的多主体的利益分配，尚存在以下研究不足：1）以博弈论为基础的博弈模型解决的是最后多利益相关体的利润分配，未对定价方面进行深入研究;2）大部分研究从经济性出发，未挖掘储能电站本体对整个系统的降碳潜力.
针对以上问题，本文首先建立了含有共享储能的多 VPP 框架，并从冷、热、电三个维度构建设备模型.其次，提出一种考虑碳排放的动态电价与共享储能联合的多 VPP 双层优化调度策略： 上层以多 VPP 的运行成本最低为目标， 下层以共享储能电站的收益最大为目标， 然后， 以上层成本减下层收益最小为收敛目标， 利用纵横交叉算法求解最终调度策略. 最后， 对所建系统存在的不确定性因素进行灵敏度分析， 验证所提动态电价机制的有效性.
1 多 VPP 与共享储能模型
本文构建的多 VPP 系统主要包含冷、热、电负荷， 各 VPP 不仅可以直接与电网进行交互， 不同 VPP 之间还能传输能量. 上层 VPP 主要包含天然气网、电网、冷网与热网. 其中： 电负荷主要由共享储能电站 [15-16] 、燃气轮机（Gas Turbine， GT）、风电（Wind Turbine， WT）、光伏（Photovoltaic， PV）、其他 VPP 以及上级电网供能；冷负荷主要由吸收式制冷机（Absorption Chiller， AC）、电制冷机（Electric Chiller， EC）供能；热负荷主要由余热锅炉 [17] （Waste Heat Boiler， WHB）与燃气锅炉（Gas-fired Boiler， GB）供能。（剩余15180字）