调峰型电采暖虚拟电厂优化配置方法.docx

随着我国实施双碳计划的深入推进，风力发电装置在我国北方地区的应用已逐渐普及。然而，在冬季时期，这些风力发电装置往往面临外送困难的问题。为更好地利用电采暖负荷的灵活性、可调性，本文提出一种新型电采暖聚合型虚拟电厂调峰经济优化配置方法。该方法不仅能够有效保证电力系统的可靠性和稳定性，而且能够使电采暖负荷能主动参与电网运行调控，并以更加经济、合理的方式来解决北方地区电采暖大规模化驾驭电网调峰的难题。具体而言，本文首先对电采暖聚合型虚拟电厂的管理架构和互动机制进行深入分析。通过将电采暖负荷聚合，形成虚拟电厂，以更好地协调电力系统和终端用户之间的关系，实现供需平衡，提高电能利用效率和智能化。此外，为充分利用电采暖负荷的灵活可调控性能，本文提出了一种考虑用户差异化需求的电采暖负荷需求响应模型，并建立了虚拟电厂期望经济效益最大的经济优化配置模型，以实现对电采暖负荷的有效调控。经计算结果表明，该方法在满足不同用户需求的情况下，能够实现经济合理的电力供应，同时也使得电采暖负荷可成功参与电网的调峰过程。综上，本文提出的聚合型电采暖虚拟电厂调峰经济优化配置方法，通过充分利用电采暖负荷的灵活可调控性能，实现电采暖负荷参与电网调峰的现实问题。关键词：虚拟电厂；电网调峰；用能差异化；经济优化配置模型；粒子群算法;AbstractWiththedeepeningofChina'simplementationofthedual-carbonplan,theapplicationofwindpowergenerationdevicesinnorthernChinahasgraduallybecomepopular.However,thesewindpowergenerationdevicesoftenfacedifficultieswithexternalpowertransmissionduringthewinterseason.rIbbetterutilizetheflexibilityandadjustabilityofelectricheatingloads,thispaperproposesanewtypeofelectricheatingaggregation-basedvirtualpowerplantpeakshavingandeconomicoptimizationconfigurationmethod.Specifically,thispaperfirstconductsanin-depthanalysisoftheinteractivemechanismandmanagementarchitectureoftheelectricheatingaggregation-basedvirtualpowerplant.Byaggregatingelectricheatingloadstoformavirtualpowerplant,therelationshipbetweenthepowersystemandenduserscanbebettercoordinatedtoachievesupply-demandbalanceandimprovetheefficiencyandintelligenceofelectricenergyutilization.Inaddition,tofullyutilizetheflexibleandcontrollableperformanceofelectricheatingloads,thispaperestablishesanelectricheatingloaddemandresponsemodelthatconsidersdifferentiatedenergydemands.Then,thispaperestablishesaneconomicoptimizationconfigurationmodelwiththemaximumexpectedeconomicbenefitsofthevirtualpowerplantasthetargettoeffectivelycontrolelectricheatingloads.Thecalculationresultsshowthatthismethodcanachieveeconomicallyreasonablepowersupplyunderdifferentuser-differentiateddemands,andsuccessfullyinvolveelectricheatingloadsinthepowergridpeakshavingprocess.Insummary,thispaperproposesanelectricheatingaggregation-basedvirtualpowerplantpeakshavingandeconomicoptimizationconfigurationmethod,whichsolvesthepracticalproblemofelectricheatingloadsPartiCiPatinginpowergridpeakregulationbyfullyutilizingtheflexibleandcontrollableperformanceofelectricheatingloads.Keywords:VirtualPowerPlant;GridPeakRegulation;DifferentialEnergyUtilization;EconomicOptimizationConfigurationModel;ParticleSwarmAlgorithm.摘要IAbstractII第1章绪论4Ll选题背景及其意义41.2 国内外研究现状51.2.1 虚拟电厂技术51.2.2 虚拟电厂经济优化配置方法61.2.3 电采暖负荷控制建模方法71.3 本文研究的主要内容8第2章基于电采暖模型的VPP需求侧响应激励策略102.1 电采暖型虚拟电厂互动机制与管理架构102.2 单个电采暖负荷热动态模型122.3 考虑人体舒适度的建筑内设定温度计算122.4 考虑用能差异化的电采暖负荷激励策略14第3章考虑用能差异化的虚拟电厂经济优化配置方法163.1 VPP日前经济优化配置模型163.2 VPP日前经济优化配置模型约束条件173.2.1 负荷侧约束183.2.2 VPP功率平衡约束183.3.3VPP调峰约束19第4章模型求解方法与算例分析204.1 粒子群算法概述204.2 模型求解步骤分析214.3 算例分析224.4 结果分析244.4.1 不同类型电采暖可调控容量分析244.4.2 虚拟电厂配置优化结果25设计总结与存在的问题27参考文献31致谢错误!未定义书签。附录错误!未定义书签。第1章绪论1.1 选题背景及其意义近年来，全球变暖加速，导致极端天气频率的增加。如何实现经济清洁低碳发展、完善环境和气候治理已经成为各国面临的共同课题。早在本世纪初，中国已将实现节能减排和可持续发展列入基本国策。而2020年9月，中国进一步制定了碳排放控制的具体时间表，提出了惊人的宏伟目标：到2030年碳排放预计实现峰值，到2060年预计达到碳中和，彰显我国面对气候之变化所展现的大国担当，也传递了践行人类命运共同体理念的坚定决心。虚拟电厂作为起源于欧美的一种灵活高效的智能能源管理形式，已经出现了20多年。其核心思想是通过聚集分散的用户群体，在电网和用户之间建立组织连接，为负荷侧资源参与电力市场提供一套创新的商业模式。虚拟电厂发电厂的聚集不再依赖自上而下的行政指令，这一变化对中国新一轮电力体制改革具有重要意义。虚拟电厂能够评估负荷侧资源对电网的贡献，并刺激输电，同时也能作为一种面向用户的智能能源管理模式，满足当前电力系统改革和数字化智能电网建设转型的需要。在未来，虚拟电厂将结合双碳目标和新电力系统建设过程，不断丰富自身应用场景。目前，我国的河北北部、上海、江苏、广东等省市已按照各自重点发展分布式柔性资源，实施了一些虚拟电厂试点项目，为虚拟电厂技术规范、实施方案、配套市场规则等方面积累了多年宝贵经验。作为一种面向用户的智能能源管理模式，虚拟电厂能够满足当前电力系统改革和数字化智能电网建设转型的需求，未来还将结合双碳目标和新电力系统建设过程，不断丰富自身应用场景。在北方地区，电采暖装置的广泛使用为大规模电采暖负荷的能耗弹性提供了巨大的需求侧响应潜力，成为具有重要可控负荷资源的代表。未来的“十四五”期间，我国高峰负荷趋势将越来越明显，因此迫切需要大力挖掘和充分利用需求侧资源，以实现填谷削峰、进一步缓解电力系统供需矛盾和促进清洁能源消纳。为了充分利用电热负荷的可调节能力，将异构的、地理分布的电热负荷聚合为一个虚拟电厂(VPP)是一个有效组织形式。实施能源聚合和资源管控能够充分参与负荷侧资源的电网调峰，但是根据电热负荷的调节特点，迫切需要探索有效的虚拟电厂经济调节方法，以实现调峰负荷的目标。因此，在未来的发展过程中，需要进一步加强虚拟电厂的技术研究和市场建设，探索更加成熟和完善的调峰负荷经济调节机制，为电力行业的可持续发展做出贡献。1.2 国内外研究现状随着我国分布式新能源机组快速发展和电力市场化改革进程不断深入，虚拟电厂逐渐受到各方重视。本节从虚拟电厂技术，虚拟电厂经济优化配置及电采暖建模方法三个方面介绍国内外研究现状。1.2.1 虚拟电厂技术（1）虚拟电厂的概念智能电网技术以及能源互联网技术的迅猛发展，将分布式可再生能源以及需求响应资源融入电网运营与规划，成为电力行业发展的一种不可忽视的主流趋势。为了充分挖掘分布式可再生资源以及负荷侧资源的潜力，许多学者们已经开始着手尝试将地理位置分散、类型种类繁多的分布式新能源机组、用户负荷、储能装置，以及传统机组等整合为一个整体，从而参与到电力系统的运行中。ShimonAwerbuch教授在其1997年出版的著作中，提出了虚拟公共设施的定义：“以市场利益为驱动的互不统属的实体之间的灵活合作。且各实体不必拥有相应的资产，就可以方便地提供高效服务给电力用户”。虚拟电厂概念就是基于虚拟公共设施这一概念而诞生的。目前，国内外的学者们分别提出了不同的定义方式，具体概念阐述有以下几种方式：1）虚拟电厂是一种实体，将小型分布式发电机组聚合起来。在实际电力系统运行中，虚拟电厂等效于单个整体电厂运行，其网侧等效运行参数由各分布式整合而得，电网对各分布式机组的影响叠加等效为对该虚拟电厂的影响。2）虚拟电厂是一种机构，将给定区域内的传统电厂、储能设施、可调节负荷以及分布式发电机组聚合，并通过控制中心合并为一个整体以参与电力系统的运行以及电力市场的交易。3）虚拟电厂是一种需求侧管理方式，通过在用户侧安装智能量测与控制装置，并保证用户体验与用电方式的前提下，对终端负荷的用电行为进行调节。从而达到与新建集中式发电厂类似的效果虚拟电厂的概念常常被误认与传统的微网概念相混淆。微网是由分布式电源、储能设施、负荷、能量管理器、潮流控制器、保护协调器等组成的微型发配电系统，具有分散供电的特点。与虚拟电厂相似，微网能够集成分布式电源、储能设施等，并对系统内部进行自动化控制、管理和保护。但是微网和虚拟电厂之间存在以下区别：1）运行模式不同：虚拟电厂始终保持与主网连接的状态，在内部机组出力过剩时向外界输出电能，在内部负荷过高时从外界输入电能；而微网既可以选择与外部电网连接，作为外部配置系统的受控单元，又可以关闭公共耦合开关，在满足功率平衡要求及电能质量要求的情况下，作为独立孤岛单独运行。2）装置分布不同：虚拟