方嵩贺 怡刘劲

摘要：本文以虚拟电厂智能调控现状为基础，采用混合整数二次规划对虚拟电厂进行智能调控的优化，分析风力发电、燃气发电、光伏发电和储能装置之间的关系。同时，整合各个智能调控环节中的数据，实现虚拟电厂的二次调控，解决其安全性、协调性差的问题，最大程度的满足市场对电能的需求，并提高虚拟电厂的市场竞争力。

关键词：混合整数二次规划;虚拟电厂;智能调控

虚拟电厂（Virtual Power Plant，简称VPP）作为可调节的分布式的电源系统，将储能装置、变流器和监控保护装置整合起来，依据负荷需求进行并网、孤岛运行模式的自由切换。但是，分布式电源比例的增加，会增加通讯成本，降低输、配电效率。如何协调大量不可控的分布式电源，降低分布式电源的随机性、波动性，是目前虚拟电厂亟待解决的难题[1]。本文以混合整数二次规划的方法，对分布式电源进行智能调控，提高电网的稳定性。

1 虚拟电厂的模式构建

1.1 发电出力电源的数学描述

发电出力电源包括：风力、光伏、燃气发电，具体内容如下：

1.1.1 风力发电描述

1.1.3 燃气发电描述

小型燃气发电机属于污染小、噪音小的清洁能源，可以进行冷、热联供的分布式发电。虽然燃气发电的输出功率相對较少，但可持续性强，占地面积小，也是重要的分布式电源。燃气发电要依据燃气的发电成本C（PMT），时间段燃气的输出P MT而定，并确定不同燃气发电机的调节系数a，b，c。

1.2 分布式发电调节因素的数学描述

虚拟发电厂进行智能调控的条件包括：储能装置、价格影响和负荷调节。

1.2.1 储能装置描述

虚拟发电厂对分布式调节的重要依据为存储能量的比例，放电时可以作为分布式电源使用，充电时可以作为分布式电网中的负荷使用。所以，储能不同状态的调节，是分布式电源智能调节的主要因素，其数学描述为：

1.3 约束条件

为了实现发电出力与发电条件因素之间的协调，更好的进行智能调控，需要对其各方面因素进行限制。

1.3.1储能装置限制条件

2 混合整数二次规划的运算步骤

由于虚拟电厂代理、资源利用属于不同的运营者，所以混合整数二次规划的目的是为了兼顾不同的利益者，构建出满足虚拟电厂内部灵活性资源集合需求的规划模型。其计算步骤如下：

2.1 明确目标

平衡电力输出，满足内部约束条件。虚拟电厂、分布式电源之间的电力平衡，主要是对各个约束条件进行分析，确定各项指标处于限制范围内。虚拟电厂智能调解目标的确立，是混合整数二次规划模型的最终结果，也是分布式电网智能调节的终极目标。

2.2 实现最大灵活性

资源整合灵活性的最大化。运营者、虚拟电厂的目标是为了获得较大的收益，降低智能调解过程中对电能的损耗，使得电能荷载与电能输出保持平衡。然而，由于市场需求、分配是电网功能变化等因素，虚拟电厂的电力输出与实际需求之间存在较大的误差，所以要对风力、光伏、燃气等分配是电网进行数学运算，找到其最大时间点与最小时间点，并与实际市场需求相匹配[3]。

2.3求得最优运算值

计算输电负载与供电平衡之间的关系，得到最优的运算值，其数学描述如下：

3 实际案例仿真分析

通过构建混合整数二次规划算法，要验证其对虚拟电厂智能调节的优化作用，具体内容如下：

3.1 案例概述

以A地区电网为例，其中，光伏发电板20块，风能电机5座，燃气发电机12组，储能装置6块（最大容量：4200J，最小容量：1200J），机组最大爬升力120kW，最小爬升力20kW。

3.2 输电平衡分析

针对不同时间段，虚拟电厂出力与实际电能需求之间的关系进行仿真分析，分析结果如图1所示。

通过上述分析可知，不同时间段的虚拟电厂输出结果与实际电能输出之间融合性较好，说明电能整体输出比较稳定。当实际电能需求发生较大变化时，虚拟电厂仍然保持比较平滑的输出结果，并未进行较大幅度的节能调整。同时，在应对外部需求发生巨大变化的情况，虚拟电厂仍然采用智能调解的作用，稳步提升电能输出，以保证各分布式电网输出功率的稳定，并协调储能装置进行电能需求补充，实现了智能化调解。由此可知，混合整数二次规划对虚拟电厂的智能调节作用明显，所以满足不同情况下的节能需求。

3.3 智能化预测

混合整数二次规划对虚拟电厂智能调节具有预测作用，提前对智能电网的负荷进行预测，及时对内部电网、储能装置、约束条件进行分析，以应对外部突然变化的环境（市场价格、实际需求等）对电能输出的影响，提高虚拟电厂运行的稳定性.智能电网可以提前对实际需求进行预测，在不断变化的智能需求条件下，保障自身电能输出稳定，降低不稳定因素对电能输出的影响。另外，虚拟电厂可以在外部市场需求的情况下，依据市场价格、电网潮流变化，进行提前的负荷预测，说明混合整数二次规划可以应对多种极端环境（0需求，最大输电需求）。

4 结束语

本文在分析虚拟电厂结构的情况下，结合虚拟电厂的限制条件，进行智能化的调节。先对风力发电、光伏发电、燃气发电等分布式电源进行数学描述，并对储能、灵活性等影响因素进行数学描述，并构建相应的约束条件，以保障输出结果的准确性。利用MATLAB仿真分析，以及Fortuny-Amat等软件进行验证分析。验证结果显示：混合整数二次规划对虚拟电厂的输电平衡具有智能调节作用，该规划方法还能对虚拟电厂进行智能预测，满足多种极端环境下的输电平衡要求。总之，混合整数二次规划对虚拟电厂的智能调节作用明显。

参考文献

[1]陈雯，孙荣峰，邱靖等，考虑电池寿命的虚拟电厂调频竞标模型及合作利润分配策略[J].全球能源互联网，2020，3（04）：374-384.

[2]孟月，张宏立.虚拟电厂配电网复杂网络的能效分析研究[J].电测与仪表，2020，57 （16）：33-38.

[3]Andrew Mears.James Martin分布式能源管理中完全灵活的负荷——虚拟电厂中太阳能光伏、电池、负荷和价值叠加[J].Engineering.

2020，6 （07）：7 36-7 38.

作者简介

方嵩（1977-），男，广东省普宁市人。大学本科学历。高级工程师。研究方向为电网运行与控制。

贺怡（198 3一），女，江西省永新县人。大学本科学历，高级工程师。研究方向为电力系统及调度自动化。

刘劲（1988-），男，广东省茂名市人。工程师。研究方向为电网运行与控制。