虚拟电厂动态划分提升新能源并网消纳方法研究

Aiming at the long exist problem that wind and photovoltaic power in high penetration area cannot be large-scale integrated and consumed, considering the output power of new energy power plants wide area time-space coupling characteristics, a virtual power plants dynamic partitioning method to aggregate new energy power plants, hydropower/thermal-power units, and energy storage devices together is proposed to improve the new energy integration and consumption. The relative key issues include: Study the principle that enhancing the new energy integration and consumption through orderly aggregation; Propose the relative dynamic partition method including its gist and period; Research the energy cooperative control method within virtual power plant, among virtual power plants, and during virtual power plant dynamic adjustment whose targets are maximum new energy consumption, best carbon emission income, lowest power grid operating cost and smallest load loss. Study the relative benefit and risk assessment method, explore the risks and benefit compromise method based on the game theory. The research result can provide some theoretical and technological support to China’s new energy integration consumption.

针对我国长期存在的新能源高渗透率区域风电、光伏等难以大规模并网消纳的问题，在综合考虑广域新能源电厂出力具有的时变耦合特性的基础上，提出一种虚拟电厂动态划分提升新能源并网消纳的方法：将电网内的新能源电厂、水电与火电机组、储能装置分时段电气聚合，得到若干个综合出力比拟常规电源技术特征的虚拟电厂，以此参与电网调度，提升新能源并网消纳。所涉及的关键问题包括：揭示广域新能源电厂有序聚合提升其并网消纳的机理；研究以提升新能源并网消纳为目标的虚拟电厂动态划分方法，包括划分的依据与划分的周期；以新能源尽可能消纳、碳排放交易收益最大、电网运行成本最低、负荷损失率最低为目标，研究虚拟电厂内部各电源间、虚拟电厂/群间以及虚拟电厂动态调整期间的能量协调控制方法；研究虚拟电厂动态划分提升新能源并网消纳的效益与风险评估方法，探索效益与风险的博弈折衷方法。研究成果可为我国新能源并网消纳提供一定的理论与技术支持。

本项目针对新能源高渗透率区域风电、光伏等难以大规模并网消纳的问题，对比分析了不同季节各类型风电场与光伏电站出力间的时空耦合特征，揭示了新能源电厂分季节有序聚合构建虚拟电厂提升新能源消纳机理；考虑广域新能源电厂耦合特征的时变规律，构建虚拟电厂动态划分的数学模型，提出提升新能源并网消纳能力的虚拟电厂动态划分方法；在综合考虑新能源电厂出力不确定性、常规发电机组出力的可控能力以及储能装置运行状态的基础上，提出虚拟电厂内部、虚拟电厂与系统间协调优化控制策略；建立虚拟电厂运行可靠性、灵活性和综合效益评估模型，综合分析虚拟电厂对提升新能源消纳和电网安全稳定运行的作用。项目研究延拓了虚拟电厂传统概念及技术，提出电源侧构建虚拟电厂提升新能源并网消纳方法，为加速破解我国新能源高渗透率区域弃风、弃光问题提供了一条可行的技术路线。项目主要研究成果如下：.1.在虚拟电厂动态划分方法方面，分别提出：考虑电网广义旋转备用响应能力的虚拟电厂动态划分方法、计及新能源可靠性的虚拟电厂动态聚合方法、基于风光出力相关性判别的虚拟电厂动态划分方法。.2.在含虚拟电厂电网协调优化调度方面，分别提出：基于风光火储多源互补特性的虚拟电厂优化调度策略、计及虚拟电厂并网辅助服务费用的区域电网双层递阶优化调度方法、考虑用户侧需求响应的虚拟电厂优化调度方法。