中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，分布式資源潛力不斷被挖掘，能夠有效聚合分布式資源的虛擬電廠逐漸受到廣泛關(guān)注。虛擬電廠通過市場化交易保障供需平衡，為進(jìn)一步提升電力保供能力，應(yīng)降低虛擬電廠的出力偏差并提高其風(fēng)險(xiǎn)控制水平。針對(duì)此問題，文章首先對(duì)虛擬電廠中分布式資源的特性進(jìn)行分析；其次，基于條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值理論和合作博弈理論，考慮虛擬電廠中分布式資源的出力偏差與風(fēng)險(xiǎn)控制，提出基于改進(jìn)沙普利值法的虛擬電廠收益分配策略；最后，通過算例分析驗(yàn)證所提收益分配策略的有效性。通過條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值定量分析分布式資源在不同風(fēng)險(xiǎn)水平、出力偏差以及貢獻(xiàn)度場景下的虛擬電廠收益分配機(jī)制。算例分析表明，所提出的合作交易策略能夠提高分布式資源的收益，且能有效控制新能源出力偏差并平抑其參與市場的風(fēng)險(xiǎn)，在實(shí)現(xiàn)多方共贏的情況下提高電力系統(tǒng)的供應(yīng)能力。
研究背景
隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，全球能源供需關(guān)系和市場機(jī)制發(fā)生重要變革，分布式資源(distributed energy resources，DERs)作為一種重要的調(diào)節(jié)資源，在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中發(fā)揮重要作用。虛擬電廠(virtual power plant，VPP)能夠有效聚合源荷儲(chǔ)等分布式資源，提高電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性、安全性和穩(wěn)定性。2022年夏季，持續(xù)高溫干旱天氣使得四川水電發(fā)電能力斷崖式下降、全省用電需求激增，電力供需矛盾凸顯，而聚合DERs的VPP成為控制風(fēng)險(xiǎn)、控制出力偏差以及解決電力供需不平衡等問題的關(guān)鍵。
同時(shí)，隨著我國電力市場改革的深入，利用虛擬電廠對(duì)分布式發(fā)電 (distributed generation，DG)、儲(chǔ)能(energy storage，ES)、可調(diào)負(fù)荷等DERs進(jìn)行聚合參與電力交易，能夠通過降低DG的出力波動(dòng)性與不確定性為負(fù)荷提供持續(xù)穩(wěn)定的電力供應(yīng)，進(jìn)而降低DERs并網(wǎng)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，充分發(fā)揮DERs的潛力，實(shí)現(xiàn)資源的有效配置，提升電力保供能力。
在VPP與DERs協(xié)調(diào)運(yùn)營方面，VPP可通過對(duì)DERs的聚合參與電力交易，從而通過合作的形式降低DG的出力偏差從而控制DERs參與市場的風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化VPP的運(yùn)營模式，進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)的供應(yīng)能力。雖然此類研究通過VPP運(yùn)營調(diào)度策略有效解決了出力偏差的影響，但是未考慮在提升電力系統(tǒng)保供能力時(shí)保障DERs的收益。
此外，有文獻(xiàn)聚焦于DERs之間的合作與互動(dòng)實(shí)現(xiàn)虛擬電廠參與電力交易，基于VPP參與市場時(shí)風(fēng)險(xiǎn)與收益的關(guān)系，通過確定DERs參與市場的策略避免風(fēng)險(xiǎn)提高收益。然而，雖然此類研究為VPP的運(yùn)營策略提供了理論支持，能夠有效避免風(fēng)險(xiǎn)提高收益，但未建立合理的收益分配機(jī)制保證各主體收益分配的公平性，不利于各DERs之間建立長久穩(wěn)定的合作關(guān)系。
綜上所述，現(xiàn)有研究主要從虛擬電廠的運(yùn)營管理策略與調(diào)度優(yōu)化方面對(duì)DERs的潛力進(jìn)行挖掘，通過提出應(yīng)對(duì)出力偏差的投標(biāo)模型、DERs聚合互動(dòng)模式以及應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的市場策略來解決出力偏差并避免風(fēng)險(xiǎn)，但是從收益分配角度考慮新能源的出力偏差和市場交易風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)虛擬電廠運(yùn)營機(jī)制的研究涉及較少。
研究思路
本文在考慮出力偏差和風(fēng)險(xiǎn)控制的情況下基于條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值理論設(shè)計(jì)了一種收益分配機(jī)制促使DERs合作參與市場，該機(jī)制考慮了DERs的風(fēng)險(xiǎn)效用、DG出力偏差以及運(yùn)營商收益貢獻(xiàn)度的影響，體現(xiàn)了付出與收益成正比的思想，在一定程度上能夠促進(jìn)VPP中DERs提高預(yù)測(cè)自身出力曲線的準(zhǔn)確性和參與市場的積極性，并采用合作策略緩解DERs間的競爭關(guān)系和參與市場交易所承受的風(fēng)險(xiǎn)，從而提升電力保供能力。
本文結(jié)合合作博弈與條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值理論建立考慮出力偏差和風(fēng)險(xiǎn)控制的VPP收益分配機(jī)制。首先，分析DERs特性及VPP運(yùn)營機(jī)制；其次，探究DERs的合作策略，使DERs之間實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)融合；然后，考慮出力偏差與風(fēng)險(xiǎn)控制，基于條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值理論以及修正系數(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)沙普利值法，構(gòu)建虛擬電廠收益分配機(jī)制，綜合考慮多因素保障收益分配機(jī)制的合理性；最后，通過算例分析驗(yàn)證該機(jī)制的有效性。
結(jié)論
本文在考慮出力偏差和風(fēng)險(xiǎn)控制等因素的影響下，采用條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值理論和合作博弈理論設(shè)計(jì)了一種虛擬電廠收益分配機(jī)制，旨在提高電力系統(tǒng)保供能力，最終根據(jù)模擬算例的結(jié)果有效驗(yàn)證了如下結(jié)論：
1)通過建立虛擬電廠合作聯(lián)盟，可在一定程度上避免DERs運(yùn)營商之間的競爭，降低DERs參與市場的不確定性風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，基于條件風(fēng)險(xiǎn)價(jià)值理論利用改進(jìn)沙普利值法建立收益分配機(jī)制，保障了DERs獲得收益的公平性，能夠促進(jìn)新能源并網(wǎng)消納從而提高電網(wǎng)供應(yīng)能力。
2)DG的出力偏差將會(huì)影響VPP參與市場的策略。若實(shí)際功率偏差較大，將會(huì)導(dǎo)致VPP日后在制定投標(biāo)策略時(shí)預(yù)留較大的可調(diào)空間，從而采取更加保守的市場策略，且由于出力偏差與合作聯(lián)盟收益呈反比，因此當(dāng)出力偏差過大時(shí)參與者傾向于規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)而非接受風(fēng)險(xiǎn)，即VPP合作聯(lián)盟將傾向于減小獲利以避免風(fēng)險(xiǎn)。然而保守的策略不僅會(huì)導(dǎo)致棄風(fēng)棄光等現(xiàn)象，也會(huì)影響DERs的收益，因此本文基于DG出力偏差的影響提出VPP合作策略及其收益分配機(jī)制，促使DERs之間平抑偏差并提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度，從而保障VPP有效穩(wěn)定地運(yùn)營。
3)由于DERs對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的接受程度不同，本文考慮參與者的風(fēng)險(xiǎn)效用和收益貢獻(xiàn)度建立對(duì)沖機(jī)制，以此控制DERs參與市場的風(fēng)險(xiǎn)，證明通過該收益分配機(jī)制可提高DERs參與市場的積極性和VPP聯(lián)盟的穩(wěn)定性，從而確保電力系統(tǒng)保供能力提升。
未來，在能源行業(yè)的變革和技術(shù)進(jìn)步的背景下，可詳細(xì)分析包含市場風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)等多類型交易風(fēng)險(xiǎn)對(duì)虛擬電廠的影響，并考慮綠色低碳、能量和安全等多方面價(jià)值進(jìn)一步改進(jìn)虛擬電廠的收益分配策略。
