专栏名称: 电力系统自动化
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清华大学 陈启鑫,高洪超等:信息-物理-社会耦合视角下的虚拟电厂动态构建与可信量化理论

电力系统自动化  · 公众号  ·  · 2022-12-12 17:00

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陈启鑫,高洪超,冯成,等/ 信息-物理-社会耦合视角下的虚拟电厂动态构建与可信量化理论 /2022,46(18):26-36




01

信息-物理-社会多视角下的动态构建理论


虚拟电厂的构建触发来自电力系统的动态调控需求,由于系统运行状态、市场供需形势、信息传输方式是时刻变化的,故虚拟电厂的构建也需动态形成且在线辨识参数以达成动态跟踪的目的。图1给出了不同的调控和响应需求下虚拟电厂构建时序。

图1 虚拟电厂动态构建的触发时序


1)物理视角:系统运行状态

系统运行的动态是基于能量流的状态感知与评估。在资源个体方面,分布式设备在外部条件和内生需求的刺激下,发生行为模式的迁移或者变化,这将引起系统供需情况的时空变化,从而激发电力系统的区域调控需求;在资源集群方面,动态构建还需考虑到电力网络本身的物理运行限制,包括接入电网的电压等级以及线路、变压器等的功率容限,虚拟电厂组合范围应确保资源调节在某一电压等级网络是有效的,并且调控前后配电网的线路容量和变压器容量限制应得以满足。


2)信息视角:信息承载支撑

信息网络的动态主要表现在资源数据接入和上下行传输两个阶段。在资源数据的接入阶段,多址接入方式的性能表现因通信环境差异而不同,通信环境又因海量智能终端的接入方式决策而时变。因此,如何感知通信承载环境并优化接入方式成为虚拟电厂感知资源的前提。在资源数据的传输阶段,上下行数据的可靠性影响到虚拟电厂的响应性能,通信设备数量和网络组织方式将通过响应时延、等值容量等指标限制虚拟电厂的资源组合范围。因此,如何刻画通信约束在虚拟电厂物理可行域的投影是面向不同业务场景资源组合的重要参考。


3)社会视角:交易互动关系

交易互动对虚拟电厂动态构建的影响主要表现在运营决策变化和策略行为两个方面。虚拟电厂的资源优化组合需要考虑多层次代理模式的分层影响,而用户资源的代理决策又因商业模式变化而变化,故需要动态调整代理关系信息。而交易策略对动态构建的影响是,分布式设备在经济激励的刺激下,主动改变自身的运行策略,如在价格激励下改变功率输送方向、改变用电量和用电时间。因此,辨识并划分资源对象的响应类型和偏好,既能在虚拟电厂动态构建中有针对性地提升可靠性,又能通过合理的激励设计实现经济最优。

围绕不同系统调控需求下,虚拟电厂如何组织分布式资源实现优化组合这一关键难点,本文提出了4项关键技术,具体如图2所示。

图2 虚拟电厂动态构建的关键技术

02

信息-物理-社会多视角下的可信量化理论


如何定量刻画虚拟电厂的外特性仍需采用物理-信息-社会耦合视角进行分析、评估与量化,生成描述虚拟电厂响应能力的物理参数值,从而形成虚拟电厂响应电力系统调控和市场交易结果的性能边界。


1)物理视角:自然分区与动态特性

一方面,在电力系统配电网监测终端不足的情况下,需要研究配电网潮流的辨识与监测技术,强化分布式资源集群的物理边界和潮流贡献,保证量化对象的有效性。另一方面,不同资源对象的行为模式相互影响,如储能的充放行为与分布式发电的出力大小和时序相互制约、分布式风光间出力时序的互补性等,从而形成资源运行特性的相关性;然后,在虚拟电厂的资源优化组合中,需要考虑不同资源组合的互补性与相关性,以为虚拟电厂考虑资源互补协同的响应边界量化提供参考。


2)信息视角:环境感知与动态路径

需要充分考虑信息“感、传、算、用”等实际环节对于虚拟电厂决策、运行的影响。在感知、传输层,需要研究通信网络环境辨识技术,实时优化传输间隔、多址接入、带宽分配等环节,保证数据传输的可靠性和时效性;在应用层,有限的通信基础设施决定了虚拟电厂与交易、调度等多平台的数据流通存在局限性,需要考虑不同业务场景下数据的差异化价值,动态开拓低时延传输路径,确保集群联盟的稳定响应特性。


3)社会视角:多元服务与有限理性

虚拟电厂作为新型市场主体可聚合参与不同时间尺度的多电力市场交易品种。然而,分布式资源容量有限,面向多元的市场交易品种,如何科学、有效、经济地分配可调容量是虚拟电厂资源组合优化和经济性提升的重要难题。若通过准入机制对用户资源参与的市场品种进行限制,则会降低用户参与的积极性。若将容量分配责任赋予用户,则用户会因为缺乏市场认知而降低感知易用性。因此,灵活资源虚拟电厂可基于不同资源对象、不同市场环境下的用户资源历史运行数据,引入机理数据融合方法,解构不同资源对象的运行容量与市场收益的映射关系和决策过程,从而智能辨识资源在多元市场交易品种下的容量决策和分配策略。

围绕动态组建的虚拟电厂聚合分布式资源服务能力量化分析这一关键难点,本文提出了4项关键技术,具体如图3所示。

图3 虚拟电厂可信量化的关键技术

03

虚拟电厂信息-物理-社会的耦合关系分析


物理-信息-社会并非割裂的3个独立视角,而是相互依赖、相互影响的。本文从虚拟电厂中资源的个体行为和集群行为角度详述物理-信息-社会多视角耦合所产生的研究问题,具体如图4所示。







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