摘要：本文以电力体制改革为背景，构建了基于二阶锥规划的多VPP联合优化调度模型，将复杂的非线性问题转化为MIQCP模型进行求解。提出满意度的概念，为多VPP电量交易提供合理的电价制定方案，以此为双边合同的签订提供定量依据，从而为增量配电网投资者提供有价值的运行策略。
关键词：电力体制改革；虚拟电厂；联合优化调度
虚拟电厂(VPP)作为一种新型的运行模式，能有效将大量分布式电源汇聚到增量式配电网中，具有广阔的应用前景。增量配电网通过VPP模式进行发配售电一体化运营能为投资者创造利润。同时，随着我国电力改革的逐步深化，大用户直购电交易的实施，表明电网的垄断分布格局逐渐被打破。在开放的电力市场环境下，我国电力市场开始由单一发电侧市场向双边市场转变。因此，相邻VPP间签订双边合同进行电量交易，将成为未来增量配电网中投资者获利的重要渠道之一。
一、虚拟电厂概述
虚拟电厂(VPP)是一种通过先进信息通信技术和软件系统，实现DG、储能系统、可控负荷、电动汽车等DER的聚合和协调优化，以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。虚拟电厂概念的核心可总结为“通信”和“聚合”。虚拟电厂的关键技术主要包括协调控制技术、智能计量技术及信息通信技术。虚拟电厂最具吸引力的功能在于能聚合DER参与电力市场和辅助服务市场运行，从而为配电网和输电网提供管理和辅助服务。“虚拟电厂”的解决思路在我国有着较大的市场潜力，对面临“电力紧张和能效偏低矛盾”的中国来说，无疑是一种好的选择。
二、VPP优化调度的非线性数学模型
1、VPP内部配电网辐射状支路潮流形式。因配电网大多遵循“闭环设计、开环运行”的理念，因此在提高可靠性的同时能降低环流和网损。与CVPP不同，TVPP需考虑内部单元节点和负载节点间的线路功率传输约束，并且还需考虑整个网络的网损状况。
2、线路开关动态重构建模。TVPP可通过调整线路开关状态来减少网损、增加收入。本文引入支路连接变量来表示线路的开关状态。此外，为了保证每个节点都能满足辐射状运行，引入了“母节点”的概念:变电站除根节点外的每个节点都有且只有一个母节点，每个支路引入两个布尔变量，它们的状态由支路连通变量决定。另外，考虑到开关设备的使用寿命，应设置开关操作次数的限制。
3、常规机组出力约束。引入二维布尔变量表示常规单元在T时刻的启停状态，布尔变量为1表示机组g在T时刻运行，布尔变量为0表示机组g在T时刻关闭。
4、可再生能源出力不确定性模拟。利用场景集的方法将随机优化问题转化为确定性优化问题，定义了光伏出力场景集S。场景集个数为n，每个场景的概率为(S)，因此，上述变量以每个场景的形式存在。
5、目标函数。增量配电网投资者的总收入包括向大电网出售电力的收入、双边合同的收入和向配电网用户供电的收入。总成本包括从大电网购电的成本、发电成本、等值网损成本、开关网损成本。
三、二阶锥规划基本概述
二阶锥规划本质上是一种凸规划，解的最优性及计算效率都具有优良的特性。现有的二阶锥规划算法包能轻易解决原本难以求解的非线性问题。传统的VPP优化调度模型中含有大量的非线性二次约束，特别是布尔变量较多，难以求解。为了将模型转换为二阶锥形式,原非线性二次项应用新定义的变量代替,以使约束条件及目标函数能从非线性形式转化为线性形式,并新增一个二阶锥形式的约束项。
四、多VPP联合优化调度模型
由于可再生能源出力的波动性强，易造成VPP内部发电和用电的不平衡现象，表现为各VPP存在不同程度的电量过剩或不足。“多电VPP”和“少电VPP”可通过签订双边合同形成多VPP联合调度系统，它可根据电网实际情况优化VPP之间的直购电量。
直购定价决定了直购电的成本，从而影响到各VPP的收入。若按照市场竞争或国家相关规定统一定价直购电价，会导致VPP部分盈利过剩，在一些VPP亏损严重不均衡的情况下，亏损VPP的运营商会选择终止双边合同，并退出联合调度系统，而原本盈利的VPP运营商将无利可图。因此，为了保持多VPP联合调度系统的稳定性，本文对直购电价进行分时段优化，以保证各VPP在联合调度模式下的收益大于单次调度的收益。
由此可见，在联合调度系统中，各VPP收益增量的“均衡性”尤为重要，因此本文借鉴多目标优化中的模糊隶属度概念。
随着直购电价的提高，“多电VPP”满意度相应提高，而“少电VPP”满意度相应降低。只有当VPP中双方的满意度达到均衡时，双方签订合同进行电量交易的意愿最强，此时双方经联合调度将产生一定的收益增量。
五、算例分析
1、测试平台与算例系统。本文以某区域的实际数据作为算例依据，该系统由两个增量配电网组成，均以TVPP模式运行。VPP可单独调度，也可通过签订双边合同进行电量交易，形成多VPP联合最优调度系统。其中，VPP间的双边合同以日为单位签订，合同中要签订每天24小时段直购电量和相应的直购电价。VPP最优调度周期为24时段/天。
2、二阶锥模型优势。为了验证该模型的计算优势，将其与传统的考虑交流潮流的混合整数非线性规划模型(MINLP)进行比较。其结果表明，该模型极大地减少了5节点测试系统中的计算时间。当节点规模较大时，MINLP模型无解，而本文构建的MINLP模型可在较短的时间内求解优化结果。因此本文将MINLP问题转化为MIQCP问题来有效求解，具有实际意义。
3、VPP单独、联合调度结果比较。结果表明，联合调度的总收益大于两个VPP单独调度的收益之和，总收益增加约2.7%。此外，在总收益的组成部分中，售购电收益和开关损耗成本前后变化大。
(1)售购电量结果比较。联合调度后，各VPP购电量下降，因联合调度降低了可再生能源出力波动造成的失负荷概率，节约了购电成本，增加了增量配电网投资者的总收益。
(2)开关损耗成本结果比较。联合调度后，开关状态变化相对较少，因而节约了开关损耗成本，提高了整体收益。
4、VPP联合调度的直购电价优化
(1)直购电量优化结果。联合调度优化结果可作为双边合同中直购电量的定量依据。直购电量与光伏出力波动有关，当VPP内部不确定性增大时，交换电量相应增大。结果表明，VPP联合调度能降低光伏出力波动给增量配电网投资者带来的收益风险。
(2)优化直购电价，对比最终结果。直购电价的确定直接影响到双方的最终收入。本文提出的模型不但能提高VPP联合调度的整体收益，而且可提高双方各自的收益，对增量配电网投资者在考虑运营策略时具有实际参考价值。
5、光伏渗透率对结果的影响。当光伏渗透率增大后，整个系统的不确定性急剧增加，此时联合调度的收益增量更大，合作满意度也越高，此时签订双边合同带来的利润增幅也越大，进一步印证了联合调度缓解光伏出力波动带来的收益风险。
综上所述，本文从TVPP运营模式出发，考虑TVPP间签订双边电量交易合同，研究多VPP最优调度策略。首先用二阶锥技术代替模型的非线性部分，建立配电网重构的多VPP联合调度优化模型。并在此基础上，引入合作满意度的概念，建立直购电价优化模型，通过优化直购电价使双方的满意度最大化。
参考文献：
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