虚拟电厂的提出是为了整合各种分布式能源,包括分布式电源、可控负荷和储能装置等。其基本概念是通过分布式电力管理系统将电网中分布式电源、可控负荷和储能装置聚合成一个虚拟的可控集合体,参与电网的运行和调度,协调智能电网与分布式电源间的矛盾,充分挖掘分布式能源为电网和用户所带来的价值和效益。虚拟电厂主要由发电系统、储能设备、通信系统构成,见图1。
根据虚拟电厂信息流传输控制结构的不同,虚拟电厂的控制方式可以分为:集中控制方式、分散控制方式、完全分散控制方式。①集中控制方式下的虚拟电厂可以完全掌握其所辖范围内分布式单元的所有信息,并对所有发电或用电单元进行完全控制。②分散控制方式下的虚拟电厂被分为多个层次。处于下层的虚拟电厂的控制协调中心控制辖区内的发电或用电单元,再由该级虚拟电厂的控制协调中心将信息反馈给更高一级虚拟电厂的控制协调中心,从而构成一个整体的层次结构。③在完全分散控制方式下,虚拟电厂控制协调中心由数据交换与处理中心代替,只提供市场价格、天气预报等信息。而虚拟电厂也被划分为相互独立的自治的智能子单元。这些子单元不受数据交换与处理中心控制,只接受来自数据交换与处理中心的信息,根据接受到的信息对自身运行状态进行优化。
多代理系统(multi agent system,MAS)是由多个相互独立、可以双向互动通信的智能代理组合形成的,通过确定每个代理在系统中扮演的角色以及相互配合时的行为准则,使系统易于控制与管理。基于多代理系统的虚拟电厂协调控制逻辑关系图见图2。通过各个代理之间的双向通信,可以实现虚拟电厂的协调控制和能量优化管理;各个代理的行为具有自治性和独立性,可以根据电网的环境适当做出改变以满足电网的需求,充分提高分布式电源的利用率。
图2 基于多代理系统的虚拟电厂协调控制逻辑关系图
在虚拟电厂内,各发电单元与负荷均直接或间接与控制协调中心相连接。控制协调中心不仅要能够接收每一单元的当前状态信息,而且能够向控制目标发送控制信号。而虚拟电厂中的各单元不仅要能够发送自身的当前状态信息,而且能够接收控制协调中心发送的控制信号。因此,需要研发开放、可靠的融合能源流和信息流的双向通信技术,加强电力传输与信息处理的融合。
博弈论主要研究存在利益关系或冲突的多个决策主体,根据自身能力和了解的信息,如何各自进行有利于自己或决策者群体的决策的理论。基于博弈论,认为虚拟电厂内的所有发电和用电单元和虚拟电厂与外部所有运营商均为合作博弈。根据合作博弈理论制订科学的合作机制,包括虚拟电厂内部聚合的多个发电或用电单元之间的合作机制和虚拟电厂与集成运营商、配电网或输电网以及电力市场运营者之间的合作机制,保证所有参与者的合理收益,使参与者保持长期的参与积极性,确保虚拟电厂的稳定性。
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