[论文解读] Stochastic Flexibility Evaluation for Virtual Power Plant by Aggregating Distributed Energy Resources

Siyuan Wang, Wenchuan Wu|arXiv (Cornell University)|Jun 29, 2020

Smart Grid Energy Management参考文献 27被引用 15

一句话总结

该论文通过聚合分布式能源资源（DERs），提出了一种虚拟电厂（VPP）的随机灵活性评估框架，将电力灵活性建模为机会约束优化，以考虑DER输出中的不确定性。该方法结合了数据驱动与模型驱动的方法，计算随机电力灵活性范围（PFR）及成本函数，通过配电网的数值测试验证了其正确性与高效性。

ABSTRACT

To manage huge amount of flexible distributed energy resources (DERs) in the distribution networks, the virtual power plant (VPP) is introduced in industry. The VPP can optimally dispatch these resources in a cluster way and provide flexibility for the power system operation as a whole. Most existing works formulate the equivalent power flexibility of the aggregating DERs as deterministic optimization models without considering their uncertainties. In this paper, we introduce the stochastic power flexibility range (PFR) to describe the power flexibility of VPP, which is formulated as a chance constrained optimization model. In this model, both operational constraints and the randomness of DERs' output are incorporated, and a combined model and data-driven solution is proposed to obtain the stochastic PFR and cost function of VPP. Finally, numerical tests are conducted to verify the correctness and efficiency of the proposed method.

研究动机与目标

• 解决确定性模型在表征聚合DER电力灵活性方面的局限性。
• 将分布式能源资源（DER）输出中的固有不确定性纳入VPP灵活性评估。
• 开发一种反映运行约束与随机DER行为的随机电力灵活性范围（PFR）模型。
• 提出一种结合模型与数据驱动的解决方案，用于计算随机PFR及其关联成本函数。
• 通过配电网的数值测试验证该方法的正确性与高效性。

提出的方法

• 将VPP的电力灵活性建模为机会约束优化问题，以处理DER输出中的不确定性。
• 将运行约束（如功率平衡、电压限值）与DER发电的概率约束相结合。
• 采用数据驱动方法，基于历史或实时数据估计DER输出的概率分布。
• 结合分析建模与数据，计算随机PFR，以表征不确定性下的可行运行区域。
• 构建一种解决方案框架，在灵活性范围估计中平衡计算效率与准确性。
• 推导在随机灵活性约束下的VPP成本函数，以支持经济经济调度。

实验结果

研究问题

• RQ1 当DER输出具有不确定性时，如何准确建模VPP的电力灵活性？
• RQ2 引入概率约束对VPP运行灵活性范围有何影响？
• RQ3 结合模型与数据驱动的方法相比纯确定性模型，如何提升随机PFR的计算效率？
• RQ4 在不确定性下，VPP运行中灵活性与成本之间的权衡是什么？
• RQ5 与现有确定性方法相比，所提出方法在正确性与效率方面表现如何？

主要发现

• 所提出的随机PFR模型成功捕捉了DER输出的不确定性，同时遵守了运行约束。
• 结合模型与数据驱动的方法能够实现对随机PFR及成本函数的准确且高效计算。
• 数值测试证实了该方法在表征不确定性下可行运行区域方面的正确性。
• 与确定性模型相比，该方法通过考虑DER发电的变异性，表现出更高的鲁棒性。
• 该解决方案框架保持了计算效率，适用于实时或近实时的VPP运行。
• 结果表明，随机灵活性评估可带来更可靠且经济可行的配电网调度决策。