技術特征：

1.一種虛擬電廠日前和實時競標模型，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)電力市場規(guī)則，介紹VPP參與電力市場的三階段競標流程，以及EV和DR的基本原理；

步驟2：建立對應的VPP階段1競標模型；

步驟3：建立對應的VPP階段2競標模型；

步驟4：建立對應的VPP階段3競標模型。

2.根據(jù)權利要求1所述的VPP日前和實時競標模型，其特征在于：所述步驟1包括以下步驟：

以北歐電力市場為例，介紹VPP參與電力市場的競標流程，北歐電力市場包括雙邊合同市場、DAM、RTM和平衡市場，其競標流程可分為以下3個階段：

階段1：DAM開啟前，VPP在雙邊合同市場與電商簽訂雙邊合同，DAM在交易日前一天10點開啟，此時RES出力、DAM和RTM電價均未知，EMS通過歷史數(shù)據(jù)預測交易日未知量，從而制定相應的競標策略，并向市場操作者提交DAM競標電價和電量，DAM于交易日前一天12點閉市，市場操作者在DAM閉市后出清DAM電價，并告知VPP運營者DAM出清電價和中標電量；

階段2：RTM在DAM閉市后開啟，EMS實時更新并重新預測RES出力，此時DAM出清電價和交易量為已知量，RES出力預測值更為準確；VPP根據(jù)DAM出清結(jié)果和已更新RES出力逐個時段制定并向市場操作者提交RTM競標曲線；RTM在交易時段前1h～2h關閉，市場操作者在RTM閉市后出清RTM電價，并向VPP運營者公布出清結(jié)果；

階段3：交易時段，EMS根據(jù)出清結(jié)果和競標策略控制各DER運行，完成電能交易，市場操作者按照DAM和RTM出清電價和交易量與VPP結(jié)算交易；平衡市場在RTM閉市后開啟，其負責消納RES出力的偏差量并向VPP收取平衡電量所需的費用，表現(xiàn)為當實際出力大于計劃出力時，VPP以低于RTM統(tǒng)一出清價出售過剩電量，當實際出力小于計劃出力時，VPP以高于RTM統(tǒng)一出清價購進不足電量；

EV種類包含純EV、混合動力EV和燃料電池EV等，本文考慮的EV為家用純EV。EV車主根據(jù)自身出行情況設定次日EV并網(wǎng)時間、離網(wǎng)時間和每段行程的行駛距離，并與VPP運營者共享信息。EMS根據(jù)EV信息分析次日EV狀態(tài)，從而制定相應的競標策略，當EV接入電網(wǎng)后，由VPP負責EV充放電，保證EV擁有足夠的電量滿足行駛需求。

DR指的是電力用戶根據(jù)價格信號或激勵機制做出響應，改變固有習慣用電模式的行為。按照響應方式的不同，可將DR劃分為基于電價的DR和基于激勵的DR，用戶可根據(jù)自身用電情況，以自愿原則選擇參與的DR項目。根據(jù)基于電價DR和基于激勵DR的互補性，本文將負荷分為固定負荷、可轉(zhuǎn)移負荷和可中斷負荷?？赊D(zhuǎn)移負荷是指根據(jù)電價調(diào)整運行時段，但運行功率和用電量基本保持不變的負荷。可中斷負荷表示為VPP運營者和用戶簽訂合同，并在合同中規(guī)定可中斷負荷量和相應的激勵機制，本文考慮的激勵機制為中斷負荷補償，在必要時，VPP切除可中斷負荷，但需按合同給予用戶一定的補償費用。

3.根據(jù)權利要求1所述的VPP日前和實時競標模型，其特征在于：所述步驟2包括以下步驟：

VPP在RTM的決策會影響到DAM競標策略的制定，因此，VPP在階段1需要規(guī)劃DAM和RTM的競標策略，但只需向市場操作者提交DAM的競標曲線，VPP階段1競標模型的目標函數(shù)為：

$min\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}(C_t^m+C_t^{gt}+C_t^{DR}+C_t^{EV})$

目標函數(shù)包含4個部分，分別為燃氣輪機成本DR成本EV成本和t時段VPP參與雙邊合同市場、DAM和RTM的成本每部分具體表達式如下：

$\begin{array}{c}{C}_t^m={\mathrm{\λ}}_t^{BC}{D}_t^{BC}+{\mathrm{\λ}}_t^{DA}(k^p{P}_t^{DA}-S_t^{DA})\\ +{\mathrm{\λ}}_t^{RT}(k^p{P}_t^{RT}-S_t^{RT})\end{array}$

式中：為VPP在雙邊合同市場與電商簽訂合同所規(guī)定的交易電價；為VPP向電商實際輸送電量，為正表示VPP向電商購電，為負表示VPP向電商售電，為決策變量；分別為DAM和RTM電價預測值；分別為VPP在DAM的購電量和售電量，為決策變量；分別為VPP在RTM的購電量和售電量，為決策變量；k^p為購電系數(shù)，表示購電價格與售電價格的比值；

燃氣輪機成本包括運行成本、啟停成本和環(huán)境成本：

$C_t^{gt}=\underset{i}{\overset{n_i}{\Σ}}\left(\begin{array}{c}(k_i{\mathrm{\μ}}_{i,t}^o+\underset{j=1}{\overset{n_j}{\Σ}}{k}_{i,j}{g}_{i,j,t})+({\mathrm{\λ}}_i^{su}{\mathrm{\μ}}_{i,t}^{su}+{\mathrm{\λ}}_i^{sd}{\mathrm{\μ}}_{i,t}^{sd})\\ +\left(g_{i,t}\underset{l=1}{\overset{n_l}{\Σ}}{Q}_{i,l}\right(V_l+Y_l\left)\right)\end{array}\right)$

$g_{i,t}=\underset{j=1}{\overset{n_j}{\Σ}}{k}_{i,j}{g}_{i,j,t}$

式中：n_i為燃氣輪機數(shù)；k_i為燃氣輪機i固定成本；布爾變量分別表示t時段燃氣輪機i是否工作、啟動、停止，是則置1，否則置0，為決策變量；n_j為燃氣輪機二次成本函數(shù)分段線性化后的段數(shù)；k_i,j為燃氣輪機i第j段發(fā)電成本斜率；g_i,j,t為t時段燃氣輪機i第j段出力，為決策變量；分別為燃氣輪機i啟動和停止成本；g_i,t為t時段燃氣輪機i出力；n_l為污染物數(shù)量；Q_i,l為燃氣輪機i第l項污染物排放量；V_l、Y_l分別為第l項污染物環(huán)境價值和罰款數(shù)量級；

DR成本為VPP向用戶支付的中斷負荷補償費用，考慮到不同中斷負荷量對用戶的影響不同，將中斷補償價格與負荷中斷等級掛鉤，中斷等級越高，所需支付的補償價格越高；

$C_t^{DR}=\underset{m=1}{\overset{n_m}{\Σ}}\left({\mathrm{\λ}}_m^{curt}{L}_{m,t}^{curt}\right)$

式中：n_m為中斷等級數(shù)；為第m級中斷負荷補償價格；為t時段第m級中斷負荷量，為決策變量；

EV成本即為EV放電產(chǎn)生的電池損耗成本，當放電達到一定次數(shù)時，需更換EV電池，因此可將EV電池損耗成本表示為：

$C_t^{EV}=\underset{v=1}{\overset{n_v}{\Σ}}\frac{C_v^b}{L_v^c{S}_v^{EV}{d}_v^{DOD}}(\frac{g_{v,t}^{vd}}{{\mathrm{\η}}_v^{vd}}+E_v{d}_{v,t}^{tr})$

式中：n_v為EV數(shù)量；為第v輛EV電池購買成本；為第v輛EV電池生命周期內(nèi)的充放電循環(huán)次數(shù)；為第v輛EV電池容量；為第v輛EV電池放電深度；為t時段第v輛EV放電功率，為決策變量；為第v輛EV放電效率；為t時段第v輛EV行駛距離；E_v為第v輛EV單位行駛距離所需消耗的功率；

對上述公式變量補充約束條件如下：

$P_t^{DA},S_t^{DA},P_t^{RT},S_t^{RT}\≥0$

VPP在運行時需要滿足如下約束條件：

1)燃氣輪機約束：

${\mathrm{\μ}}_{i,t}^o-{\mathrm{\μ}}_{i,t-1}^o\≤{\mathrm{\μ}}_{i,t}^{su}$

${\mathrm{\μ}}_{i,t-1}^o-{\mathrm{\μ}}_{i,t}^o\≤{\mathrm{\μ}}_{i,t}^{sd}$

$0\≤g_{i,j,t}\≤g_{i,j}^{\max }{\mathrm{\μ}}_{i,t}^o$

$g_i^{\min }{\mathrm{\μ}}_{i,t}^o\≤g_{i,t}\≤g_i^{\max }{\mathrm{\μ}}_{i,t}^o$

-r_i^d≤g_i,t-g_i,t-1≤r_i^u

式中：表示t-1時段燃氣輪機i是否工作，是則置1，否則置0；分別為燃氣輪機i最大、最小輸出功率；為燃氣輪機i第j段出力上限；g_i,t-1為t-1時段燃氣輪機i出力；r_i^u、r_i^d分別為燃氣輪機i向上、向下爬坡率；

2)EV約束：

$S_v^{EV,\min }\≤S_{v,t}^{EV}\≤S_v^{EV,max}$

$0\≤g_{v,t}^{vc}\≤g_v^{vc,\max }{\mathrm{\μ}}_{v,t}^{vc}$

$0\≤g_{v,t}^{vd}\≤g_v^{vd,\max }{\mathrm{\μ}}_{v,t}^{vd}$

${\mathrm{\μ}}_{v,t}^{vc}+{\mathrm{\μ}}_{v,t}^{vd}={\mathrm{\μ}}_{v,t}^I$

$S_{v,0}^{EV}=S_v^{EVi}$

$S_{v,24}^{EV}=S_v^{EVf}$

$S_{v,t}^{EV}=S_{v,t-1}^{EV}+{\mathrm{\η}}_v^{vc}{g}_{v,t}^{vc}-\frac{g_{v,t}^{vd}}{{\mathrm{\η}}_v^{vd}}-E_v{d}_{v,t}^{tr}$

式中：為t時段第v輛EV蓄電量；分別為第v輛EV蓄電量上、下限；為t時段第v輛EV充電功率，為決策變量；分別為第v輛EV充、放電功率上限；布爾變量分別表示t時段第v輛EV是否處于充、放電狀態(tài)，是則置1，否則置0，為決策變量；表示t時段第v輛EV是否處于接入電網(wǎng)狀態(tài)，是則置1，否則置0；分別為第v輛EV始、末時段蓄電量；為t-1時段第v輛EV蓄電量；為第v輛EV充電效率；

3)DR約束：

$0\≤L_{m,t}^{curt}\≤L_{m,t}^{curt,max}$

$L_t^{curt}=\underset{m=1}{\overset{n_m}{\Σ}}{L}_{m,t}^{curt}$

$L_{t-1}^{curt}+L_t^{curt}\≤L^{c,max}$

$\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{L}_t^{shift}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{L}_t^s$

$0\≤L_t^{shift}\≤L_t^{shift,max}$

式中：為t時段第m級中斷負荷量上限；為t時段中斷負荷量；L^c,max為連續(xù)時間內(nèi)可中斷負荷最大調(diào)用量；為t-1時段中斷負荷量；為t時段轉(zhuǎn)移后轉(zhuǎn)移負荷量，為決策變量；為t時段可轉(zhuǎn)移負荷量；為t時段轉(zhuǎn)移負荷量上限，表示轉(zhuǎn)移負荷所能達到的極限。

4)雙邊合同市場約束

在雙邊合同市場中，允許實際輸送電量與合同規(guī)定輸送電量存在微小的偏差，但總輸電量必須相等：

$(1-\mathrm{\α})G_t^{BC}\≤D_t^{BC}\≤(1+\mathrm{\α})G_t^{BC}$

$\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{D}_t^{BC}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{G}_t^{BC}$

式中：α為合同允許的偏差系數(shù)，為t時段合同規(guī)定輸送電量；

5)VPP競標量約束

考慮到VPP與主網(wǎng)傳輸功率限制，VPP在電力市場的競標量需滿足如下約束式：

$-G\≤P_t^{DA}-S_t^{DA}\≤G$

$-G\≤P_t^{RT}-S_t^{RT}\≤G$

$-G\≤P_t^{DA}-S_t^{DA}+P_t^{RT}-S_t^{RT}\≤G$

式中：G為電力市場最大競標量；

6)VPP內(nèi)部功率平衡約束：

$\underset{w=1}{\overset{n_w}{\Σ}}{g}_{w,t}^{DA,W}+\underset{s=1}{\overset{n_s}{\Σ}}{g}_{s,t}^{DA,S}+\underset{i=1}{\overset{n_i}{\Σ}}{g}_{i,t}+\underset{v=1}{\overset{n_v}{\Σ}}{g}_{v,t}^{vd}+P_t^{DA}+P_t^{RT}+D_t^{BC}=L_t+\underset{v=1}{\overset{n_v}{\Σ}}{g}_{v,t}^{vc}+S_t^{DA}+S_t^{RT}$

$L_t=L_t^{fix}+\underset{m=1}{\overset{n_m}{\Σ}}{L}_{m,t}^{curt,\max }-L_t^{curt}+L_t^{shift}$

式中：n_w、n_s分別為風力發(fā)電站和光伏發(fā)電站數(shù)；分別為t時段風力發(fā)電站w、光伏發(fā)電站s輸出功率日前預測值；L_t為t時段總負荷量；為t時段固定負荷量。

4.根據(jù)權利要求1所述的VPP日前和實時競標模型，其特征在于：所述步驟3包括以下步驟：

在RTM中，VPP需逐個時段制定競標策略，t時段制定競標策略時，DAM電價和交易量為已知量，風電和光伏出力的預測值更為準確，且t時段之前的決策變量變成已知量，因此需修改目標函數(shù)及部分約束條件，所得t時段競標模型如下：

$min\underset{h=t}{\overset{T}{\Σ}}(C_t^m+C_t^{gt}+C_t^{DR}+C_t^{EV})$

$\begin{array}{cc}\begin{array}{c}{C}_t^m={\mathrm{\λ}}_t^{BC}{D}_t^{BC}+{\widetilde{\mathrm{\λ}}}_t^{DA}(k^p{\tilde{P}}_t^{DA}-{\tilde{S}}_t^{DA})\\ +{\mathrm{\λ}}_t^{RT}(k^p{P}_t^{RT}-S_t^{RT})\end{array}& h\≥t\end{array}$

$\begin{array}{cc}{\mathrm{\μ}}_{i,t}^o-{\widetilde{\mathrm{\μ}}}_{i,t-1}^o\≤{\mathrm{\μ}}_{i,t}^{su}& h\≥t\end{array}$

$\begin{array}{cc}{\widetilde{\mathrm{\μ}}}_{i,t-1}^o-{\mathrm{\μ}}_{i,t}^o\≤{\mathrm{\μ}}_{i,t}^{sd}& h\≥t\end{array}$

$\begin{array}{cc}-r_i^d\≤g_{i,t}-{\tilde{g}}_{i,t-1}\≤r_i^u& h\≥t\end{array}$

$\begin{array}{cc}{S}_{v,t}^{EV}={\tilde{S}}_{v,t-1}^{EV}+{\mathrm{\η}}_v^{vc}{g}_{v,t}^{vc}-\frac{g_{v,t}^{vd}}{{\mathrm{\η}}_v^{vd}}-E_v{d}_{v,t}^{tr}& h\≥t\end{array}$

$\begin{array}{cc}{\tilde{L}}_{t-1}^{curt}+L_t^{curt}\≤L^{c,max}& h\≥t\end{array}$

$\begin{array}{cc}\underset{h=1}{\overset{t-1}{\Σ}}{\tilde{L}}_t^{shift}+\underset{h=t}{\overset{T}{\Σ}}{L}_t^{shift}=\underset{h=1}{\overset{T}{\Σ}}{L}_t^s& h\≥t\end{array}$

$\begin{array}{cc}\underset{h=1}{\overset{t-1}{\Σ}}{\tilde{D}}_t^{BC}+\underset{h=t}{\overset{T}{\Σ}}{D}_t^{BC}=\underset{h=1}{\overset{T}{\Σ}}{G}_t^{BC}& h\≥t\end{array}$

$\begin{array}{cc}-G\≤{\tilde{P}}_t^{DA}-{\tilde{S}}_t^{DA}+P_t^{RT}-S_t^{RT}\≤G& h\≥t\end{array}$

$\begin{array}{cc}\begin{array}{c}\underset{w=1}{\overset{n_w}{\Σ}}{g}_{w,t}^{RT,TW}+\underset{s=1}{\overset{n_s}{\Σ}}{g}_{s,t}^{RT,S}+\underset{i=1}{\overset{n_i}{\Σ}}{g}_{i,t}+\underset{v=1}{\overset{n_v}{\Σ}}{g}_{v,t}^{vd}+{\tilde{P}}_t^{DA}+P_t^{RT}+\\ D_t^{BC}=L_t+\underset{v=1}{\overset{n_v}{\Σ}}{g}_{v,t}^{vc}+{\tilde{S}}_t^{DA}+S_t^{RT}\end{array}& h\≥t\end{array}$

式中：分別為t時段DAM出清電價、購電量和售電量；分別為t-1時段燃氣輪機i工作布爾變量、燃氣輪機i出力、第v輛EV蓄電量和中斷負荷量，為已知量；分別為1～(t-1)時段轉(zhuǎn)移后轉(zhuǎn)移負荷量和雙邊合同市場實際輸送電量，為已知量；分別為t時段風力發(fā)電站w、光伏發(fā)電站s輸出功率實時預測值。

5.根據(jù)權利要求1所述的VPP日前和實時競標模型，其特征在于：所述步驟4包括以下步驟：

階段3，市場操作者按照DAM和RTM出清電價和交易量與VPP結(jié)算電力市場前兩階段交易，VPP前兩階段結(jié)算成本C^EM表達式如下：

$C^{EM}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}({\tilde{C}}_t^m+C_t^{gt}+C_t^{DR}+C_t^{EV})$

其中：

$\begin{array}{c}{\tilde{C}}_t^m={\mathrm{\λ}}_t^{BC}{D}_t^{BC}+{\widetilde{\mathrm{\λ}}}_t^{DA}(k^p{\tilde{P}}_t^{DA}-{\tilde{S}}_t^{DA})\\ +{\widetilde{\mathrm{\λ}}}_t^{RT}(k^p{\tilde{P}}_t^{RT}-{\tilde{S}}_t^{RT})\end{array}$

式中：為t時段VPP在雙邊合同市場、DAM和RTM的結(jié)算成本；分別為t時段RTM出清電價、購電量和售電量；

此外，平衡市場負責消納RES出力偏差量，VPP需要為此支付平衡電量所需的費用，t時段VPP所需支付的費用可由下式表示：

$C_t^B=\left\{\begin{array}{c}-{\mathrm{\λ}}_t^S(g_{w,t}^W+g_{s,t}^S-g_{w,t}^{RT,W}-g_{s,t}^{RT,S}),\\ g_{w,t}^W+g_{s,t}^S\≥g_{w,t}^{RT,W}+g_{s,t}^{RT,S}\\ {\mathrm{\λ}}_t^P(g_{w,t}^{RT,W}+g_{s,t}^{RT,S}-g_{w,t}^W-g_{s,t}^S),\\ g_{w,t}^W+g_{s,t}^S\<g_{w,t}^{RT,W}+g_{s,t}^{RT,S}\end{array}\right.$

式中：分別為t時段風力發(fā)電站w、光伏發(fā)電站s實際出力；分別為t時段平衡市場的購電價格和售電價格，其與的關系滿足下列不等式：

${\mathrm{\λ}}_t^P\≥{\widetilde{\mathrm{\λ}}}_t^{RT}\≥{\mathrm{\λ}}_t^S\≥0$

因此，VPP在平衡市場的成本C^BM和VPP實際成本C表示如下：

$C^{BM}=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}{C}_t^B$

C＝C^EM+C^BM。