Optimal Operation of Virtual Power Plant Considering Environmental Externality and Output Uncertainty of Wind and Photovoltaic Power

Jingqi SUN; Yuan WANG; Xiaohui GUO; Yiquan ZHOU; Yuwei WANG; Wanlei XUE

doi:10.7500/AEPS20210623005

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Optimal Operation of Virtual Power Plant Considering Environmental Externality and Output Uncertainty of Wind and Photovoltaic Power

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Optimal Operation of Virtual Power Plant Considering Environmental Externality and Output Uncertainty of Wind and Photovoltaic Power
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 8, Pages: 50-59(2022)
- 作者机构：
  
  1.华北电力大学经济与管理学院,北京市 102206
  2.华北电力大学经济管理系,河北省保定市 071003
  3.国网山东省电力公司经济技术研究院,山东省济南市 250022
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Hebei Provincial Natural Science Foundation of China(G2020502004);National Key R&D Program of China(2020YFB1707802);National Natural Science Foundation of China(71973043)
- DOI：10.7500/AEPS20210623005
  CLC：
- Received：23 June 2021，
  
  Revised：2021-10-14，
  
  Published Online：16 December 2021，
  
  Published：25 April 2022
- 稿件说明：
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孙晶琪,王愿,郭晓慧等.考虑环境外部性和风光出力不确定性的虚拟电厂运行优化[J].电力系统自动化,2022,46(8):50-59.

SUN Jingqi,WANG Yuan,GUO Xiaohui,et al.Optimal Operation of Virtual Power Plant Considering Environmental Externality and Output Uncertainty of Wind and Photovoltaic Power[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(8):50-59.
孙晶琪,王愿,郭晓慧等.考虑环境外部性和风光出力不确定性的虚拟电厂运行优化[J].电力系统自动化,2022,46(8):50-59. DOI： 10.7500/AEPS20210623005.

SUN Jingqi,WANG Yuan,GUO Xiaohui,et al.Optimal Operation of Virtual Power Plant Considering Environmental Externality and Output Uncertainty of Wind and Photovoltaic Power[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(8):50-59. DOI： 10.7500/AEPS20210623005.

摘要

虚拟电厂在建设运行中产生的环境外部性影响其运行的经济效益与环境效益。首先，单独核算煤电、风电和光伏发电的单位环境外部性成本，并将其计入虚拟电厂的单位发电量成本。在此基础上，考虑风光出力的不确定性，构建基于Wasserstein距离的风光出力预测误差模糊集的两阶段分布鲁棒优化模型，使虚拟电厂在风光出力预测误差满足模糊集内最坏分布的情况下调整柔性资源，实现运行成本最小，以此研究虚拟电厂的调度决策问题。最后，算例仿真与对比分析验证了考虑环境外部性对虚拟电厂经济、低碳运行的积极作用，以及构建的两阶段分布鲁棒优化模型的适用性与计算简便性。

Abstract

The environmental externality produced in the construction and operation of virtual power plants (VPPs) affects the benefits of the economic and environmental operation. First

the unit environmental externality cost of coal power

wind power and photovoltaic power is calculated separately and included in the unit power generation cost of VPPs. On this basis

a two-stage distributed robust optimization model of the prediction error fuzzy set for wind and photovoltaic power output is built based on the Wasserstein distance. The model enables the VPP to adjust the flexible resources under the condition that the prediction errors of wind and photovoltaic output satisfies the worst distribution of the fuzzy set

so as to realize the minimum operating cost

and the scheduling and decision problems of the VPPs are studied.Finally

the example simulation and comparative analysis verify the positive effect of considering environmental externality on the economic and low-carbon operation of VPPs

the applicability and the computing simplicity of the two-stage distributed robust optimization model.

关键词

Keywords

references

NOSRATABADI S M ， HOOSHMAND R A ， GHOLIPOUR E . A comprehensive review on microgrid and virtual power plant concepts employed for distributed energy resources scheduling in power systems ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2017 ， 67 ： 341 - 363 .

MAHMUD K ， KHAN B ， RAVISHANKAR J ， et al . An internet of energy framework with distributed energy resources， prosumers and small-scale virtual power plants： an overview ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2020 ， 127 ： 109840 .

赵昊天，王彬，潘昭光，等 . 支撑云-群-端协同调度的多能园区虚拟电厂：研发与应用［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 5 ）： 111 - 121 .

ZHAO Haotian ， WANG Bin ， PAN Zhaoguang ， et al . Research and application of park-level multi-energy virtual power plants supporting cloud-cluster-end multi-level synergetic dispatch ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 5 ）： 111 - 121 .

WANG H ， RIAZ S ， MANCARELLA P . Integrated techno-economic modeling， flexibility analysis， and business case assessment of an urban virtual power plant with multi-market co-optimization ［J］. Applied Energy ， 2020 ， 259 ： 114142 .

MARSHALL A . Principles of economics： unabridged eighth edition ［M］. New York， USA ： Cosimo， Inc. ， 2009 .

耿照为，陈启鑫，夏清，等 . 环境协同的电力系统调度运行：内涵与展望［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 22 ）： 1 - 9 .

GENG Zhaowei ， CHEN Qixin ， XIA Qing ， et al . Dispatching and operation of power system towards environmental synergy： connotations and prospects ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 22 ）： 1 - 9 .

WANG J M ， WANG R G ， ZHU Y C ， et al . Life cycle assessment and environmental cost accounting of coal-fired power generation in China ［J］. Energy Policy ， 2018 ， 115 ： 374 - 384 .

ZERRAHN A . Wind power and externalities ［J］. Ecological Economics ， 2017 ， 141 ： 245 - 260 .

李志学，崔瑜，张侃 . 西北地区风电产业正向环境效应价值测算研究［J］. 干旱区资源与环境， 2017 ， 31 （ 5 ）： 100 - 106 .

LI Zhixue ， CUI Yu ， ZHANG Kan . Calculation of environmental effects of wind power industry in northwest China ［J］. Journal of Arid Land Resources and Environment ， 2017 ， 31 （ 5 ）： 100 - 106 .

SUN J Q ， RUZE N ， ZHANG J J ， et al . Capacity planning and optimization for integrated energy system in industrial park considering environmental externalities ［J］. Renewable Energy ， 2021 ， 167 ： 56 - 65 .

SILVA T C ， PINTO G M ， DE SOUZA T A Z ， et al . Technical and economical evaluation of the photovoltaic system in Brazilian public buildings： a case study for peak and off-peak hours ［J］. Energy ， 2020 ， 190 ： 116282 .

栗然，丁星，孙帆，等 . 风险导向下基于成本效益分析的多投资商虚拟电厂容量配置模型［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 1 ）： 145 - 153 .

LI Ran ， DING Xing ， SUN Fan ， et al . Risk-oriented capacity configuration model for multi-investor virtual power plant based on cost-benefit analysis ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 1 ）： 145 - 153 .

周亦洲，孙国强，黄文进，等 . 多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 23 ）： 6780 - 6790 .

ZHOU Yizhou ， SUN Guoqiang ， HUANG Wenjin ， et al . Optimized multi-regional integrated energy coordinated scheduling of a virtual power plant ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 23 ）： 6780 - 6790 .

ZERRAHN A . Wind power and externalities ［J］. Ecological Economics ， 2017 ， 141 ： 245 - 260 .

MATTMANN M ， LOGAR I ， BROUWER R . Wind power externalities： a meta-analysis ［J］. Ecological Economics ， 2016 ， 127 ： 23 - 36 .

陈泽雄，张新民，王雪锋，等 . 分布式光伏电站接入配电网的分布鲁棒优化配置方法［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 13 ）： 30 - 42 .

CHEN Zexiong ， ZHANG Xinmin ， WANG Xuefeng ， et al . A distributionally robust optimal allocation method for distributed photovoltaic generation stations integrated into a distribution network ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 13 ）： 30 - 42 .

鲁卓欣，徐潇源，严正，等 . 不确定性环境下数据驱动的电力系统优化调度方法综述［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 21 ）： 172 - 183 .

LU Zhuoxin ， XU Xiaoyuan ， YAN Zheng ， et al . Overview on data-driven optimal scheduling methods of power system in uncertain environment ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 21 ）： 172 - 183 .

EMARATI M ， KEYNIA F ， RASHIDINEJAD M . A two-stage stochastic programming framework for risk-based day-ahead operation of a virtual power plant ［J］. International Transactions on Electrical Energy Systems ， 2020 ， 30 （ 3 ）： 12255 .

XIE W J . On distributionally robust chance constrained programs with Wasserstein distance ［J］. Mathematical Programming ， 2021 ， 186 （ 1/2 ）： 115 - 155 .

ZHAO C Y ， GUAN Y P . Data-driven risk-averse stochastic optimization with Wasserstein metric ［J］. Operations Research Letters ， 2018 ， 46 （ 2 ）： 262 - 267 .

WANG C ， GAO R ， WEI W ， et al . Risk-based distributionally robust optimal gas-power flow with Wasserstein distance ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 3 ）： 2190 - 2204 .

竺如洁，韦化，白晓清 . 多源动态最优潮流的分布鲁棒优化方法［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 11 ）： 3489 - 3498 .

ZHU Rujie ， WEI Hua ， BAI Xiaoqing . Distributionally robust optimization of multi-energy dynamic optimal power flow ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 11 ）： 3489 - 3498 .

WANG Y W ， YANG Y J ， TANG L ， et al . A Wasserstein based two-stage distributionally robust optimization model for optimal operation of CCHP micro-grid under uncertainties ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2020 ， 119 ： 105941 .

王腊芳，张莉沙 . 钢铁生产过程环境影响的全生命周期评价［J］. 中国人口·资源与环境， 2012 ， 22 （增刊2 ）： 239 - 244 .

WANG Lafang ， ZHANG Lisha . Life cycle assessment of environmental impacts for the whole steel production process ［J］. China Population， Resources and Environment ， 2012 ， 22 （ Supplement 2 ）： 239 - 244 .

郭敏晓 . 风力、光伏及生物质发电的生命周期CO 2 排放核算［D］. 北京：清华大学， 2012 .

GUO Minxiao . The life cycle accounting of CO 2 emissions for wind， PV and biomass power generation in China ［D］. Beijing ： Tsinghua University ， 2012 .

周计晨，吕胤杰，杨诚之，等 . 考虑风电出力不确定性的分布鲁棒主备协同优化调度［J］. 电力系统保护与控制， 2020 ， 48 （ 20 ）： 66 - 73 .

ZHOU Jichen ， LÜ Yinjie ， YANG Chengzhi ， et al . Distributionally robust co-optimization of energy and reserve dispatch considering uncertain wind power output ［J］. Power System Protection and Control ， 2020 ， 48 （ 20 ）： 66 - 73 .

张尚，顾雪平，王涛 . 基于分布鲁棒优化的含风电系统静态安全校正控制方法［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 2 ）： 58 - 64 .

ZHANG Shang ， GU Xueping ， WANG Tao . Static security corrective control method of wind power-integrated system based on distributional robust optimization ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 2 ）： 58 - 64 .

PJM . Data miner 2： public data ［EB/OL］. ［ 2021-05-06 ］. https：//dataminer2.pjm.com/list https://dataminer2.pjm.com/list .

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