編者按

分散式儲(chǔ)能、充電樁、暖通負(fù)荷等種類多樣、位置分散、形式泛在的靈活性資源規(guī)模與日俱增。以充電樁為例，截至2023年底，中國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施累計(jì)數(shù)量為859.6萬臺(tái)，同比增加65%。伴隨著中國(guó)終端用能電氣化進(jìn)程穩(wěn)步推進(jìn)和智能終端的發(fā)展，海量分散式靈活性資源逐漸能被電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)感知和柔性控制，蘊(yùn)含巨大調(diào)節(jié)潛力，具備了提高電力系統(tǒng)柔性、參與電力系統(tǒng)調(diào)度和實(shí)現(xiàn)從“源隨荷動(dòng)”到“源荷互動(dòng)”的客觀條件。

《中國(guó)電力》2024年第12期刊發(fā)了儀忠凱等撰寫的《市場(chǎng)環(huán)境下靈活性資源虛擬電廠聚合調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)綜述》一文。文章將對(duì)電力市場(chǎng)環(huán)境下靈活性資源虛擬電廠全鏈路運(yùn)營(yíng)過程中面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)、當(dāng)前研究進(jìn)展和未來攻關(guān)方向進(jìn)行分析和總結(jié)，對(duì)靈活性資源虛擬電廠的聚合建模、競(jìng)標(biāo)報(bào)價(jià)、運(yùn)行控制3個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)展開展綜述，將相關(guān)主流技術(shù)方法的模型特征、關(guān)聯(lián)關(guān)系和適用場(chǎng)景進(jìn)行了系統(tǒng)性歸納，以期全面認(rèn)識(shí)電力市場(chǎng)環(huán)境下靈活性資源虛擬電廠涉及的關(guān)鍵科學(xué)問題、核心理論方法和主流技術(shù)方案。

摘要

靈活性資源技術(shù)快速發(fā)展、數(shù)量與日俱增，為提升電力系統(tǒng)靈活性和經(jīng)濟(jì)效益提供了巨大潛力。虛擬電廠通過對(duì)海量異構(gòu)靈活性資源協(xié)調(diào)管理和聚合調(diào)控，為支撐海量異構(gòu)分散式資源參與電力市場(chǎng)交易提供了有效手段。針對(duì)電力市場(chǎng)環(huán)境下虛擬電廠中多元海量異構(gòu)靈活性資源的難以高效管控、不同運(yùn)營(yíng)主體之間存在效益沖突、能量和輔助服務(wù)之間具有耦合關(guān)系等問題，對(duì)電力市場(chǎng)環(huán)境下靈活性資源虛擬電廠全鏈路運(yùn)營(yíng)過程中面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)、當(dāng)前研究進(jìn)展和未來攻關(guān)方向進(jìn)行了分析和總結(jié)。從靈活性資源虛擬電廠的聚合建模、競(jìng)標(biāo)報(bào)價(jià)、運(yùn)行控制3方面展開分析，對(duì)相關(guān)主流技術(shù)方法的模型特征、關(guān)聯(lián)關(guān)系和適用場(chǎng)景進(jìn)行了系統(tǒng)性歸納，以此全面認(rèn)識(shí)電力市場(chǎng)環(huán)境下靈活性資源虛擬電廠涉及的關(guān)鍵科學(xué)問題、核心理論方法和主流技術(shù)方案等，為靈活性資源虛擬電廠的未來研究方向和技術(shù)發(fā)展提供建議。

01

市場(chǎng)環(huán)境下靈活性資源虛擬電廠的技術(shù)體系和技術(shù)挑戰(zhàn)

1.1  市場(chǎng)環(huán)境下靈活性資源虛擬電廠技術(shù)體系

針對(duì)電力市場(chǎng)環(huán)境下的虛擬電廠技術(shù)已經(jīng)展開了大量研究和綜述工作，涉及虛擬電廠聚合建模、競(jìng)標(biāo)報(bào)價(jià)、運(yùn)行控制等多個(gè)方面。文獻(xiàn)[9]提出了數(shù)字孿生虛擬電廠的概念，深入闡述數(shù)字孿生虛擬電廠的內(nèi)涵、架構(gòu)和特征。文獻(xiàn)[10]圍繞虛擬電廠與需求響應(yīng)互動(dòng)的商業(yè)機(jī)制與市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模式，介紹了需求響應(yīng)參與虛擬電廠運(yùn)營(yíng)的參與方式、組織框架、市場(chǎng)競(jìng)價(jià)策略以及博弈方法的研究進(jìn)展。文獻(xiàn)[18]系統(tǒng)梳理了規(guī)模化靈活資源虛擬電廠的理論框架，從資源運(yùn)行特性、分層互動(dòng)機(jī)理和虛擬電廠動(dòng)態(tài)聚合等方面分析了分布式資源聚合互動(dòng)調(diào)控的技術(shù)瓶頸。文獻(xiàn)[19]從區(qū)塊鏈的角度分析了虛擬電廠參與電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的關(guān)鍵技術(shù)，闡述了不同鏈下的虛擬電廠運(yùn)營(yíng)策略。文獻(xiàn)[20]分析了博弈論在協(xié)調(diào)虛擬電廠和分布式能源方面的優(yōu)勢(shì)，從合作博弈和非合作博弈2方面綜述當(dāng)前研究進(jìn)展。文獻(xiàn)[21]探討了虛擬電廠參與電力市場(chǎng)的收益分配問題，詳細(xì)對(duì)比了主從博弈、Shapley值、競(jìng)價(jià)機(jī)制等對(duì)虛擬電廠中各主體運(yùn)營(yíng)效益的影響。然而，針對(duì)含大規(guī)模、小容量、分散式靈活性資源的虛擬電廠，目前尚缺乏對(duì)其在電力市場(chǎng)環(huán)境中技術(shù)方法的系統(tǒng)性綜述。現(xiàn)有靈活性資源虛擬電廠示范項(xiàng)目初步實(shí)現(xiàn)了理論方法向?qū)嵺`應(yīng)用的跨越，驗(yàn)證了虛擬電廠技術(shù)在實(shí)現(xiàn)降本增效、削峰填谷、緩解阻塞、降低電價(jià)等方面的優(yōu)勢(shì)，為虛擬電廠從起步階段向推廣階段的過渡提供了先導(dǎo)性參考案例。在一系列示范工程和專題研究的牽引下，虛擬電廠與電力市場(chǎng)的基本互動(dòng)模式已初步形成，其代表性虛擬電廠示范項(xiàng)目的建設(shè)和分布情況詳見文獻(xiàn)[24-27]。

值得注意的是，虛擬電廠技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)在國(guó)內(nèi)外存在差異，這些差異主要受國(guó)內(nèi)外能源結(jié)構(gòu)、市場(chǎng)環(huán)境、法規(guī)政策等因素的影響，具體差別如下。

1）國(guó)外虛擬電廠項(xiàng)目的發(fā)展相對(duì)較早，已經(jīng)有一些商業(yè)化的示范項(xiàng)目，且聚焦于市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)和商業(yè)模式創(chuàng)新。相比之下，國(guó)內(nèi)虛擬電廠項(xiàng)目目前處于快速發(fā)展階段，現(xiàn)有示范項(xiàng)目為虛擬電廠從起步階段向推廣階段的過渡提供了先導(dǎo)性參考案例。

2）國(guó)內(nèi)針對(duì)調(diào)峰市場(chǎng)的虛擬電廠示范項(xiàng)目較多，調(diào)峰市場(chǎng)是中國(guó)特色且發(fā)展成熟，目前正逐步利用先進(jìn)算法和數(shù)據(jù)分析工具挖掘調(diào)峰潛力；國(guó)外調(diào)峰市場(chǎng)與電能量市場(chǎng)未作區(qū)分，因此沒有針對(duì)調(diào)峰服務(wù)的虛擬電廠項(xiàng)目。

3）國(guó)外大部分虛擬電廠項(xiàng)目呈現(xiàn)分布式、小規(guī)模、服務(wù)特色場(chǎng)景的特點(diǎn)，著重面向?qū)嶋H的調(diào)節(jié)需求。相比而言，國(guó)內(nèi)虛擬電廠朝向源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化趨勢(shì)發(fā)展，近年來中國(guó)鼓勵(lì)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化方面的政策日益增多，國(guó)家能源局《2023年能源監(jiān)管工作要點(diǎn)》明確鼓勵(lì)支持虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，鼓勵(lì)發(fā)展電力源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化。山西、深圳、廣東等地發(fā)布了大量虛擬電廠政策機(jī)制和統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)平臺(tái)，引導(dǎo)虛擬電廠規(guī)范運(yùn)行、統(tǒng)一發(fā)展。

通過對(duì)現(xiàn)有研究成果和示范項(xiàng)目歸納可知，目前國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)市場(chǎng)環(huán)境下靈活性資源虛擬電廠的運(yùn)營(yíng)模式和技術(shù)體系已經(jīng)達(dá)成了基本共識(shí)，形成了“4個(gè)階段、3類主體、2層管理、1套閉環(huán)”的運(yùn)營(yíng)管控模式，具體如圖1所示。其中，第1個(gè)層面是虛擬電廠與靈活性資源之間的能量管理和運(yùn)行控制層；第2個(gè)層面是電力市場(chǎng)與虛擬電廠之間的市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)和交易決策層。通過各主體和各階段的方案配合和協(xié)同管理，最終形成一整套技術(shù)閉合鏈路。

圖1  市場(chǎng)環(huán)境下靈活性資源虛擬電廠實(shí)施流程

Fig.1  Implementation procedure of the virtual power plant with flexible resources in the power market environment

為實(shí)現(xiàn)海量異構(gòu)分散式靈活性資源在電力市場(chǎng)環(huán)境下高效統(tǒng)籌管理，虛擬電廠技術(shù)應(yīng)聚焦靈活性資源運(yùn)營(yíng)調(diào)控的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，在靈活性資源聚合建模、競(jìng)標(biāo)報(bào)價(jià)和運(yùn)行控制3個(gè)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行重點(diǎn)突破，實(shí)現(xiàn)各類技術(shù)方法全鏈路協(xié)調(diào)配合，從而有效釋放靈活性資源的調(diào)控潛力。因此，本文結(jié)合3個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的問題挑戰(zhàn)、研究進(jìn)展和攻關(guān)方向進(jìn)行重點(diǎn)總結(jié)和討論。

1.2  市場(chǎng)環(huán)境下靈活性資源虛擬電廠技術(shù)挑戰(zhàn)

本節(jié)對(duì)市場(chǎng)環(huán)境下靈活性資源虛擬電廠關(guān)鍵挑戰(zhàn)總結(jié)如下。

1）靈活性資源虛擬電廠聚合建模技術(shù)挑戰(zhàn)。

隨著分散式儲(chǔ)能、充電樁、暖通負(fù)荷等種類多樣、位置分散、形式泛在的靈活性資源規(guī)模與日俱增，虛擬電廠中靈活性資源設(shè)備往往數(shù)量巨大、種類繁雜，若對(duì)各設(shè)備逐個(gè)單獨(dú)建模，虛擬電廠管理者將面臨高維復(fù)雜的優(yōu)化計(jì)算難題。因此，有必要對(duì)靈活性資源的聚合等值模型進(jìn)行研究，助力虛擬電廠管理者對(duì)大規(guī)模的小容量靈活性資源進(jìn)行統(tǒng)一管理和聚合調(diào)控。靈活性資源虛擬電廠聚合建模技術(shù)主要分為2個(gè)層面，其一是海量異構(gòu)設(shè)備的節(jié)點(diǎn)級(jí)靈活性資源聚合；其二是考慮電網(wǎng)安全約束的網(wǎng)絡(luò)級(jí)虛擬電廠聚合。相關(guān)技術(shù)問題面臨的核心挑戰(zhàn)總結(jié)如下。

針對(duì)海量異構(gòu)設(shè)備的節(jié)點(diǎn)級(jí)靈活性資源聚合問題，其挑戰(zhàn)在于如何對(duì)多元異構(gòu)、參數(shù)異質(zhì)、規(guī)模龐大的海量分布式靈活性資源的調(diào)控潛力進(jìn)行聚合、等值和建模。從數(shù)學(xué)模型層面來說，每個(gè)可調(diào)設(shè)備的靈活性都可以表示為以多面體為邊界的可行域，一簇靈活性資源的聚合可行域等于所有單個(gè)設(shè)備可行域的閔可夫斯基和（Minkowski Sum）。然而，多面體閔可夫斯基和的計(jì)算是一個(gè)復(fù)雜的NP-hard難題，目前尚缺少通用的高效率求解方法，在靈活性資源數(shù)量龐大的場(chǎng)景中，該問題將變得愈加復(fù)雜和難以計(jì)算。

針對(duì)考慮電網(wǎng)安全約束的網(wǎng)絡(luò)級(jí)虛擬電廠聚合問題，其挑戰(zhàn)在于如何針對(duì)虛擬電廠內(nèi)部潮流、電壓等網(wǎng)絡(luò)約束對(duì)并網(wǎng)接口功率的影響進(jìn)行建模，進(jìn)而刻畫虛擬電廠并網(wǎng)接口的調(diào)控潛力，評(píng)估考慮網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜统绷骷s束情況下虛擬電廠的整體靈活性。由于海量異構(gòu)分散式靈活性資源的模型和參數(shù)存在顯著差異，難以統(tǒng)籌表征和統(tǒng)一建模，且靈活性資源的功率響應(yīng)和調(diào)控指令之間往往存在不可避免的偏差，該場(chǎng)景下各靈活性資源對(duì)虛擬電廠并網(wǎng)接口的影響難以量化表征，如何刻畫出一個(gè)安全、可信、經(jīng)濟(jì)的虛擬電廠并網(wǎng)接口等值模型是當(dāng)前研究面臨的核心問題。

相比傳統(tǒng)電廠，虛擬電廠聚合建模綜合考慮了多種資源的協(xié)同效應(yīng)，其模型須適應(yīng)異構(gòu)資源的需求。這與傳統(tǒng)電廠主要聚焦于單一能源資源的穩(wěn)定出力和調(diào)控不同。此外，虛擬電廠聚合建模須應(yīng)對(duì)多源不確定性和模型參數(shù)難以準(zhǔn)確獲取問題，在建模時(shí)不僅要考慮系統(tǒng)的整體優(yōu)化，還要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整以應(yīng)對(duì)市場(chǎng)規(guī)則和電力系統(tǒng)需求的變化。而傳統(tǒng)電廠模型則更多關(guān)注于維護(hù)單一電廠的穩(wěn)定運(yùn)行，調(diào)度較為簡(jiǎn)單，靈活性和市場(chǎng)適應(yīng)性要求較低。

2）靈活性資源虛擬電廠競(jìng)標(biāo)報(bào)價(jià)技術(shù)挑戰(zhàn)。

在全國(guó)統(tǒng)一大市場(chǎng)的建設(shè)推進(jìn)下，無論虛擬電廠，亦或是傳統(tǒng)市場(chǎng)主體，均要通過電力市場(chǎng)交易中心的統(tǒng)一組織和協(xié)調(diào)參與市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)，其市場(chǎng)交易實(shí)施流程都應(yīng)包括參與者投標(biāo)、市場(chǎng)出清、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、收益結(jié)算等過程，市場(chǎng)主體都需要考慮和管理相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)，如能源價(jià)格波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)、供需不平衡風(fēng)險(xiǎn)等，都追求經(jīng)濟(jì)效益和盈利，通過優(yōu)化能源運(yùn)營(yíng)和交易決策來實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化。然而，考慮到虛擬電廠的特殊性，其市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)策略相比傳統(tǒng)市場(chǎng)主體之間還存在一定差異。虛擬電廠通過智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多種能源資源的協(xié)同運(yùn)營(yíng)和管理，具有高度靈活性和可調(diào)度性，可以根據(jù)市場(chǎng)需求和能源供需情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。而傳統(tǒng)市場(chǎng)主體通常采取一種或少數(shù)幾種能源資源進(jìn)行運(yùn)營(yíng)，運(yùn)營(yíng)模式相對(duì)固定。相比傳統(tǒng)市場(chǎng)主體，虛擬電廠在市場(chǎng)交易中更多扮演中間載體的功能，更多是負(fù)責(zé)一種多級(jí)協(xié)同配合的市場(chǎng)架構(gòu)，既要負(fù)責(zé)向上參與市場(chǎng)交易，又要負(fù)責(zé)權(quán)衡底層靈活性資源設(shè)備的運(yùn)營(yíng)效益。

相比傳統(tǒng)電廠，靈活性資源虛擬電廠將面對(duì)更加多元的電力市場(chǎng)環(huán)境，可以同時(shí)參與多類輔助服務(wù)市場(chǎng)，能夠做到調(diào)峰、調(diào)頻、備用、調(diào)壓多服務(wù)協(xié)同供給。此外，虛擬電廠需要為電力市場(chǎng)交易中心、靈活性資源所屬者等多類主體提供服務(wù)，不同運(yùn)營(yíng)主體之間存在利益沖突，如何設(shè)計(jì)合理的市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)策略，以實(shí)現(xiàn)電力市場(chǎng)、虛擬電廠、靈活性資源之間協(xié)調(diào)配合和利益均衡是當(dāng)前研究的重要挑戰(zhàn)。

3）靈活性資源虛擬電廠運(yùn)行控制技術(shù)挑戰(zhàn)。

無論是虛擬電廠還是傳統(tǒng)發(fā)電廠，其能量管理與運(yùn)行控制方法都應(yīng)與電力系統(tǒng)的多時(shí)間尺度調(diào)度相互配合。因此，在電力市場(chǎng)環(huán)境下，靈活性資源虛擬電廠的能量管理與運(yùn)行控制方法同樣應(yīng)包括日前調(diào)度-日內(nèi)滾動(dòng)-實(shí)時(shí)校正等環(huán)節(jié)，且應(yīng)與傳統(tǒng)電廠一樣為電網(wǎng)提供柔性調(diào)節(jié)能力，滿足電力系統(tǒng)的供能需求。

相比傳統(tǒng)電廠，虛擬電廠內(nèi)部資源種類更多，參與主體數(shù)量更大，不同主體之間存在效益分配和利益沖突問題。因此，虛擬電廠的能量管理和運(yùn)行控制面臨著系統(tǒng)整體優(yōu)化和各主體利益訴求之間協(xié)調(diào)和均衡的挑戰(zhàn)。此外，虛擬電廠實(shí)際運(yùn)行中面對(duì)多源不確定性問題，虛擬電廠的運(yùn)行控制需要考慮分布式電源出力和負(fù)荷預(yù)測(cè)的不確定性。

02

靈活性資源虛擬電廠聚合建模方法

靈活性資源虛擬電廠的聚合建模方法主要分為面向海量異構(gòu)設(shè)備的節(jié)點(diǎn)級(jí)靈活性資源聚合方法和考慮電網(wǎng)安全約束的網(wǎng)絡(luò)級(jí)虛擬電廠聚合方法2類，其聚合架構(gòu)形式如圖2所示。

圖2  靈活性資源虛擬電廠聚合架構(gòu)

Fig.2  Aggregated architecture of flexible resource virtual power plants

2.1  節(jié)點(diǎn)級(jí)靈活性資源虛擬電廠聚合建模方法

針對(duì)海量異構(gòu)設(shè)備的節(jié)點(diǎn)級(jí)靈活性資源聚合問題，為避免求解海量靈活性資源的精確聚合可行域，專家學(xué)者提出了一系列低復(fù)雜度算法對(duì)靈活性資源聚合模型進(jìn)行近似，具體可以細(xì)分為3類。

1）外包近似法。

文獻(xiàn)[34-35]通過對(duì)設(shè)備容量參數(shù)求和，近似求解靈活性資源的群體可調(diào)范圍。文獻(xiàn)[36-37]求解了靈活性資源可行域的最小外包多面體，使得近似后的靈活性資源靈活性完全不受損失。然而，外包近似法會(huì)擴(kuò)大靈活性資源的原始可行域，存在分解后的指令不可行風(fēng)險(xiǎn)。因此，這類方法往往需要設(shè)計(jì)額外的校正策略對(duì)設(shè)備分解指令進(jìn)行修正，從而保障下發(fā)的調(diào)控指令不違背設(shè)備的物理模型約束，這必然會(huì)增加系統(tǒng)的通信負(fù)擔(dān)和計(jì)算復(fù)雜度。

2）內(nèi)接近似法。

目前，主流的內(nèi)接近似方法可以分為調(diào)節(jié)范圍評(píng)估和多面體內(nèi)接近似2類。其中，多面體內(nèi)接近似方法又可以分為盒狀近似方法、對(duì)稱多面體近似方法和虛擬儲(chǔ)能模型近似方法。文獻(xiàn)[44]提出了一種基于分布魯棒機(jī)會(huì)約束的可行域內(nèi)接近似理論，將無序分布式能源轉(zhuǎn)換成有序靈活性資源，顯著提升調(diào)控中心建模和計(jì)算效率。內(nèi)接近似方法雖然會(huì)在一定程度上犧牲設(shè)備的調(diào)控靈活性，但其可以確保分解指令嚴(yán)格滿足各設(shè)備物理模型的可行域約束。因此，如何兼顧不同種類資源的模型特征，擴(kuò)大內(nèi)接近似模型的可行域，挖掘和釋放海量靈活性資源的調(diào)控潛力亟需進(jìn)一步解決。

3）參數(shù)近似法。

參數(shù)近似法針對(duì)靈活性資源集群的聚合問題構(gòu)建一個(gè)物理意義更加明確的聚合參考模型，并提出了評(píng)估靈活性資源集群可調(diào)節(jié)能力的量化指標(biāo)體系，從而能夠在特定的應(yīng)用場(chǎng)景下快速計(jì)算得到相應(yīng)的聚合集群靈活性量化指標(biāo)。文獻(xiàn)[45]提出了評(píng)估靈活性資源集群可調(diào)節(jié)能力的量化指標(biāo)體系。文獻(xiàn)[46]基于參數(shù)辨識(shí)評(píng)估溫控負(fù)荷集群的響應(yīng)能力，評(píng)估算法考慮了響應(yīng)功率和響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)2個(gè)能力指標(biāo)。參數(shù)近似法基于物理意義明確的等效模型，通過參數(shù)估計(jì)和數(shù)據(jù)擬合等研究手段，獲得規(guī)模化靈活性資源的等效近似參數(shù)，其缺陷在于各類靈活性資源的物理模型存在一定差異，參數(shù)近似法難以實(shí)現(xiàn)對(duì)海量、異構(gòu)、多元化可調(diào)資源的靈活性進(jìn)行統(tǒng)一建模和表征。

2.2  網(wǎng)絡(luò)級(jí)靈活性資源虛擬電廠聚合建模方法

針對(duì)考慮電網(wǎng)安全約束的網(wǎng)絡(luò)級(jí)虛擬電廠聚合問題，如何刻畫虛擬電廠并網(wǎng)端口的調(diào)控潛力，是學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。具體可以分為以下3類。

1）抽樣仿真法。

結(jié)合靈活性資源和分布式能源的出力特征和功率分布，采用蒙特卡洛等抽樣方法，生成大批量虛擬電廠運(yùn)行場(chǎng)景，輔以虛擬電廠內(nèi)部生產(chǎn)模擬和運(yùn)行仿真技術(shù)，可以評(píng)估和擬合得到虛擬電廠并網(wǎng)接口的有功功率與無功功率關(guān)聯(lián)關(guān)系和分布范圍。

2）優(yōu)化評(píng)估法。

考慮虛擬電廠內(nèi)部潮流安全和電壓范圍約束，以最大化有功功率調(diào)節(jié)范圍為目標(biāo)，通過優(yōu)化計(jì)算可以給出不同無功功率或不同功率因數(shù)下有功功率的最大/最小調(diào)節(jié)范圍，輔以描點(diǎn)計(jì)算和曲線擬合方法，從而評(píng)估出虛擬電廠并網(wǎng)接口的功率調(diào)節(jié)范圍。

3）邊界收縮法。

首先構(gòu)建符合規(guī)范化形狀的外接多面體，然后通過對(duì)該外接多面體進(jìn)行形體放縮或邊界搜索，獲得并網(wǎng)點(diǎn)處等效發(fā)電機(jī)設(shè)備或等效儲(chǔ)能設(shè)備的調(diào)節(jié)范圍。常見的計(jì)算方法包括高維立方體法、內(nèi)切高維橢球法、高維多面體投影及邊界收縮算法。

值得注意的是，抽樣仿真和優(yōu)化評(píng)估方法的優(yōu)勢(shì)在于，當(dāng)抽樣和仿真場(chǎng)景充足的情況下，可以無限逼近精確的虛擬電廠聚合可行域，缺陷在于計(jì)算負(fù)擔(dān)較大。相比之下，邊界收縮的優(yōu)勢(shì)在于計(jì)算負(fù)擔(dān)相比前2類方法更小，缺點(diǎn)是會(huì)造成一定程度的靈活性損失。

03

靈活性資源虛擬電廠競(jìng)標(biāo)報(bào)價(jià)策略

根據(jù)虛擬電廠的競(jìng)標(biāo)報(bào)價(jià)方案是否會(huì)對(duì)電力市場(chǎng)的出清電價(jià)產(chǎn)生影響，虛擬電廠的市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)方法可以分為2類。第1類方法將虛擬電廠建模為價(jià)格接受者，常用于虛擬電廠體量較小的場(chǎng)景；第2類方法將虛擬電廠建模為定價(jià)參與者，常用于虛擬電廠體量相對(duì)較大，足以影響市場(chǎng)價(jià)格的場(chǎng)景。虛擬電廠參與市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模式如圖3所示。

圖3  虛擬電廠參與市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模式

Fig.3  Market operation model of the virtual power plants

3.1  虛擬電廠作為價(jià)格接受者的競(jìng)標(biāo)報(bào)價(jià)方法

當(dāng)虛擬電廠體量較小，不足以影響電力市場(chǎng)的出清電價(jià)時(shí)，虛擬電廠通常被建模為價(jià)格接受者參與電力市場(chǎng)交易。在這種場(chǎng)景下，由于虛擬電廠對(duì)電力市場(chǎng)出清價(jià)格的影響較小，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)者往往采用“只報(bào)量”競(jìng)標(biāo)方法策略，向上級(jí)市場(chǎng)提交分時(shí)電量曲線。在該模式下，通過對(duì)不同類別的靈活性資源協(xié)調(diào)調(diào)度，結(jié)合電價(jià)和靈活性資源的預(yù)測(cè)結(jié)果，虛擬電廠向上級(jí)電力市場(chǎng)遞交的競(jìng)標(biāo)方案，以達(dá)到市場(chǎng)套利的目的。文獻(xiàn)[56]考慮可調(diào)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒踩s束，以最大化運(yùn)營(yíng)利潤(rùn)或最小化運(yùn)營(yíng)成本為目標(biāo)，通過多時(shí)段聯(lián)合優(yōu)化獲得虛擬電廠向上級(jí)電力市場(chǎng)的申報(bào)功率曲線。文獻(xiàn)[57-58]建立了虛擬電廠產(chǎn)消者模型，利用遺傳算法對(duì)非線性混合整數(shù)規(guī)劃問題進(jìn)行了求解，通過調(diào)節(jié)內(nèi)部分布式發(fā)電機(jī)組和儲(chǔ)能裝置的發(fā)電和用電功率，向上級(jí)電力市場(chǎng)提供能量和備用服務(wù)。邊際成本定價(jià)理論是虛擬電廠運(yùn)用經(jīng)濟(jì)學(xué)中的一種邊際分析原理，決策基于每增加單位產(chǎn)出所帶來的額外收益與成本。文獻(xiàn)[59]基于邊際成本函數(shù)的解析表征方法，計(jì)算了多參數(shù)與成本的分段映射關(guān)系，進(jìn)而參與市場(chǎng)交易。需求響應(yīng)也是虛擬電廠調(diào)節(jié)內(nèi)部資源的有效途徑，文獻(xiàn)[60-61]將虛擬電廠作為價(jià)格接受者時(shí)的柔性負(fù)荷進(jìn)行需求響應(yīng)，獲取調(diào)峰收益。

3.2  虛擬電廠作為定價(jià)參與者的競(jìng)標(biāo)報(bào)價(jià)方法

當(dāng)虛擬電廠體量較大，足夠影響電力市場(chǎng)的出清電價(jià)時(shí)，虛擬電廠可以被建模為定價(jià)參與者參與電力市場(chǎng)交易。在這種場(chǎng)景下，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)者可以采用更加靈活性的“報(bào)量報(bào)價(jià)”競(jìng)標(biāo)策略，同時(shí)向上級(jí)市場(chǎng)提交分時(shí)電量申報(bào)范圍和分段報(bào)價(jià)曲線。“報(bào)量報(bào)價(jià)”常用競(jìng)標(biāo)方法有以下3種。

1）基于成本函數(shù)分段線性化的競(jìng)標(biāo)方法。

通過將虛擬電廠的聚合成本函數(shù)分段線性化，可以獲得與虛擬電廠邊際運(yùn)行成本一致的分段成本曲線。基于真實(shí)的分段成本曲線進(jìn)行競(jìng)標(biāo)報(bào)價(jià)可以保障虛擬電廠收益的穩(wěn)定，確保市場(chǎng)參與者不虧損。在實(shí)際成本曲線基礎(chǔ)上進(jìn)行報(bào)價(jià)調(diào)整，可以一定程度上影響市場(chǎng)出清結(jié)果，進(jìn)一步增加虛擬電廠競(jìng)標(biāo)收益。此外，這種競(jìng)標(biāo)方法對(duì)于電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)者而言是最佳的，若所有市場(chǎng)參與者都根據(jù)其真實(shí)的發(fā)電成本進(jìn)行報(bào)價(jià)，整個(gè)電力市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)效益可以達(dá)到最佳。

2）基于分層優(yōu)化的競(jìng)標(biāo)方法。

分層優(yōu)化方法常用于制定虛擬電廠“報(bào)量報(bào)價(jià)”競(jìng)標(biāo)方案，以提高虛擬電廠在電力市場(chǎng)中的收益為目標(biāo)，上層模型用于優(yōu)化虛擬電廠競(jìng)標(biāo)策略，下層模型用于評(píng)估虛擬電廠不同競(jìng)標(biāo)方案下的運(yùn)營(yíng)效益。基于分層優(yōu)化方法對(duì)配網(wǎng)公司、儲(chǔ)能設(shè)備、工業(yè)大用戶和多能聚合商參與電力市場(chǎng)的競(jìng)標(biāo)方案進(jìn)行優(yōu)化，能明顯提高市場(chǎng)參與者的決策靈活性和運(yùn)營(yíng)效益。文獻(xiàn)[68]在零售市場(chǎng)下對(duì)聚合商的報(bào)量報(bào)價(jià)策略進(jìn)行建模，提出了基于雙層優(yōu)化的電力聚合商競(jìng)標(biāo)模型。文獻(xiàn)[65]針對(duì)由需求側(cè)響應(yīng)和可再生能源機(jī)組組成的虛擬電廠，提出了一種考慮市場(chǎng)結(jié)算過程的多參與者競(jìng)標(biāo)策略，對(duì)不同場(chǎng)景中的風(fēng)險(xiǎn)收益和應(yīng)用效果進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)[69]提出了考慮購(gòu)售風(fēng)險(xiǎn)的虛擬電廠內(nèi)層資源與外層市場(chǎng)的雙層競(jìng)標(biāo)策略。這些方法的應(yīng)用進(jìn)一步提升了分層優(yōu)化的效果，使得虛擬電廠能夠根據(jù)實(shí)時(shí)市場(chǎng)信號(hào)、負(fù)荷預(yù)測(cè)和市場(chǎng)價(jià)格進(jìn)行高效的調(diào)整，從而提高了電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。在大規(guī)模的電力系統(tǒng)調(diào)控中，分層優(yōu)化的競(jìng)標(biāo)方法使虛擬電廠在面對(duì)電力需求波動(dòng)、市場(chǎng)價(jià)格變化及系統(tǒng)的不確定性時(shí)，能夠靈活調(diào)整競(jìng)標(biāo)策略和資源配置。

3）基于價(jià)格配額曲線的競(jìng)標(biāo)方法。

價(jià)格配額曲線反映了電量與電價(jià)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，已被用于柔性負(fù)荷聚合商、可再生能源發(fā)電商、儲(chǔ)能裝置和電池設(shè)備等多類靈活性資源的競(jìng)標(biāo)模型中。通過引入整數(shù)變量和分段線性化方法，可以將價(jià)格配額曲線轉(zhuǎn)換成競(jìng)標(biāo)優(yōu)化問題中的混合整數(shù)線性約束，進(jìn)而模擬市場(chǎng)參與者在不同競(jìng)標(biāo)行為下的市場(chǎng)出清結(jié)果，極大地簡(jiǎn)化了對(duì)電力市場(chǎng)出清過程的建模。此外，這種方法對(duì)市場(chǎng)中競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手信息的依賴程度低，適合在參與者眾多、競(jìng)爭(zhēng)激烈的大規(guī)模電力市場(chǎng)環(huán)境中應(yīng)用。

04

靈活性資源虛擬電廠運(yùn)行控制方法

根據(jù)虛擬電廠運(yùn)營(yíng)者與靈活性資源所屬者的從屬關(guān)系，虛擬電廠能量管理和運(yùn)行控制方法可以分為2類。第1類是當(dāng)二者歸屬同一主體情況下的經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，第2類是當(dāng)二者分屬不同主體情況下的協(xié)同運(yùn)營(yíng)方法。虛擬電廠項(xiàng)目通過集成多種分布式能源資源，如太陽能、風(fēng)能、儲(chǔ)能等，利用智能控制系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同運(yùn)營(yíng)和管理。無論虛擬電廠還是傳統(tǒng)發(fā)電廠，其能量管理與運(yùn)行調(diào)控方法都應(yīng)與電力系統(tǒng)的多時(shí)間尺度調(diào)度相互配合，都采用時(shí)序遞進(jìn)的調(diào)控模式，虛擬電廠時(shí)序遞進(jìn)調(diào)控模式如圖4所示。

圖4  虛擬電廠時(shí)序遞進(jìn)調(diào)控模式

Fig.4  Progressive control mode of virtual power plants in time series

4.1  同主體場(chǎng)景下虛擬電廠運(yùn)行控制方法

當(dāng)靈活性資源設(shè)備歸虛擬電廠運(yùn)營(yíng)者統(tǒng)一管理時(shí)，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)者與靈活性資源所屬者具有相同的利益訴求，虛擬電廠可以直接向各靈活性資源設(shè)備下發(fā)調(diào)度指令。文獻(xiàn)[76]提出了一種考慮建筑物室內(nèi)溫度需求約束的日前負(fù)荷調(diào)度方法，為商業(yè)建筑帶來更多利潤(rùn)。文獻(xiàn)[34-35]分別基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法提出了面向需求側(cè)資源聚合商的定價(jià)策略和競(jìng)標(biāo)策略，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷聚合商靈活性運(yùn)行。文獻(xiàn)[57-58]分別建立了虛擬電廠和配電網(wǎng)的優(yōu)化調(diào)度模型，通過對(duì)可中斷負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置和分布式電源協(xié)調(diào)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)在能量市場(chǎng)和旋轉(zhuǎn)備用市場(chǎng)中套利。對(duì)需求側(cè)響應(yīng)和插拔式電動(dòng)汽車充電負(fù)荷的能量管理結(jié)果表明，虛擬電廠是實(shí)現(xiàn)規(guī)模化靈活性資源的協(xié)調(diào)高效運(yùn)營(yíng)，提升系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的有效手段。

此外，由于靈活性資源種類繁多且能為電力系統(tǒng)提供多類服務(wù)，虛擬電廠的能量和輔助服務(wù)聯(lián)合調(diào)度方法成為近年來的研究熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[81-82]考慮了能量市場(chǎng)、旋轉(zhuǎn)備用市場(chǎng)和調(diào)頻市場(chǎng)的耦合關(guān)系，賦能儲(chǔ)能裝置為電力系統(tǒng)提供多類服務(wù)。文獻(xiàn)[63]以最小化配電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本為目標(biāo)，設(shè)計(jì)配電網(wǎng)內(nèi)部多種設(shè)備協(xié)同調(diào)度方案，為上級(jí)電網(wǎng)提供功率平衡和旋轉(zhuǎn)備用服務(wù)。文獻(xiàn)[83]提出了包含聚合、調(diào)控、分解、校正全鏈路實(shí)施流程的虛擬電廠多時(shí)間尺度調(diào)度模式，在保障虛擬電廠運(yùn)營(yíng)收益的同時(shí)顯著降低了系統(tǒng)計(jì)算負(fù)擔(dān)。考慮能量市場(chǎng)與輔助服務(wù)市場(chǎng)的耦合約束，兼顧輔助服務(wù)調(diào)頻指令不確定性對(duì)虛擬電廠內(nèi)部潮流安全的影響，文獻(xiàn)[84]提出了計(jì)及潮流安全約束的虛擬電廠能量和輔助服務(wù)聯(lián)合魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，降低支路潮流/節(jié)點(diǎn)電壓越限概率。此外，虛擬電廠參與電-碳市場(chǎng)、電-綠證市場(chǎng)聯(lián)合交易與調(diào)度方面的研究同樣是近年來的熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[85]引入綠證-碳排等價(jià)抵消機(jī)制以實(shí)現(xiàn)綠證交易和碳交易的銜接，提出一種考慮電-碳-綠證市場(chǎng)耦合的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)日前優(yōu)化調(diào)度模型。文獻(xiàn)[86]將綠證-碳交易引入電轉(zhuǎn)氣設(shè)備和含碳捕集電廠的綜合能源系統(tǒng)調(diào)度。文獻(xiàn)[87]量化新能源供能碳減排大小，利用綠證聯(lián)動(dòng)綠證和碳市場(chǎng)，引入歷史配額完成度及預(yù)測(cè)精確度以衡量配額分配和綠證獲取。

虛擬電廠參與電-碳市場(chǎng)、電-綠證市場(chǎng)聯(lián)合交易與調(diào)度會(huì)帶來3方面的影響。在目標(biāo)函數(shù)方面，電-碳聯(lián)合調(diào)度會(huì)在原電調(diào)度的基礎(chǔ)增加與碳排放相關(guān)的目標(biāo)函數(shù)，增加多目標(biāo)優(yōu)化問題的復(fù)雜度，目標(biāo)函數(shù)還須考慮對(duì)碳交易、碳排放補(bǔ)償和碳排放損失的增量建模；在約束條件方面，優(yōu)化調(diào)度模型在約束條件方面還須增加對(duì)碳排放約束和收益約束的建模；在求解方法方面，虛擬電廠參與電-碳市場(chǎng)、電-綠證市場(chǎng)聯(lián)合交易與調(diào)度增大模型復(fù)雜度，引入更多混合整數(shù)變量，對(duì)模型及算法的求解效率提出了更高要求，文獻(xiàn)[88]建立的階梯制碳交易機(jī)制引入了3個(gè)新的參數(shù)包括碳交易基價(jià)、價(jià)格增長(zhǎng)率和區(qū)間長(zhǎng)度，引入了更多整數(shù)變量將原始優(yōu)化問題變?yōu)楦笠?guī)模的混合整數(shù)規(guī)劃問題。亟需研究混合整數(shù)規(guī)劃的分支定界法、啟發(fā)式方法等更高效率的方法進(jìn)行求解。

考慮到虛擬電廠中聚納了不同種類的源、荷資源，其不確定性來源包括電源和負(fù)荷2個(gè)層面。因此，應(yīng)結(jié)合源荷資源的各自特征和不確定性特點(diǎn)，分別提出應(yīng)對(duì)方法。現(xiàn)有研究針對(duì)虛擬電廠中源、荷不確定性的應(yīng)對(duì)方法主要如下。

1）針對(duì)虛擬電廠中風(fēng)電、光伏等新能源出力隨機(jī)波動(dòng)帶來的電源側(cè)不確定性問題，現(xiàn)有虛擬電廠運(yùn)行控制方法主要采用魯棒優(yōu)化、隨機(jī)優(yōu)化、機(jī)會(huì)約束等方法。在魯棒優(yōu)化方面，傳統(tǒng)的單階段魯棒優(yōu)化調(diào)度結(jié)果無法保證極端情況下的經(jīng)濟(jì)性，因此學(xué)術(shù)界產(chǎn)生了兩階段魯棒優(yōu)化調(diào)度模型。文獻(xiàn)[90]將兩階段魯棒優(yōu)化調(diào)度方法應(yīng)用于虛擬電廠的實(shí)際調(diào)度，使得虛擬電廠調(diào)度決策更能適應(yīng)風(fēng)光出力的不確定性；在隨機(jī)優(yōu)化方面，文獻(xiàn)[91]采用隨機(jī)優(yōu)化處理多源不確定性問題，用拉丁超立方法生成海量隨機(jī)場(chǎng)景，構(gòu)建考慮多種隨機(jī)因素的虛擬電廠經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型。在機(jī)會(huì)約束方面，文獻(xiàn)[92]建立了基于雙層模糊機(jī)會(huì)約束規(guī)劃的虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度模型。文獻(xiàn)[93]采用機(jī)會(huì)約束規(guī)劃建模來描述由隨機(jī)變量帶來的不確定性，針對(duì)機(jī)會(huì)約束規(guī)劃處理中所伴隨的失負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)，并建立風(fēng)險(xiǎn)量化指標(biāo)。

2）針對(duì)虛擬電廠中柔性負(fù)荷模型參數(shù)不準(zhǔn)確、響應(yīng)與指令之間存在偏差的問題，現(xiàn)有虛擬電廠運(yùn)行控制方法主要采用魯棒優(yōu)化、滾動(dòng)更新、反饋校正等方法。魯棒優(yōu)化方法主要是保證一定置信水平下模型的可靠性，通過穩(wěn)健的調(diào)度方案來應(yīng)對(duì)負(fù)荷側(cè)不確定性。為應(yīng)對(duì)充電站儲(chǔ)能能量管理策略中充電負(fù)荷不確定造成的影響，文獻(xiàn)[94]提出了考慮負(fù)荷預(yù)測(cè)不確定性的儲(chǔ)能魯棒實(shí)時(shí)控制策略，滾動(dòng)更新主要是用多時(shí)間尺度調(diào)度的方法來應(yīng)對(duì)負(fù)荷側(cè)的不確定性，此種方法不以犧牲經(jīng)濟(jì)性為代價(jià)來保證魯棒性。文獻(xiàn)[95]中虛擬電廠滾動(dòng)修正其聚合模型，每15 min更新一次超短期預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)用于計(jì)算下一個(gè)周期的負(fù)荷側(cè)設(shè)備靈活性，反饋校正方法則根據(jù)虛擬電廠設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)更新模型，從而應(yīng)對(duì)負(fù)荷側(cè)響應(yīng)與指令之間存在偏差的問題。文獻(xiàn)[96]中反饋校正模型的目標(biāo)函數(shù)為日前及日內(nèi)優(yōu)化結(jié)果和實(shí)時(shí)AGC控制指令之間優(yōu)化誤差懲罰最小，進(jìn)而實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷需求的波動(dòng)。

4.2  多主體場(chǎng)景下虛擬電廠運(yùn)行控制方法

當(dāng)靈活性資源設(shè)備和虛擬電廠分屬不同的所有者時(shí)，二者之間存在利益沖突，為尊重不同運(yùn)營(yíng)主體的利益訴求，須分別構(gòu)建虛擬電廠和靈活性資源設(shè)備的效益模型，利用合理的價(jià)格激勵(lì)策略和利益分配機(jī)制實(shí)現(xiàn)二者的協(xié)同優(yōu)化。

將虛擬電廠運(yùn)營(yíng)優(yōu)化模型和各靈活性資源控制優(yōu)化模型分別置于不同的優(yōu)化層，構(gòu)建分層優(yōu)化問題，是實(shí)現(xiàn)不同利益主體之間協(xié)同運(yùn)營(yíng)的常用方法。現(xiàn)有分層優(yōu)化問題可以分為以下2類。

1）若將虛擬電廠優(yōu)化模型置于下層，各靈活性資源控制優(yōu)化模型置于上層，獲得多領(lǐng)導(dǎo)者-單追隨者的多階段博弈模型，通過上下層之間的交替迭代，搜索令所有參與者均滿意的納什均衡點(diǎn)，常用于解決多參與者之間的協(xié)同交易和競(jìng)標(biāo)報(bào)價(jià)問題。

2）若將虛擬電廠優(yōu)化模型置于上層，各靈活性資源控制優(yōu)化模型置于下層，獲得單領(lǐng)導(dǎo)者-多追隨者的主從博弈模型，通過設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)的交易價(jià)格，實(shí)現(xiàn)上下層決策方案在最優(yōu)價(jià)格點(diǎn)達(dá)到均衡，激勵(lì)下層的靈活性資源自發(fā)主動(dòng)地追蹤上層虛擬電廠的調(diào)度計(jì)劃。在文獻(xiàn)[66-67]中，聚合商通過制定時(shí)變的能源價(jià)格，調(diào)整多類分布式發(fā)電設(shè)備的能源供給曲線，實(shí)現(xiàn)供需匹配。

隨著社會(huì)各類資本逐步涌入電力市場(chǎng)，未來不同虛擬電廠將分屬于不同的市場(chǎng)利益方，各自追求自身利益的最大化，傳統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度方法可能面臨缺乏協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)的問題，將很難適用未來多虛擬電廠的市場(chǎng)場(chǎng)景。如何協(xié)調(diào)多個(gè)虛擬電廠的利益，實(shí)現(xiàn)多虛擬電廠的聯(lián)合調(diào)控運(yùn)行，是一個(gè)值得研究的問題。多虛擬電廠聯(lián)合管理與調(diào)控具有多主體效益沖突及利益協(xié)調(diào)、多主體之間信息隱私保護(hù)、求解方法主要基于分布式優(yōu)化和博弈論方法等特點(diǎn)。涉及到的分層調(diào)控與多階段博弈問題，須注意以下2個(gè)問題。

1）分層調(diào)控應(yīng)充分考慮虛擬電廠內(nèi)部柔性資源的物理特性，不僅從經(jīng)濟(jì)角度，還應(yīng)從技術(shù)角度考慮虛擬電廠對(duì)配電網(wǎng)的影響，經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的最優(yōu)化策略可能會(huì)對(duì)本地配電網(wǎng)安全運(yùn)行造成危害。

2）多階段博弈應(yīng)將配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商加入多虛擬電廠的博弈之中，通過調(diào)整電價(jià)引導(dǎo)虛擬電廠調(diào)整出力，多虛擬電廠之間的博弈也會(huì)影響配電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商電價(jià)的制定。

05

現(xiàn)有研究不足和未來攻堅(jiān)方向

現(xiàn)有理論方法和技術(shù)手段仍然存在以下局限性和研究難點(diǎn)，亟待進(jìn)一步解決。

1）目前靈活性資源聚合方式以加裝具備采集和控制功能的硬件連接設(shè)備為主，考慮電力系統(tǒng)海量異構(gòu)靈活性資源的設(shè)備種類多元、數(shù)量規(guī)模龐大、接入方式多樣，設(shè)備改造和聚合接入成本較高，給靈活性資源聚合管理模式的推廣帶來了巨大成本。為突破此窘境，一方面可以考慮引入適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償機(jī)制，激勵(lì)設(shè)備生產(chǎn)商的積極性，打通與運(yùn)營(yíng)商設(shè)備管理云平臺(tái)的資源對(duì)接，從而降低資源聚合接入的改造和運(yùn)營(yíng)成本；另一方面可以推進(jìn)與即時(shí)通訊和智能感知技術(shù)的融合，提高靈活性資源設(shè)備和智能可調(diào)終端的可接入范圍和可觀可控能力。對(duì)于存在大量模型和參數(shù)不準(zhǔn)確的可調(diào)資源和異構(gòu)終端，在聚合建模層面，應(yīng)攻克基于實(shí)況狀態(tài)即時(shí)反饋和機(jī)器學(xué)習(xí)方法的海量異構(gòu)資源群體動(dòng)態(tài)規(guī)律認(rèn)知技術(shù)，對(duì)虛擬電廠可調(diào)能力和可行域的動(dòng)態(tài)建模和精準(zhǔn)評(píng)估，獲得上級(jí)市場(chǎng)或調(diào)控中心可信的安全調(diào)節(jié)空間，提高模型與現(xiàn)實(shí)物理環(huán)境的貼合度。

2）隨著電力市場(chǎng)全面開放和輔助服務(wù)市場(chǎng)類別的日益增加，有必要對(duì)計(jì)及能量-輔助服務(wù)市場(chǎng)耦合關(guān)系和不同主體利益訴求的虛擬電廠競(jìng)標(biāo)策略、定價(jià)方法和分配機(jī)制進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，結(jié)合靈活性資源虛擬電廠在多元電力市場(chǎng)環(huán)境的盈利訴求，構(gòu)建虛擬電廠全鏈路多周期協(xié)調(diào)運(yùn)營(yíng)模式，引導(dǎo)虛擬電廠向多元協(xié)同和多功能互補(bǔ)的趨勢(shì)發(fā)展。此外，由于虛擬電廠中海量分散式靈活性資源主要來源于配電網(wǎng)，如何實(shí)現(xiàn)電力市場(chǎng)、配電網(wǎng)管控中心、虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商和靈活性資源設(shè)備所屬者各自效益的統(tǒng)籌考慮和多層級(jí)協(xié)調(diào)優(yōu)化亟需進(jìn)一步開展。

3）虛擬電廠在實(shí)際運(yùn)行中，可調(diào)資源的實(shí)際出力和控制指令之間往往存在不可避免的偏差。在運(yùn)行控制層面，應(yīng)側(cè)重于虛擬電廠多時(shí)間尺度調(diào)度配合，進(jìn)一步提出模型數(shù)據(jù)交互驅(qū)動(dòng)的虛擬電廠能量管理和運(yùn)行控制方法，結(jié)合可調(diào)資源的生產(chǎn)規(guī)律和實(shí)測(cè)狀態(tài)對(duì)靈活性資源的調(diào)控模型滾動(dòng)更新和在線校正，提出統(tǒng)籌虛擬電廠多元資源模型差異、功率響應(yīng)偏差和復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境的靈活性資源協(xié)調(diào)控制方法。現(xiàn)有靈活性資源虛擬電廠示范項(xiàng)目為虛擬電廠從起步階段向推廣階段的過渡提供了先導(dǎo)性參考案例。然而，現(xiàn)有示范工程中海量小容量的靈活性終端設(shè)備（分散式異構(gòu)儲(chǔ)能裝置和電池、小型充電樁、溫控設(shè)備、智能家居設(shè)備等）調(diào)控潛力仍未被完全激活，有必要結(jié)合即時(shí)通訊技術(shù)，進(jìn)一步打造挖掘大規(guī)模小容量異構(gòu)資源靈活性的虛擬電廠軟件系統(tǒng)、實(shí)踐平臺(tái)和樣板案例，助力虛擬電廠技術(shù)朝向普及應(yīng)用發(fā)展。

06

結(jié)語

市場(chǎng)環(huán)境下靈活性資源虛擬電廠的聚合調(diào)控問題近年來成為學(xué)術(shù)研究和工程實(shí)踐的熱點(diǎn)，本文對(duì)靈活性資源虛擬電廠的聚合建模、競(jìng)標(biāo)報(bào)價(jià)、運(yùn)行控制3個(gè)技術(shù)領(lǐng)域的最新進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)性分類、體系化綜述和總結(jié)性梳理，詳細(xì)論述了各類理論方法的技術(shù)特點(diǎn)和適配場(chǎng)景。最后，總結(jié)了靈活性資源虛擬電廠仍然面臨的一些技術(shù)問題，給出了靈活性資源虛擬電廠未來理論研究和技術(shù)突破方向。通過本文對(duì)靈活性資源虛擬電廠相關(guān)技術(shù)方法的梳理，可幫助相關(guān)研究領(lǐng)域的學(xué)術(shù)界研究人員和產(chǎn)業(yè)界工程設(shè)計(jì)人員全面了解虛擬電廠領(lǐng)域的各類技術(shù)方法，為未來研究方向和技術(shù)方案的選擇提供參考。

注：本文內(nèi)容呈現(xiàn)略有調(diào)整，如需要請(qǐng)查看原文。