Optimization Method of Resource Combination for Virtual Power Plant Based on Modern Portfolio Theory

Qiuchen YUN; Liting TIAN; Ning QI; Fang ZHANG; Lin CHENG

doi:10.7500/AEPS20200828001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Optimization Method of Resource Combination for Virtual Power Plant Based on Modern Portfolio Theory

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Optimization Method of Resource Combination for Virtual Power Plant Based on Modern Portfolio Theory
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 1, Pages: 146-154(2022)
- 作者机构：
  
  1.北京交通大学电气工程学院，北京市 100044
  2.电力系统及大型发电设备控制和仿真国家重点实验室，清华大学，北京市100084
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2018YFE0116400);National Natural Science Foundation of China(51807107)
- DOI：10.7500/AEPS20200828001
  CLC：
- Received：28 August 2020，
  
  Revised：2021-03-12，
  
  Published Online：13 May 2021，
  
  Published：10 January 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
云秋晨,田立亭,齐宁等.基于投资组合理论的虚拟电厂资源优化组合方法[J].电力系统自动化,2022,46(1):146-154.

YUN Qiuchen,TIAN Liting,QI Ning,et al.Optimization Method of Resource Combination for Virtual Power Plant Based on Modern Portfolio Theory[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(1):146-154.
云秋晨,田立亭,齐宁等.基于投资组合理论的虚拟电厂资源优化组合方法[J].电力系统自动化,2022,46(1):146-154. DOI： 10.7500/AEPS20200828001.

YUN Qiuchen,TIAN Liting,QI Ning,et al.Optimization Method of Resource Combination for Virtual Power Plant Based on Modern Portfolio Theory[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(1):146-154. DOI： 10.7500/AEPS20200828001.

摘要

针对虚拟电厂异构资源的优化组合问题，提出了包含需求响应、柔性可控负荷、分布式电源的响应特性模型。以虚拟电厂对互动资源的控制权限为依据，将互动资源响应电量划分为有、无风险资产，将资源响应计划分配问题映射至投资组合理论中资产权重配置问题，以组合风险衡量用户响应电量不确定性，以预期收益最大为目标建立优化组合模型。在此基础上，利用互动资源的分散性，使虚拟电厂向电网提供阻塞管理，并在CIGRE 20 kV中压配电系统上对所提出方法进行验证。算例结果验证了所提模型的实用性。

Abstract

For the optimal combination of heterogeneous resources in virtual power plants

a response characteristic model including demand response

flexible controllable load

and distributed power generation is proposed. Based on the control authority of the virtual power plant over interactive resources

the interactive resource response power is divided into risk-free and risk assets. Then the resource response allocation problem is mapped to the asset weight allocation problem in the modern portfolio theory. The portfolio risk is used to measure the uncertainty of the user’s response to electricity

and the optimal combination model is established with the goal of maximizing the expected return. Based on the decentralization of interactive resources

the virtual power plant is involved in congestion management

and the proposed method is verified on the CIGRE 20 kV medium-voltage distribution network. Simulation results verify the practicability of the proposed model.

关键词

Keywords

references

ADU-KANKAM K O ， CAMARINHA-MATOS L M . Towards collaborative virtual power plants： trends and convergence ［J］. Sustainable Energy， Grids and Networks ， 2018 ， 16 （ 12 ）： 217 - 230 ．

SHIMON A P . The virtual utility accounting， technology & competitive aspects of the emerging industry ［M］. Boston， USA ： Springer ， 1997 .

王宣元，刘敦楠，刘蓁，等 . 泛在电力物联网下虚拟电厂运营机制及关键技术［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 9 ）： 3175 - 3183 .

WANG Xuanyuan ， LIU Dunnan ， LIU Zhen ， et al . Operation mechanism and key technologies of virtual power plant under ubiquitous internet of things ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 4343 （ 9 ）： 3175 - 3183 .

BAGCHI A ， GOEL L ， WANG P ， et al . Adequacy assessment of generating systems incorporating storage integrated virtual power plants ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2018 ， 34 （ 12 ）： 64 - 75 .

宁佳，汤奕，高丙团 . 基于需求响应潜力时变性的风火荷协同控制方法［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 8 ）： 1728 - 1738 .

NING Jia ， TANG Yi ， GAO Bingtuan . Coordinated control method of wind farm-AGC unit-load based on time-varying characteristics of demand response potential ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 8 ）： 1728 - 1738 .

吴洲洋，艾欣，胡俊杰 . 需求侧灵活性资源参与调频辅助服务的备用优化与实时调度［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 6 ）： 148 - 157 .

WU Zhouyang ， AI Xin ， HU Junjie . Reserve optimization and real-time scheduling of frequency regulation ancillary service with participation of flexible resource on demand side ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 6 ）： 148 - 157 .

黄小庆，陈颉，谢啟波，等 . 用户充电选择对电网充电调度的影响［J］. 电工技术学报， 2018 ， 33 （ 13 ）： 3002 - 3011 .

HUANG Xiaoqing ， CHEN Xie ， XIE Qibo ， et al . The influence of users’ charging selection on charging schedule of power grid ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2018 ， 33 （ 13 ）： 3002 - 3011 .

许周，孙永辉，谢东亮，等 . 计及电/热柔性负荷的区域综合能源系统储能优化配置［J］电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 2 ）： 53 - 59 .

XU Zhou ， SUN Yonghui ， XIE Dongliang ， et al . Optimal configuration of energy storage for integrated region energy system considering power/thermal flexible load ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 2 ）： 53 - 59 .

程林，齐宁，田立亭 . 考虑运行控制策略的广义储能资源与分布式电源联合规划［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 10 ）： 27 - 40 .

CHENG Lin ， QI Ning ， TIAN Liting . Joint planning of generalized energy storage resource and distributed generator considering operation control strategy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 10 ）： 27 - 40 .

ZAMANI A G ， ZAKARIAZADEH A ， JADID S . Day-ahead resource scheduling of a renewable energy based virtual power plant ［J］. Applied Energy ， 2016 ， 169 （ 5 ）： 324 - 340 .

DABBAGH S R ， SHEIKH-EL-ESLAMI M K . Risk assessment of virtual power plants offering in energy and reserve markets ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 31 （ 5 ）： 3572 - 3582 .

郭亦宗，冯斌，岳铂雄，等 . 负荷聚合商模式下考虑需求响应的超短期负荷预测［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 1 ）： 79 - 87 .

GUO Yizong ， FENG Bin ， YUE Boxiong ， et al . Ultra-short-term load forecasting considering demand response in load aggregator mode ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 1 ）： 79 - 87 .

王蓓蓓，王骐鑫，李雅超，等 . 区块链环境下考虑信用的需求响应资源交易机制［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 5 ）： 30 - 38 .

WANG Beibei ， WANG Qixin ， LI Yachao ， et al . Transaction mechanism of demand response resource considering credit in blockchain environment ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 5 ）： 30 - 38 .

张亚朋，穆云飞，贾宏杰，等 . 电动汽车虚拟电厂的多时间尺度响应能力评估模型［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 12 ）： 94 - 103 .

ZHANG Yapeng ， MU Yunfei ， JIA Hongjie ， et al . Response capability evaluation model with multiple time scales for electric vehicle virtual power plant ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 12 ）： 94 - 103 .

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 .

KORAKI D ， STRUNZ K . Wind and solar power integration in electricity markets and distribution networks through service-centric virtual power plants ［J］. IEEE Transaction on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 1 ）： 473 - 484 ．

赵晋泉，杨婷，姚建国，等 . 电力现货市场下输配协同传输阻塞管理［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 7 ）： 107 - 114 .

ZHAO Jinquan ， YANG Ting ， YAO Jianguo ， er al . Transmission congestion management based on transmission and distribution coordination in spot power market ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 7 ）： 107 - 114 .

孙国强，周亦洲，卫志农，等 . 能量和旋转备用市场下虚拟电厂热电联合调度鲁棒优化模型［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 11 ）： 3118 - 3128 .

SUN Guoqiang ， ZHOU Yizhou ， WEI Zhinong ， et al . Thermal and electrical scheduling of a virtual power plant for participating in energy and spinning reserve markets based on robust optimization ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 11 ）： 3118 - 3128 .

陈刚，杨晓梅，王建明，等 . 用户侧友好互动探究［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 4 ）： 1411 - 1420 .

CHEN Gang ， YANG Xiaomei ， WANG Jianming ， et al . Exploration and prospect of user side friendly interaction ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 4 ）： 1411 - 1420 .

田立亭，程林，郭建波，等 . 虚拟电厂对分布式能源的管理和互动机制研究综述［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 6 ）： 2097 - 2108 .

TIAN Liting ， CHENG Lin ， GUO Jianbo ， et al . A review on the study of management and interaction mechanism for distributed energy in virtual power plants ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 6 ）： 2097 - 2108 .

黄亚峰，朱玉杰，穆钢，等 . 基于温度预报的户用电采暖负荷可调节能力评估［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2487 - 2493 .

HUANG Yafeng ， ZHU Yujie ， MU Gang ， et al . Evaluation of adjustable capacity of household electrical heating load based on temperature forecast ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2487 - 2493 .

黄昕颖，黎建，杨莉，等 . 基于投资组合的虚拟电厂多电源容量配置［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 19 ）： 75 - 81 .

HUANG Xinying ， LI Jian ， YANG Li ， et al . Investment portfolio based multi energy capacity allocation of virtual power plant ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 19 ）： 75 - 81 .

卫志农，陈妤，黄文进，等 . 考虑条件风险价值的虚拟电厂多电源容量优化配置模型［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 4 ）： 39 - 46 .

WEI Zhinong ， CHEN Yu ， HUANG Wenjin ， et al . Optimal allocation model for multi-energy capacity of virtual power plant considering conditional value-at-risk ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 4 ）： 39 - 46 .

李翔宇，赵冬梅 . 计及可调资源动态特性的虚拟电厂多级优化配置［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 13 ）： 17 - 27 .

LI Xiangyu ， ZHAO Dongmei . Multi-level optimal configuration of virtual power plant considering dynamic characteristics of adjustable resources ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 13 ）： 17 - 27 .

MARKOWITZ H . Portfolio selection ［J］. Journal of Finance ， 1952 ， 7 （ 1 ）： 77 - 91 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Transmission Congestion Management Based on Transmission and Distribution Coordination in Spot Power Market

Current Status and Architecture Design of Standardization for Virtual Power Plants

Related Author

Jinquan ZHAO

Ting YANG

Jianguo YAO

Shengchun YANG

Gang CHEN

Chunlei XU

KONG Xiangyu

ZHANG Peirong

Related Institution

College of Energy and Electrical Engineering, Hohai University

China Electric Power Research Institute

State Grid Jiangsu Electric Power Company Limited

National Key Laboratory of Intelligent Power Distribution Equipment and Systems (Tianjin University)

Training Centre of State Grid Tianjin Electric Power Company

⁰