Bidding Mechanism Design for Building Virtual Power Plant to Participate in Demand Response Markets

QI Taoyi; HUI Hongxun; YE Chengjin; DING Yi; ZHAO Yuming; SONG Yonghua

doi:10.7500/AEPS20240313002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Bidding Mechanism Design for Building Virtual Power Plant to Participate in Demand Response Markets

Special Session on Virtual Power Plant with Enormous Flexible Resources | 更新时间：2025-06-16

- Bidding Mechanism Design for Building Virtual Power Plant to Participate in Demand Response Markets
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 18, Pages: 14-24(2024)
- 作者机构：
  
  1.智慧城市物联网国家重点实验室(澳门大学),澳门 999078
  2.浙江大学电气工程学院,浙江省杭州市 310027
  3.深圳供电局有限公司,广东省深圳市 518001
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  China Southern Power Grid Company Limited(090000KK52210176);Guangdong Provincial Basic and Applied Basic Research Foundation of China(2024A1515010141);Science and Technology Development Fund of Macau SAR, China(001/2024/SKL)
- DOI：10.7500/AEPS20240313002
  CLC：
- Received：13 March 2024，
  
  Revised：2024-05-29，
  
  Published Online：24 July 2024，
  
  Published：25 September 2024
- 稿件说明：
移动端阅览
漆淘懿,惠红勋,叶承晋等.建筑虚拟电厂参与需求响应市场的报量报价机制设计[J].电力系统自动化,2024,48(18):14-24.

QI Taoyi,HUI Hongxun,YE Chengjin,et al.Bidding Mechanism Design for Building Virtual Power Plant to Participate in Demand Response Markets[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(18):14-24.
漆淘懿,惠红勋,叶承晋等.建筑虚拟电厂参与需求响应市场的报量报价机制设计[J].电力系统自动化,2024,48(18):14-24. DOI： 10.7500/AEPS20240313002.

QI Taoyi,HUI Hongxun,YE Chengjin,et al.Bidding Mechanism Design for Building Virtual Power Plant to Participate in Demand Response Markets[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(18):14-24. DOI： 10.7500/AEPS20240313002.

摘要

高负荷密度的受端城市电网正面临日益严重的调节资源匮乏问题，城市建筑拥有大量中央空调、电动汽车等优质灵活资源，可通过聚合构建虚拟电厂参与城市电网的供需互动。随着需求响应市场的快速发展，灵活资源的市场化定价和交易成为趋势。为此，考虑到建筑和虚拟电厂两者的获益需求，设计了建筑虚拟电厂参与需求响应市场交易的报量报价机制。首先，根据建筑负荷的响应特性，将其分为无损可转移负荷、有损可转移负荷和有损可削减负荷，并分别提出其容量-成本的计算方法。然后，设计了同时保证建筑和虚拟电厂可靠收益的分配方法，以持续激励两者参与市场的积极性。在此基础上，建立了虚拟电厂参与市场交易的报价优化模型，实现不同场景下虚拟电厂的收益最大化。最后，通过算例仿真证明了所提机制在市场交易和收益分配方面的有效性。

Abstract

The receiving-end urban power grids with high load density are facing an increasingly serious shortage of regulation resource. Urban buildings have many promising and flexible resources such as central air conditioners and electric vehicles

and can participate in the supply-demand interaction by constructing the virtual power plant (VPP) through aggregation. With the rapid development of the demand response (DR) markets

the market-oriented pricing and trading of flexible resources have become a trend. Therefore

considering the benefit demand of buildings and VPPs

the bidding mechanism for the building VPP participating in the DR market trading is designed. First

according to the characteristics of flexible loads of buildings

they are divided into lossless transferable loads

lossy transferable loads

as well as lossy reducible loads

and the corresponding formulation methods of capacity-cost are proposed

respectively. Then

an allocation method is proposed to guarantee the reliable revenues of both the buildings and the VPP

so as to continuously motivate them to participate in the DR markets. On this basis

the bidding optimization model is developed for the VPP to participate in the DR markets to realize the maximization of the revenues of VPPs in different scenarios. Finally

the effectiveness of the proposed mechanism in market trading and revenues allocation is proved by case simulations.

关键词

Keywords

references

中国电力企业联合会 . 中电联发布《2023-2024年度全国电力供需形势分析预测报告》［EB/OL］.（ 2024-01-30 ）［ 2024-02-28 ］. https：//cec.org.cn/detail/index.html？3-330280 https://cec.org.cn/detail/index.html?3-330280 .

China Electricity Council . China Electrity Council released “National Electricity Supply and Demand Situation Analysis Forecast Report from 2023 to 2024 ”［EB/OL］. （ 2024-01-30 ）［ 2024-02-28 ］. https：//cec.org.cn/detail/index.html？3-330280 https://cec.org.cn/detail/index.html?3-330280 .

卓振宇，张宁，谢小荣，等 . 高比例可再生能源电力系统关键技术及发展挑战［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

ZHUO Zhenyu ， ZHANG Ning ， XIE Xiaorong ， et al . Key technologies and developing challenges of power system with high proportion of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 9 ）： 171 - 191 .

宁剑，吴继平，江长明，等 . 考虑资源运行特性的可调节负荷调峰调频优化控制策略［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 15 ）： 11 - 19 .

NING Jian ， WU Jiping ， JIANG Changming ， et al . Optimal control strategy of peak and frequency regulation for adjustable loads considering operation characteristics of resources ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 15 ）： 11 - 19 .

宁剑，江长明，张哲，等 . 可调节负荷资源参与电网调控的思考与技术实践［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 17 ）： 1 - 8 .

NING Jian ， JIANG Changming ， ZHANG Zhe ， et al . Thinking and technical practice of adjustable load resources participating in dispatching and control of power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 17 ）： 1 - 8 .

陈会来，张海波，王兆霖 . 不同类型虚拟电厂市场及调度特性参数聚合算法研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 1 ）： 15 - 28 .

CHEN Huilai ， ZHANG Haibo ， WANG Zhaolin . A review of market and scheduling characteristic parameter aggregation algorithm of different types of virtual power plants ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 1 ）： 15 - 28 .

林固静，高赐威，宋梦，等 . 含通信基站备用储能的虚拟电厂构建及调度方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 18 ）： 99 - 107 .

LIN Gujing ， GAO Ciwei ， SONG Meng ， et al . Construction and dispatch method of virtual power plant with backup energy storage in communication base stations ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 18 ）： 99 - 107 .

王瑞东，吴杰康，蔡志宏，等 . 含广义储能虚拟电厂电-气-热三阶段协同优化调度［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 5 ）： 1857 - 1868 .

WANG Ruidong ， WU Jiekang ， CAI Zhihong ， et al . Three-stage collaborative optimal scheduling of electricity-gas-heat in virtual power plant with generalized energy storage ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 5 ）： 1857 - 1868 .

卫志农，余爽，孙国强，等 . 虚拟电厂的概念与发展［J］. 电力系统自动化， 2013 ， 37 （ 13 ）： 1 - 9 .

WEI Zhinong ， YU Shuang ， SUN Guoqiang ， et al . Concept and development of virtual power plant ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2013 ， 37 （ 13 ）： 1 - 9 .

徐俊俊，陈洪凯，张腾飞，等 . 需求响应视角下有源配电网分层分区切负荷方法［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 7 ）： 244 - 252 .

XU Junjun ， CHEN Hongkai ， ZHANG Tengfei ， et al . Hierarchical and partitioned load shedding method of active distribution network in demand response perspective ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 7 ）： 244 - 252 .

宋梦，周佳妮，高赐威，等 . CPSS视角下城市建筑与配电网高韧性协调运行：研究述评与展望［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 23 ）： 105 - 121 .

SONG Meng ， ZHOU Jiani ， GAO Ciwei ， et al . High-resilience coordinated operation of urban buildings and distribution networks from cyber-physical-social system perspective： research review and prospect ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 23 ）： 105 - 121 .

MU Y F ， XU Y Z ， ZHANG J R ， et al . A data-driven rolling optimization control approach for building energy systems that integrate virtual energy storage systems ［J］. Applied Energy ， 2023 ， 346 ： 121362 .

郭旭歆 . 含商业楼宇中央空调的虚拟电厂构建与运行研究［D］. 南京：东南大学， 2019 .

GUO Xuxin . Research on construction and operation of virtual power plant with central air conditioning in commercial buildings ［D］. Nanjing ： Southeast University ， 2019 .

熊真真 . 基于决策树的上海商业建筑虚拟电厂执行力分析［J］. 综合智慧能源， 2023 ， 45 （ 6 ）： 66 - 72 .

XIONG Zhenzhen . Analysis on execution of VPPs for commercial buildings in Shanghai based on decision tree ［J］. Integrated Intelligent Energy ， 2023 ， 45 （ 6 ）： 66 - 72 .

柏颖，刘晓峰，陈雪颖 . 面向需求响应日前市场投标的负荷聚合商决策动力学分析［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 24 ）： 95 - 103 .

BAI Ying ， LIU Xiaofeng ， CHEN Xueying . Dynamics analysis on decision-making of load aggregator for day-ahead demand response market bidding ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 24 ）： 95 - 103 .

尹逊虎，丁一，惠红勋，等 . 初期现货市场下考虑用户响应行为的需求响应机制设计［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 23 ）： 94 - 103 .

YIN Xunhu ， DING Yi ， HUI Hongxun ， et al . Design of demand response mechanism considering response behaviors of customers in initial electricity spot market ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 23 ）： 94 - 103 .

赵力航，常伟光，杨敏，等 . 电力市场环境下虚拟电厂两阶段能量经济优化调度［J］. 中国电力， 2022 ， 55 （ 10 ）： 14 - 22 .

ZHAO Lihang ， CHANG Weiguang ， YANG Min ， et al . Two-stage energy economic optimal dispatch of virtual power plant in deregulated electricity market ［J］. Electric Power ， 2022 ， 55 （ 10 ）： 14 - 22 .

高洪超，陈启鑫，金泰，等 . 考虑虚拟电厂灵活调节特性的现货市场出清模型及灵活性溢价评估方法［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 1 ）： 194 - 207 .

GAO Hongchao ， CHEN Qixin ， JIN Tai ， et al . Spot market clearing model and flexible premium evaluation method considering flexible regulation of virtual power plant ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 1 ）： 194 - 207 .

沈思辰，韩海腾，周亦洲，等 . 基于条件风险价值的多虚拟电厂电-碳-备用P2P交易模型［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 18 ）： 147 - 157 .

SHEN Sichen ， HAN Haiteng ， ZHOU Yizhou ， et al . Electricity-carbon-reserve peer-to-peer trading model for multiple virtual power plants based on conditional value-at-risk ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 18 ）： 147 - 157 .

广东电力交易中心 . 广东省市场化需求响应实施细则（试行稿）［EB/OL］.（ 2022-05-13 ）［ 2024-03-10 ］. https：//pm.gd.csg.cn/portal/#/home/informationNotice/detail？id=8077&noticeTypeId=31 https://pm.gd.csg.cn/portal/#/home/informationNotice/detail?id=8077&noticeTypeId=31 .

Guangdong Power Trading Center . Implementation rules for market-oriented demand response in Guangdong Province （trial draft）［EB/OL］. （ 2022-05-13 ）［ 2024-03-10 ］. https：//pm.gd.csg.cn/portal/#/home/informationNotice/detail？id=8077&noticeTypeId=31 https://pm.gd.csg.cn/portal/#/home/informationNotice/detail?id=8077&noticeTypeId=31 .

倪泽龙，林钰钧，王治涛，等 . 基于模型预测的虚拟同步机控制储能调频研究［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 14 ）： 85 - 93 .

NI Zelong ， LIN Yujun ， WANG Zhitao ， et al . Research on frequency regulation of VSG controlled energy storages based on model predictive control ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 14 ）： 85 - 93 .

QI T Y ， YE C J ， ZHAO Y M ， et al . Deep reinforcement learning based charging scheduling for household electric vehicles in active distribution network ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2023 ， 11 （ 6 ）： 1890 - 1901 .

HUI H X ， DING Y ， LIU W D ， et al . Operating reserve evaluation of aggregated air conditioners ［J］. Applied Energy ， 2017 ， 196 ： 218 - 228 .

TAN Z F ， ZHONG H W ， XIA Q ， et al . Estimating the robust P - Q capability of a technical virtual power plant under uncertainties ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 6 ）： 4285 - 4296 .

钱韦廷，赵长飞，万灿，等 . 基于概率预测的混合储能平抑风电波动随机优化调控方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 18 ）： 18 - 27 .

QIAN Weiting ， ZHAO Changfei ， WAN Can ， et al . Probabilistic forecasting based stochastic optimal dispatch and control method of hybrid energy storage for smoothing wind power fluctuations ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 18 ）： 18 - 27 .

YANG Y ， PENG J C H ， YE C J ， et al . A criterion and stochastic unit commitment towards frequency resilience of power systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2022 ， 37 （ 1 ）： 640 - 652 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Market Mechanisms and Profit Modes of Virtual Power Plants and Analysis of Their Operation Cases in Europe

Low-carbon Economic Dispatch for Multiple Data Center Virtual Power Plant Based on Spatio-Temporal Collaboration

Optimal Operation Method for Virtual Power Plant Based on Joint Sharing of Energy and Reserve of Prosumers

Related Author

QI Taoyi

HUI Hongxun

SONG Yonghua

WANG Di

AI Qian

YU Tao

ZUO Juan

LU Yi

Related Institution

State Key Laboratory of Internet of Things for Smart City (University of Macau), Macao

Key Laboratory of Control of Power Transmission and Conversion, Ministry of Education (Shanghai Jiao Tong University)

State Grid Shanghai Municipal Electric Power Company

State Grid Shanghai Energy Interconnection Research Institute Co., Ltd.

School of Electric Power Engineering, South China University of Technology

⁰