Hierarchical and Classified Aggregation Method with Embedded Regulation Targets for Regulation Capability of Distributed Energy Resources

YANG Yilong; FAN Shuai; CAI Siye; GU Xiaoxu; HUANG Renke; HE Guangyu

doi:10.7500/AEPS20240723002

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Hierarchical and Classified Aggregation Method with Embedded Regulation Targets for Regulation Capability of Distributed Energy Resources

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Hierarchical and Classified Aggregation Method with Embedded Regulation Targets for Regulation Capability of Distributed Energy Resources
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 9, Pages: 84-95(2025)
- 作者机构：
  
  1.电力传输与功率变换教育部重点实验室（上海交通大学），上海市 200240
  2.上海非碳基能源转换与利用研究院，上海市 200240
  3.国网上海嘉定供电公司，上海市 201800
  4.上海交通大学溥渊未来技术学院，上海市 200240
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Key R&D Program of China(2021YFB1507100)
- DOI：10.7500/AEPS20240723002
  CLC：
- Received：23 July 2024，
  
  Revised：2024-12-11，
  
  Published Online：23 January 2025，
  
  Published：10 May 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
杨宜龙,范帅,蔡思烨等.内嵌调节目标的分布式能源调节能力分层分类聚合方法[J].电力系统自动化,2025,49(9):84-95.

YANG Yilong,FAN Shuai,CAI Siye,et al.Hierarchical and Classified Aggregation Method with Embedded Regulation Targets for Regulation Capability of Distributed Energy Resources[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(9):84-95.
杨宜龙,范帅,蔡思烨等.内嵌调节目标的分布式能源调节能力分层分类聚合方法[J].电力系统自动化,2025,49(9):84-95. DOI： 10.7500/AEPS20240723002.

YANG Yilong,FAN Shuai,CAI Siye,et al.Hierarchical and Classified Aggregation Method with Embedded Regulation Targets for Regulation Capability of Distributed Energy Resources[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(9):84-95. DOI： 10.7500/AEPS20240723002.

摘要

挖掘并聚合需求侧分布式能源(DER)调节能力是实现新型电力系统源荷双侧互动的重要基础。现有研究多采用通用模型去表征不同类型、不同网络层级DER的聚合调节能力，由于未将调节目标纳入聚合过程的考虑范畴，难以达到较高的求解效率和精确度，甚至可能造成调节范围的保守估计或部分不可达成，制约了DER在实际调度中的有效利用。为此，文章提出内嵌调节目标的DER调节能力分层分类聚合方法。首先，针对同类资源，采用基于相似多面体的内逼近法完成聚合。其次，针对不同类资源，通过引入目标形状约束来表征聚合后输出功率的时间耦合特性，构建沿目标曲线向量聚合的优化模型，实现目标方向上聚合精度的最优化。此外，为处理跨节点聚合的场景，采用基于二阶锥松弛的潮流模型以满足网络约束。最后，数值实验结果表明，所提方法相较于传统聚合方法，能够显著提高计算效率，并提升不同类及不同节点资源聚合的准确性，同时保障聚合结果的实际可执行率。

Abstract

Exploiting and aggregating the regulation capability of the demand-side distributed energy resources (DERs) is an important basis for realizing the interaction between source and load in new power system. Existing research typically uses generic models to characterize the aggregated regulation capabilities of different types of DERs at different network levels. Since the regulation targets are not included during aggregation process

it is difficult to achieve high solution efficiency and accuracy

and may even result in conservative estimation of regulation ranges or partially unachievable outcomes

limiting the effective utilization of DERs in the actual scheduling. Therefore

a hierarchical and classified aggregation method with embedded regulation targets for regulation capability of DERs is proposed. Firstly

for the same type of resources

an inner approximation method based on similar polyhedra is adopted to complete the aggregation. Secondly

for different types of resources

the time-coupling characteristics of the aggregated output power are characterized by introducing the target shape constraint

and the optimization model of vector aggregation along the target curve is constructed to achieve the optimization of the aggregation accuracy in the target direction. In addition

to address cross-node aggregation scenarios

a power flow model based on the second-order cone relaxation is employed to satisfy the network constraints. Finally

numerical experiment results demonstrate that

compared with the traditional aggregation methods

the proposed method can significantly improve computational efficiency and enhance the accuracy of aggregation for different types and nodes of resources

while ensuring the practical executability of aggregation results.

关键词

Keywords

references

何光宇，范帅，李祖毅，等 . 适应新型电力系统的电力互替品市场——（一）理念与构想［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 9 ）： 54 - 66 .

HE Guangyu ， FAN Shuai ， LI Zuyi ， et al . Substitute power product market suitable for new power system： Part one conceptualization and consideration ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 9 ）： 54 - 66 .

康重庆，杜尔顺，郭鸿业，等 . 新型电力系统的六要素分析［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 5 ）： 1741 - 1750 .

KANG Chongqing ， DU Ershun ， GUO Hongye ， et al . Primary exploration of six essential factors in new power system ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 5 ）： 1741 - 1750 .

张智刚，康重庆 . 碳中和目标下构建新型电力系统的挑战与展望［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 8 ）： 2806 - 2819 .

ZHANG Zhigang ， KANG Chongqing . Challenges and prospects for constructing the new-type power system towards a carbon neutrality future ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 8 ）： 2806 - 2819 .

ROUZBAHANI H M ， KARIMIPOUR H ， LEI L . A review on virtual power plant for energy management ［J］. Sustainable Energy Technologies and Assessments ， 2021 ， 47 ： 101370 .

RIAZ S ， MANCARELLA P . On feasibility and flexibility operating regions of virtual power plants and TSO/DSO interfaces ［C］// 2019 IEEE Milan PowerTech ， June 23-27 ， 2019 ， Milan， Italy ： 1 - 6 .

TAN Z F ， ZHONG H W ， WANG X Y ， et al . An efficient method for estimating capability curve of virtual power plant ［J］. CSEE Journal of Power and Energy Systems ， 2022 ， 8 （ 3 ）： 780 - 788 .

TRANGBAEK K ， BENDTSEN J . Exact constraint aggregation with applications to smart grids and resource distribution ［C］// 2012 IEEE 51st IEEE Conference on Decision and Control （CDC）， December 10-13 ， 2012 ， Maui， USA ： 4181 - 4186 .

WEN Y ， HU Z ， YOU S ， et al . Aggregated feasible region of heterogeneous demand-side flexible resources-part Ⅰ： theoretical derivation of the exact model ［J/OL］. IEEE Transactions on Smart Grid ［ 2024-01-01 ］. https：//arxiv.org/abs/2111.04963 https://arxiv.org/abs/2111.04963 .

王思远，吴文传 . 灵活性资源聚合参考模型与量化指标体系［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 3 ）： 1 - 9 .

WANG Siyuan ， WU Wenchuan . Aggregation reference model and quantitative metric system of flexible energy resources ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 3 ）： 1 - 9 .

WANG S Y ， WU W C . Aggregate flexibility of virtual power plants with temporal coupling constraints ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 6 ）： 5043 - 5051 .

TAN Z F ， YAN Z ， ZHONG H W ， et al . Non-iterative solution for coordinated optimal dispatch via equivalent projection （part Ⅰ： theory）［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2024 ， 39 （ 1 ）： 890 - 898 .

王枭，贺伟，吴红蕊，等 . 促进分布式光伏消纳的配电网灵活资源可行域聚合方法［J］. 供用电， 2024 ， 41 （ 6 ）： 3 - 11 .

WANG Xiao ， HE Wei ， WU Hongrui ， et al . Aggregation method of flexible resource feasibility domain for promoting distributed photovoltaic consumption in distribution network ［J］. Distribution & Utilization ， 2024 ， 41 （ 6 ）： 3 - 11 .

DING Z T ， LI Y P ， ZHANG K F ， et al . Two-stage dynamic aggregation involving flexible resource composition and coordination based on submodular optimization ［J］. Applied Energy ， 2024 ， 360 ： 122829 .

LIU X ， LI Y ， WANG L ， et al . Dynamic aggregation strategy for a virtual power plant to improve flexible regulation ability ［J］. Energy ， 2024 ， 297 ： 131261 .

BAROT S ， TAYLOR J A . A concise， approximate representation of a collection of loads described by polytopes ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2017 ， 84 ： 55 - 63 .

ZHAO L ， ZHANG W ， HAO H ， et al . A geometric approach to aggregate flexibility modeling of thermostatically controlled loads ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 6 ）： 4721 - 4731 .

童宇轩，胡俊杰，杜昊明，等 . 基于虚拟电池模型的外逼近闵可夫斯基热泵负荷调节可行域聚合方法［J/OL］. 电网技术［ 2024-01-01 ］. https：//epjournal.csee.org.cn/dwjs/article/doi/10.13335/j.1000-3673.pst.2023.1580 https://epjournal.csee.org.cn/dwjs/article/doi/10.13335/j.1000-3673.pst.2023.1580 .

TONG Yuxuan ， HU Junjie ， DU Haoming ， et al . Feasible region aggregation method for load regulation of Minkowski heat pump based on external approximation of VB model ［J/OL］. Power System Technology ［ 2024-01-01 ］. https：//epjournal.csee.org.cn/dwjs/article/doi/10.13335/j.1000-3673.pst.2023.1580 https://epjournal.csee.org.cn/dwjs/article/doi/10.13335/j.1000-3673.pst.2023.1580 .

CHEN L ， TANG Z Y ， HE S J ， et al . Feasible operation region estimation of virtual power plant considering heterogeneity and uncertainty of distributed energy resources ［J］. Applied Energy ， 2024 ， 362 ： 123000 .

陈心宜，胡秦然，石庆鑫，等 . 新型电力系统居民分布式资源管理综述［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 5 ）： 157 - 175 .

CHEN Xinyi ， HU Qinran ， SHI Qingxin ， et al . Review on residential distributed energy resource management in new power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 5 ）： 157 - 175 .

吴巨爱，薛禹胜，谢东亮，等 . 电动汽车参与运行备用的能力评估及其仿真分析［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 13 ）： 101 - 107 .

WU Juai ， XUE Yusheng ， XIE Dongliang ， et al . Evaluation and simulation analysis of reserve capability for electric vehicles ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 13 ）： 101 - 107 .

王俊峰 . 基于系统辨识的建筑等效RC模型动态室温预测方法研究［D］. 天津：天津大学， 2019 .

WANG Junfeng . Research on dynamic room temperature prediction method of building equivalent RC model based on system identification ［D］. Tianjin ： Tianjin University ， 2019 .

包宇庆，成丽珉 . 空调负荷二阶等效热参数模型参数辨识方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 11 ）： 37 - 43 .

BAO Yuqing ， CHENG Limin . Parameter identification method of second-order equivalent thermal parameter model for air conditioning loads ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 11 ）： 37 - 43 .

潘迪涵，董联鑫，范帅，等 . 基于二阶ETP解析解的空调-建筑电热耦合系统辨识方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 11 ）： 77 - 87 .

PAN Dihan ， DONG Lianxin ， FAN Shuai ， et al . Identification method for air-conditioning-building electrothermal coupling system based on second-order equivalent thermal parameter analytical solution ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 11 ）： 77 - 87 .

高洪超，李楚一，王冠雄，等 . 聚合规模化5G基站的虚拟电厂动态构建与响应实证［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 18 ）： 47 - 55 .

GAO Hongchao ， LI Chuyi ， WANG Guanxiong ， et al . Dynamic construction and response demonstration of virtual power plant with aggregated large-scale 5G base stations ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 18 ）： 47 - 55 .

YI Z K ， XU Y L ， GU W ， et al . Aggregate operation model for numerous small-capacity distributed energy resources considering uncertainty ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 5 ）： 4208 - 4224 .

范帅，郏琨琪，王芬，等 . 基于负荷准线的大规模需求响应［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 15 ）： 19 - 27 .

FAN Shuai ， JIA Kunqi ， WANG Fen ， et al . Large-scale demand response based on customer directrix load ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 15 ）： 19 - 27 .

孟琰，肖居承，洪居华，等 . 计及需求响应不确定性的节点负荷准线：概念与模型［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 13 ）： 28 - 39 .

MENG Yan ， XIAO Jucheng ， HONG Juhua ， et al . Nodal customer directrix load considering demand response uncertainty： concept and model ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 13 ）： 28 - 39 .

SCHNEIDER R . Convex bodies： the Brunn-Minkowski theory ［M］. Cambridge， UK ： Cambridge University Press ， 2013 .

DUGAN R . Distribution System Analysis Subcommittee ［EB/OL］.［ 2024-01-01 ］. https：//cmte.ieee.org/pes-testfeeDER/resources/ https://cmte.ieee.org/pes-testfeeDER/resources/ .

王飞，王歌，徐飞 . 面向系统响应能力提升的虚拟电厂聚合特性及交易机制综述［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 18 ）： 87 - 103 .

WANG Fei ， WANG Ge ， XU Fei . Review on aggregation characteristics and trading mechanisms of virtual power plant for enhancing system response capability ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 18 ）： 87 - 103 .

新型电力系统发展蓝皮书［M］. 北京：中国电力出版社， 2023 .

Blue book of new power system development ［M］. Beijing ： China Electric Power Press ， 2023 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Transient Frequency Safety Assessment Based on Independent Spatial-temporal Feature Extraction and Grouped Enhancement

Marginal Carbon Emission Factors in Multiple Time Periods and Analysis of Their Uncertainties

Review on Technologies and Applications of Numerical Weather Prediction for New Power System

Related Author

YANG Yilong

FAN Shuai

CAI Siye

WANG Delin

TIAN Hongxun

LUO Zhiqiang

ZOU Peng

WAN Jun

Related Institution

State Grid Corporation of China

State Grid Shanxi Electric Power Company

Research Institute for New Power System Markets of Shanxi

State Key Laboratory of Power Transmission Equipment Technology (Chongqing University)

National Joint Engineering Laboratory of Power Grid with Electric Vehicles (Shandong University)

⁰