新型电力系统规模化灵活资源虚拟电厂科学问题与研究框架

康重庆; 陈启鑫; 苏剑; 艾芊; 季宇; 潘巍巍; 高洪超; 吴鸣

doi:10.7500/AEPS20220401007

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

新型电力系统规模化灵活资源虚拟电厂科学问题与研究框架

规模化灵活资源虚拟电厂 | 更新时间：2025-06-16

- 新型电力系统规模化灵活资源虚拟电厂科学问题与研究框架
- Scientific Problems and Research Framework of Virtual Power Plant with Enormous Flexible Distributed Energy Resources in New Power System
- 电力系统自动化 2022年46卷第18期页码：3-14
- 作者机构：
  
  1.新型电力系统运行与控制全国重点实验室(清华大学),北京市 100084
  2.中国电力科学研究院有限公司,北京市 100085
  3.电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学),上海市 200240
  4.国网上海能源互联网研究院有限公司,上海市 201210
  5.国网浙江电力有限公司,浙江省杭州市 310007
- 作者简介：
  
  康重庆(1969—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统规划、新能源并网、系统优化运行与电力市场。E-mail：cqkang@tsinghua.edu.cn
  陈启鑫(1982—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力市场、系统运行与新能源并网。E-mail：qxchen@tsinghua.edu.cn
  苏剑(1971—)，男，博士，教授级高级工程师，硕士生导师，主要研究方向：配电网规划及自动化。E-mail：sujian@epri.sgcc.com.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2021YFB2401200)
- DOI：10.7500/AEPS20220401007
  中图分类号：
- 收稿日期：2022-04-01，
  
  修回日期：2022-07-14，
  
  网络出版日期：2022-09-05，
  
  纸质出版日期：2022-09-25
- 稿件说明：
移动端阅览
康重庆,陈启鑫,苏剑等.新型电力系统规模化灵活资源虚拟电厂科学问题与研究框架[J].电力系统自动化,2022,46(18):3-14.

KANG Chongqing,CHEN Qixin,SU Jian,et al.Scientific Problems and Research Framework of Virtual Power Plant with Enormous Flexible Distributed Energy Resources in New Power System[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(18):3-14.
康重庆,陈启鑫,苏剑等.新型电力系统规模化灵活资源虚拟电厂科学问题与研究框架[J].电力系统自动化,2022,46(18):3-14. DOI： 10.7500/AEPS20220401007.

KANG Chongqing,CHEN Qixin,SU Jian,et al.Scientific Problems and Research Framework of Virtual Power Plant with Enormous Flexible Distributed Energy Resources in New Power System[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(18):3-14. DOI： 10.7500/AEPS20220401007.

摘要

能源互联网的发展推动了分布式资源配置规模与利用效率的逐步提高，规模化灵活资源虚拟电厂的构建将成为新型电力系统灵活性提升的关键研究领域。文中聚焦于规模化灵活资源可信聚合以及灵活资源辅助电力系统所需的信息-能量-价值耦合互动机理问题，提出了规模化灵活资源虚拟电厂的科学问题、技术路线与理论框架。在此基础上，分别从动态聚合、安全通信、协同调控、可信交易等4个领域，论述了具体的核心关键技术及其关联支撑关系。最后，围绕规模化灵活资源虚拟电厂的技术挑战与创新应用进行了总结和展望。

Abstract

The development of the Energy Internet pushes forward the gradual improvement on the deployment scale and utilization efficiency of distributed energy resources

and the construction of virtual power plants with enormous flexible distributed energy resources will become the key research field for the flexibility improvement of new power systems. This paper focuses on the requirement of the reliable aggregation of enormous flexible distributed energy resources which assists the power system for the interaction mechanism of information-energy-value coupling. Based on this

this paper puts forward the scientific problems

technical route and theoretical framework of virtual power plants with enormous flexible distributed energy resources. Moreover

the core key technologies and their related supporting relationship are discussed from four areas

namely

dynamic aggregation

secure communication

collaborative regulation

and trusted transaction. Finally

the technical challenges and innovative applications of virtual power plants with enormous flexible distributed energy resources are summarized and prospected.

关键词

Keywords

references

赵文元，胡昳 . 2020年分布式电源装机或近2亿千瓦［EB/OL］.（ 2015-09-02 ）［ 2022-03-24 ］. http：//www.chinasmartgrid.com.cn/news/20150902/608838.shtml http://www.chinasmartgrid.com.cn/news/20150902/608838.shtml .

ZHAO Wenyuan ， HU Yi . The installed capacity of distributed energy resources is nearly 200 GW in 2020 ［EB/OL］. （ 2015-09-02 ）［ 2022-03-24 ］. http：//www.chinasmartgrid. com.cn/news/20150902/608838.shtml http://www.chinasmartgrid.com.cn/news/20150902/608838.shtml .

国家能源局 . “十四五”现代能源体系规划［EB/OL］.（ 2022-01-29 ）［ 2022-03-24 ］. https：//www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/ghwb/ 202203/t20220322_1320016.html？code=&state=123 https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/ghwb/202203/t20220322_1320016.html?code=&state=123 .

National Energy Administration . Modern energy system planning in the “14th Five Year Plan ”［EB/OL］. （ 2022-01-29 ）［ 2022-03-24 ］. https：//www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/ghwb/202203/t20220322_1320016.html？Code=&state=123 https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/ghwb/202203/t20220322_1320016.html?Code=&state=123 .

申洪涛，陶鹏，高玲玲，等 . 多能互补下虚拟电厂参与电力市场的思考［J］. 电测与仪表， 2022 ， 59 （ 8 ）： 66 - 72 .

SHEN Hongtao ， TAO Peng ， GAO Lingling ， et al . Consideration of virtual power plant in the electricity market with multi-energy complement ［J］. Electrical Measurement & Instrumentation ， 2022 ， 59 （ 8 ）： 66 - 72 .

王宣元，高洪超，张浩，等 . 面向新型电力系统的灵活资源聚合技术应用场景分析及建设启示［J］. 电力需求侧管理， 2022 ， 24 （ 1 ）： 73 - 80 .

WANG Xuanyuan ， GAO Hongchao ， ZHANG Hao ， et al . Analysis and enlightenment of aggregation technology application scenarios of flexible distributed energy resources oriented to new power system ［J］. Power Demand Side Management ， 2022 ， 24 （ 1 ）： 73 - 80 .

洪媛，黄亮，谢长君，等 . 基于边缘计算的虚拟电厂架构及光伏出力预测算法研究［J］. 湖北电力， 2020 ， 44 （ 1 ）： 26 - 34 .

HONG Yuan ， HUANG Liang ， XIE Changjun ， et al . Research on virtual power plant architecture and photovoltaic output prediction algorithm based on edge computing ［J］. Hubei Electric Power ， 2020 ， 44 （ 1 ）： 26 - 34 .

严兴煜，高赐威，陈涛，等 . 数字孪生虚拟电厂系统框架设计及其实践展望［J/OL］. 中国电机工程学报［ 2022-03-23 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.212378 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.212378 .

YAN Xingyu ， GAO Ciwei ， CHEN Tao ， et al . Framework design and application prospect of digital twin virtual power plant system ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2022-03-23 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.212378 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.212378 .

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 .

陈新和，裴玮，邓卫，等 . 数据驱动的虚拟电厂调度特性封装方法［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 14 ）： 4816 - 4828 .

CHEN Xinhe ， PEI Wei ， DENG Wei ， et al . Data-driven virtual power plant dispatching characteristic packing method ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 14 ）： 4816 - 4828 .

姜华，杨知方，林伟，等 . 计及分布式新能源不确定性的虚拟电厂调度边界概率分布刻画方法［J/OL］. 中国电机工程学报［ 2022-03-23 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.211194 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.211194 .

JIANG Hua ， YANG Zhifang ， LIN Wei ， et al . Probability distribution of dispatch region for a virtual power plant considering distributed renewable uncertainty ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2022-03-23 ］. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.211194 https://doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.211194 .

田立亭，程林，郭剑波，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 ， CHEN lin ， GUO Jianbo ， et al . Summary of research on distributed energy management and interaction mechanism of virtual power plant ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 6 ）： 2097 - 2108 .

王枭，何怡刚，马恒瑞，等 . 面向电网辅助服务的虚拟储能电厂分布式优化控制方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 10 ）： 181 - 188 .

WANG Xiao ， HE Yigang ， MA Hengrui ， et al . Distributed optimization control method of virtual energy storage plants for power grid ancillary services ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 10 ）： 181 - 188 .

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 .

仲悟之，黄思宇，崔杨，等 . 考虑源荷不确定性的风电-光热-碳捕集虚拟电厂协调优化调度［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 9 ）： 3424 - 3432 .

ZHONG Wuzhi ， HUANG Siyu ， CUI Yang ， et al . W-S-C capture coordination in virtual power plant considering source-load uncertainty ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 9 ）： 3424 - 3432 .

刘春蕾，庞鹏飞，石纹赫，等 . 计及碳中和效益及清洁能源消纳的虚拟电厂双层协同优化调度［J］. 供用电， 2021 ， 38 （ 9 ）： 19 - 27 .

LIU Chunlei ， PANG Pengfei ， SHI Wenhe ， et al . Taking into account carbon neutrality benefit and clean energy consumption of virtual power plant two-layer cooperative optimization dispatching ［J］. Distribution & Utilization ， 2021 ， 38 （ 9 ）： 19 - 27 .

赵晨，何宇俊，罗钢，等 . 基于泛在互联的虚拟电厂参与实时市场模型［J］. 电力建设， 2020 ， 41 （ 6 ）： 36 - 43 .

ZHAO Chen ， HE Yujun ， LUO Gang ， et al . Modeling of virtual power plants based on ubiquitous interconnection participating in real-time market ［J］. Electric Power Construction ， 2020 ， 41 （ 6 ）： 36 - 43 .

刘浩文，刘东，陈张宇，等 . 多级协同虚拟电厂环境下的无功辅助服务优化出清［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 7 ）： 2533 - 2541 .

LIU Haowen ， LIU Dong ， CHEN Zhangyu ， et al . Optimal reactive power service clearing based on multilevel cooperative VPP ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 7 ）： 2533 - 2541 .

袁桂丽，苏伟芳 . 计及电动汽车不确定性的虚拟电厂参与AGC调频服务研究［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 7 ）： 2538 - 2548 .

YUAN Guili ， SU Weifang . Virtual power plants providing AGC FM service considering uncertainty of electric vehicles ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 7 ）： 2538 - 2548 .

范帅，危怡涵，何光宇，等 . 面向新型电力系统的需求响应机制探讨［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 7 ）： 1 - 12 .

FAN Shuai ， WEI Yihan ， HE Guangyu ， et al . Discussion on demand response mechanism for new power systems ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 7 ）： 1 - 12 .

李嘉媚，艾芊，殷爽睿 . 虚拟电厂参与调峰调频服务的市场机制与国外经验借鉴［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 1 ）： 37 - 56 .

LI Jiamei ， AI Qian ， YIN Shuangrui . Market mechanism and foreign experience of virtual power plant participating in peak-regulation and frequency-regulation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 1 ）： 37 - 56 .

赵越，张轩，赵晨，等 . 计及多利益主体的配电侧动态定价与市场出清策略［J］. 南方电网技术， 2022 ， 16 （ 1 ）： 137 - 144 .

ZHAO Yue ， ZHANG Xuan ， ZHAO Chen ， et al . Dynamic pricing and market clearing strategy for power distribution considering multiple stakeholders ［J］. Southern Power System Technology ， 2022 ， 16 （ 1 ）： 137 - 144 .

董雷，涂淑琴，李烨，等 . 基于元模型优化算法的主从博弈多虚拟电厂动态定价和能量管理［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 3 ）： 973 - 983 .

DONG Lei ， TU Shuqin ， LI Ye ， et al . A Stackelberg game model for dynamic pricing and energy management of multiple virtual power plants using metamodel-based optimization method ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 3 ）： 973 - 983 .

徐峰，何宇俊，李建标，等 . 考虑需求响应的虚拟电厂商业机制研究综述［J］. 电力需求侧管理， 2019 ， 21 （ 3 ）： 2 - 6 .

XU Feng ， HE Yujun ， LI Jianbiao ， et al . Review of research on commercial mechanism for virtual power plant considering demand response ［J］. Power Demand Side Management ， 2019 ， 21 （ 3 ）： 2 - 6 .

杨梓俊，荆江平，邓星，等 . 虚拟电厂参与江苏电网辅助服务市场的探讨［J］. 电力需求侧管理， 2021 ， 23 （ 4 ）： 90 - 95 .

YANG Zijun ， JING Jiangping ， DENG Xing ， et al . Discussion on virtual power plant participating in ancillary service market of Jiangsu power grid ［J］. Power Demand Side Management ， 2021 ， 23 （ 4 ）： 90 - 95 .

屠盛春，刘晓春，张皓 . 上海市黄浦区商业建筑虚拟电厂典型应用［J］. 电力需求侧管理， 2020 ， 22 （ 1 ）： 52 - 57 .

TU Shengchun ， LIU Xiaochun ， ZHANG Hao . Typical implementation of commercial building virtual power plant in Huangpu district of Shanghai ［J］. Power Demand Side Management ， 2020 ， 22 （ 1 ）： 52 - 57 .

卫璇，潘昭光，王彬，等 . 云管边端架构下虚拟电厂资源集群与协同调控研究综述及展望［J］. 全球能源互联网， 2020 ， 3 （ 6 ）： 539 - 551 .

WEI Xuan ， PAN Zhaoguang ， WANG Bin ， et al . Review on virtual power plant resource aggregation and collaborative regulation using cloud-tube-edge-end architecture ［J］. Journal of Global Energy Interconnection ， 2020 ， 3 （ 6 ）： 539 - 551 .

王蓓蓓，胥鹏，王宣元，等 . 需求响应分布鲁棒建模及其大规模潜力推演方法［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 3 ）： 33 - 41 .

WANG Beibei ， XU Peng ， WANG Xuanyuan ， et al . Distributionally robust modeling of demand response and its large-scale potential deduction method ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 3 ）： 33 - 41 .

TANG Q H ， GUO H Y ， CHEN Q X . Multi-market bidding behavior analysis of energy storage system based on inverse reinforcement learning ［J/OL］. IEEE Transactions on Power Systems ［ 2022-02-11 ］. https：//ieeexplore. ieee.org/document/9712169 https://ieeexplore.ieee.org/document/9712169 .

刘念，余星火，王剑辉，等 . 泛在物联的配用电优化运行：信息物理社会系统的视角［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 1 ）： 1 - 12 .

LIU Nian ， YU Xinghuo ， WANG Jianhui ， et al . Optimal operation of power distribution and consumption system based on ubiquitous Internet of Things： a cyber-physical-social system perspective ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 1 ）： 1 - 12 .

张凯杰，丁国锋，闻铭，等 . 虚拟电厂的优化调度技术与市场机制设计综述［J］. 综合智慧能源， 2022 ， 44 （ 2 ）： 60 - 72 .

ZHANG Kaijie ， DING Guofeng ， WEN Ming ， et al . Review of optimal dispatching technology and market mechanism design for virtual power plants ［J］. Integrated Intelligent Energy ， 2022 ， 44 （ 2 ）： 60 - 72 .

陈启鑫，刘敦楠，林今，等 . 能源互联网的商业模式与市场机制（一）［J］. 电网技术， 2015 ， 39 （ 11 ）： 3050 - 3056 .

CHEN Qixin ， LIU Dunnan ， LIN Jin ， et al . Business models and market mechanisms of energy Internet（1）［J］. Power System Technology ， 2015 ， 39 （ 11 ）： 3050 - 3056 .

李强，李冰，常哲铭 . 基于区块链的虚拟电厂可信交易［J］. 现代信息科技， 2021 ， 5 （ 17 ）： 165 - 168 .

LI Qiang ， LI Bing ， CHANG Zheming . The trusted transaction of virtual power plant based on blockchain technology ［J］. Modern Information Technology ， 2021 ， 5 （ 17 ）： 165 - 168 .

WANG J X ， ZHONG H W ， QIN J J ， et al . Incentive mechanism for sharing distributed energy resources ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2019 ， 7 （ 4 ）： 837 - 850 .

张云雷，俞静，王伟，等 . 考虑综合贡献度的虚拟电厂内部效益分摊机制研究［J］. 电力与能源， 2020 ， 41 （ 1 ）： 13 - 19 .

ZHANG Yunlei ， YU Jing ， WANG Wei ， et al . Study on the internal benefit allocation mechanism of virtual power plant considering the comprehensive contribution ［J］. Power & Energy ， 2020 ， 41 （ 1 ）： 13 - 19 .

钟加勇，熊小伏，何迎春，等 . 面向台区智能终端的即插即用和拓扑识别方法［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 10 ）： 166 - 173 .

ZHONG Jiayong ， XIONG Xiaofu ， HE Yingchun ， et al . Plug-play and topology identification method for intelligent terminal in distribution station area ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 10 ）： 166 - 173 .

BICOCCHI N ， MAMEI M ， ZAMBONELLI F . Mechanisms of self-organization in pervasive computing ［C］// Proceedings of the 7th WOA 2006 Workshop ， September 26-27 ， 2006 ， Catania， Italy ： 41 - 50 .

FENG C ， WANG Y ， WANG X Y ， et al . Device access optimization for virtual power plants in heterogeneous networks ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2022 ， 13 （ 2 ）： 1478 - 1489 .

李彬，郝一浩，祁兵，等 . 支撑虚拟电厂互动的信息通信关键技术研究展望［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 5 ）： 1761 - 1770 .

LI Bin ， HAO Yihao ， QI Bing ， et al . Key information communication technologies supporting virtual power plant interaction ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 5 ）： 1761 - 1770 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

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

分布式源荷参与辅助服务的市场机制与实现方法

虚拟电厂通信网络架构及关键技术研究展望