基于改进精确扩散算法的虚拟电厂分布式二次调频策略

朱承治; 袁梦瞳; 薄耀龙; 夏杨红; 刘可佳; 韦巍

doi:10.7500/AEPS20250325004

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基于改进精确扩散算法的虚拟电厂分布式二次调频策略

规模化灵活资源虚拟电厂 | 更新时间：2026-02-28

- 基于改进精确扩散算法的虚拟电厂分布式二次调频策略
- Distributed Secondary Frequency Regulation Strategy for Virtual Power Plant Based on Improved Exact Diffusion Algorithm
- 电力系统自动化 2025年49卷第20期页码：149-160
- 作者机构：
  
  1.国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，浙江省杭州市 310014
  2.浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
  3.浙江大学温州研究院，浙江省温州市 325000
  4.全省可再生能源电气技术与系统重点实验室，浙江省杭州市 310027
- 作者简介：
  
  朱承治(1977—)，男，博士，教授级高级工程师，主要研究方向：电力系统自动化。E-mail：chengzhi_zhu@163.com
  袁梦瞳(2001—)，女，硕士研究生，主要研究方向：虚拟电厂的自动发电控制。E-mail：mtyuan@zju.edu.cn
  薄耀龙(1996—)，男，通信作者，博士，助理研究员，主要研究方向：虚拟电厂优化配置、电力市场交易。E-mail：yaolongbo@zju.edu.cn
- 基金信息：
  
  浙江省“尖兵”“领雁”研发攻关计划项目(2023C01126)
- DOI：10.7500/AEPS20250325004
  中图分类号：
- 收稿：2025-03-25，
  
  修回：2025-07-23，
  
  网络首发：2025-08-27，
  
  纸质出版：2025-10-25
- 稿件说明：
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朱承治,袁梦瞳,薄耀龙等.基于改进精确扩散算法的虚拟电厂分布式二次调频策略[J].电力系统自动化,2025,49(20):149-160.

ZHU Chengzhi,YUAN Mengtong,BO Yaolong,et al.Distributed Secondary Frequency Regulation Strategy for Virtual Power Plant Based on Improved Exact Diffusion Algorithm[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(20):149-160.
朱承治,袁梦瞳,薄耀龙等.基于改进精确扩散算法的虚拟电厂分布式二次调频策略[J].电力系统自动化,2025,49(20):149-160. DOI： 10.7500/AEPS20250325004.

ZHU Chengzhi,YUAN Mengtong,BO Yaolong,et al.Distributed Secondary Frequency Regulation Strategy for Virtual Power Plant Based on Improved Exact Diffusion Algorithm[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(20):149-160. DOI： 10.7500/AEPS20250325004.

摘要

虚拟电厂的自动发电控制(AGC)可通过多类型资源协调控制来满足高比例新能源渗透电网的二次调频需求。为解决传统分布式AGC方法收敛不精确和收敛速度慢的问题，提出了一种考虑线路潮流和收敛加速的改进分布式算法。首先，对虚拟电厂的有功潮流进行线性化建模，并针对性构建了虚拟电厂AGC指令分解最优问题，在提高调频性能和经济性的同时保障电网安全运行。其次，为了进一步提高优化模型求解速度和精度，提出了基于Nesterov加速梯度的改进精确扩散算法。基于IEEE 33节点系统和中国浙江省台州市临海头门港虚拟电厂示范基地的仿真案例研究表明，所提算法不仅在响应精度和收敛速度上明显优于其他算法，且基于该算法的AGC系统在调频性能和经济性上也有显著提升。

Abstract

The automatic generation control (AGC) for virtual power plants (VPPs) can meet the secondary frequency regulation requirements in the power grid with high renewable energy penetration through coordinated control of multiple resources. To address the issues of inaccurate convergence and slow convergence of traditional distributed AGC methods

this paper proposes an improved distributed algorithm that incorporates line power flow and convergence acceleration. Firstly

a linearized model for the active power flow of the VPP is established. Accordingly

an optimal AGC command decomposition problem for the VPP is formulated to enhance frequency regulation performance and economic efficiency while ensuring the safe operation of the power grid. Secondly

an improved exact diffusion algorithm (EDA) based on the Nesterov accelerated gradient (NAG) method is proposed to further improve the solution speed and accuracy of the optimization model. Case studies based on the IEEE 33-bus system and a VPP demonstration base at Linhai Toumen Port in Taizhou of Zhejiang Province

China demonstrate that the proposed algorithm significantly outperforms other algorithms in both response accuracy and convergence speed. Furthermore

the AGC system based on this algorithm achieves significant improvements in both frequency regulation performance and economic efficiency.

关键词

Keywords

references

栾文鹏，李培琳，赵博超，等 . 考虑隐私保护的虚拟电厂内部交易决策优化［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 18 ）： 158 - 166 .

LUAN Wenpeng ， LI Peilin ， ZHAO Bochao ， et al . Optimization of internal transaction decisions in virtual power plant considering privacy preservation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 18 ）： 158 - 166 .

乔奕宁，肖飞，艾芊，等 . 虚拟电厂需求侧灵活性资源聚合参与调峰的优化调度策略［J/OL］. 电力自动化设备： 1 - 19 ［ 2025-02-10 ］. https：//doi.org/10.16081/j.epae.202412030 https://doi.org/10.16081/j.epae.202412030 .

QIAO Yining ， XIAO Fei ， AI Qian ， et al . Optimal dispatching strategy of demand-side flexible resource in virtual power plant for aggregately participating in peak shaving ［J/OL］. Electric Power Automation Equipment ： 1 - 19 ［ 2025-02-10 ］. https：//doi.org/10.16081/j.epae.202412030 https://doi.org/10.16081/j.epae.202412030 .

莫理莉，兰峻焜，周亮，等 . 虚拟电厂下灵活资源多时间尺度调频控制［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 18 ）： 76 - 86 .

MO Lili ， LAN Junkun ， ZHOU Liang ， et al . Multi-timescale frequency regulation control of flexible resources in virtual power plant ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 18 ）： 76 - 86 .

YU X C ， ZHOU Q R . Practical implementation of the SCADA AGC/ED system of the Hunan power pool in the Central China power network ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 1994 ， 9 （ 2 ）： 250 - 255 .

国家能源局华北监管局 . 华北区域电力并网运行管理实施细则（征求意见稿）［EB/OL］.（ 2022-07-01 ）［ 2024-10-17 ］. https：//hbj.nea.gov.cn/xxgk/fdzdgknr/scxxgk/202311/t20231105_195986.html https://hbj.nea.gov.cn/xxgk/fdzdgknr/scxxgk/202311/t20231105_195986.html .

North China Energy Regulatory Bureau of National Energy Administration . Detailed rules for the implementation of grid-connected operation management in North China （draft for comment）［EB/OL］. （ 2022-07-01 ）［ 2024-10-17 ］. https：//hbj.nea.gov.cn/xxgk/fdzdgknr/scxxgk/202311/t20231105_195986.html https://hbj.nea.gov.cn/xxgk/fdzdgknr/scxxgk/202311/t20231105_195986.html .

国家能源局南方监管局 . 广东调频辅助服务市场交易规则（试行）［EB/OL］.（ 2018-08-08 ）［ 2024-10-17 ］. http：//nfj.nea.gov.cn/xwzx/jgdt/202310/t20231009_137309.html http://nfj.nea.gov.cn/xwzx/jgdt/202310/t20231009_137309.html .

South China Energy Regulatory Office of National Energy Administration . Transaction rules for Guangdong frequency regulation auxiliary service market （trial）［EB/OL］. （ 2018-08-08 ）［ 2024-10-17 ］. http：//nfj.nea.gov.cn/xwzx/jgdt/202310/t20231009_137309.html http://nfj.nea.gov.cn/xwzx/jgdt/202310/t20231009_137309.html .

孙冰莹，刘宗歧，杨水丽，等 . 补偿度实时优化的储能-火电联合AGC策略［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 2 ）： 426 - 436 .

SUN Bingying ， LIU Zongqi ， YANG Shuili ， et al . A real-time optimization method of compensation degree for storage coordinated with thermal power unit in AGC ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 2 ）： 426 - 436 .

ZHANG X S ， XU Z ， YU T ， et al . Optimal mileage based AGC dispatch of a GenCo ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2020 ， 35 （ 4 ）： 2516 - 2526 .

颜伟，王聪，毛艳丽，等 . 基于OPF的互联电网AGC优化模型［J］. 电力系统保护与控制， 2015 ， 43 （ 23 ）： 35 - 40 .

YAN Wei ， WANG Cong ， MAO Yanli ， et al . AGC optimal model based on OPF technology for interconnected power grid ［J］. Power System Protection and Control ， 2015 ， 43 （ 23 ）： 35 - 40 .

蒋平，梁乐 . 基于内点法和遗传算法相结合的交直流系统无功优化［J］. 高电压技术， 2015 ， 41 （ 3 ）： 724 - 729 .

JIANG Ping ， LIANG Le . Reactive power optimization of hybrid AC/DC power system combining interior point method and genetic algorithm ［J］. High Voltage Engineering ， 2015 ， 41 （ 3 ）： 724 - 729 .

LUO X ， LIU H J ， GOU G P ， et al . A parallel matrix factorization based recommender by alternating stochastic gradient decent ［J］. Engineering Applications of Artificial Intelligence ， 2012 ， 25 （ 7 ）： 1403 - 1412 .

江岳春，曾诚玉，郇嘉嘉，等 . 基于改进NSGA-Ⅱ的综合能源多主体利益均衡优化调度［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 7 ）： 17 - 25 .

JIANG Yuechun ， ZENG Chengyu ， HUAN Jiajia ， et al . Multi-agent interest balance optimization scheduling of integrated energy based on improved NSGA-Ⅱ ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 7 ）： 17 - 25 .

李晓利，高金峰 . 用于配电网多目标无功优化的改进粒子群优化算法［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 1 ）： 106 - 111 .

LI Xiaoli ， GAO Jinfeng . Improved particle swarm optimization algorithm for multi-objective reactive power optimization of distribution network ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 1 ）： 106 - 111 .

朱靖恺，崔勇，杜洋，等 . 采用改进量子粒子群优化算法的虚拟电厂参与二次调频两阶段优化［J］. 电力科学与技术学报， 2024 ， 39 （ 4 ）： 112 - 120 .

ZHU Jingkai ， CUI Yong ， DU Yang ， et al . Two-stage optimization of virtual power plant participating in secondary frequency regulation using improved quantum particle swarm optimization algorithm ［J］. Journal of Electric Power Science and Technology ， 2024 ， 39 （ 4 ）： 112 - 120 .

李翔宇，赵冬梅 . 分散架构下多虚拟电厂分布式协同优化调度［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 7 ）： 1852 - 1863 .

LI Xiangyu ， ZHAO Dongmei . Distributed coordinated optimal scheduling of multiple virtual power plants based on decentralized control structure ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 7 ）： 1852 - 1863 .

李佩杰，陆镛，白晓清，等 . 基于交替方向乘子法的动态经济调度分散式优化［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 10 ）： 2428 - 2435 .

LI Peijie ， LU Yong ， BAI Xiaoqing ， et al . Decentralized optimization for dynamic economic dispatch based on alternating direction method of multipliers ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 10 ）： 2428 - 2435 .

刘晓明，刘俊，姚宏伟，等 . 基于VSG的风光水火储系统频率调节深度强化学习方法［J］. 电力系统自动化， 2025 ， 49 （ 9 ）： 114 - 124 .

LIU Xiaoming ， LIU Jun ， YAO Hongwei ， et al . Deep reinforcement learning method for frequency regulation of wind-solar-hydro-thermal-storage systems based on virtual synchronous generator ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2025 ， 49 （ 9 ）： 114 - 124 .

王育飞，王义顺，薛花，等 . 基于改进MADDPG算法的储能系统多目标优化调度策略［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 23 ）： 98 - 111 .

WANG Yufei ， WANG Yishun ， XUE Hua ， et al . Multi-objective optimal scheduling strategy for energy storage system based on improved multi-agent deep deterministic policy gradient algorithm ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 23 ）： 98 - 111 .

李志军，苗庆玉，张家安 . 基于虚拟领导节点改进的孤岛微电网完全分布式二次调频策略［J］. 太阳能学报， 2024 ， 45 （ 5 ）： 333 - 342 .

LI Zhijun ， MIAO Qingyu ， ZHANG Jia’an . Fully distributed secondary frequency control strategy for island microgrids based on improved virtual leader node ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2024 ， 45 （ 5 ）： 333 - 342 .

TU S Y ， SAYED A H . Diffusion strategies outperform consensus strategies for distributed estimation over adaptive networks ［J］. IEEE Transactions on Signal Processing ， 2012 ， 60 （ 12 ）： 6217 - 6234 .

张红丽，刘福锁，李威 . 考虑新能源短时波动的大电网在线暂态安全稳定控制方法［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 20 ）： 166 - 173 .

ZHANG Hongli ， LIU Fusuo ， LI Wei . Online control method for transient safety and stability of large-scale power grid considering short-term fluctuations of renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 20 ）： 166 - 173 .

孟庆伟，李瑞阳，刘宽，等 . 基于多智能体的海上油气平台风-燃协调频率辅助控制策略［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 8 ）： 105 - 111 .

MENG Qingwei ， LI Ruiyang ， LIU Kuan ， et al . Coordinated frequency auxiliary control strategy of wind farm and gas turbine on offshore oil and gas platform based on multi-agent ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 8 ）： 105 - 111 .

ZHANG W ， LIU W X ， ZANG C Z ， et al . Multiagent system-based integrated solution for topology identification and state estimation ［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics ， 2017 ， 13 （ 2 ）： 714 - 724 .

向明旭，杨知方，余娟，等 . 配电网线性潮流模型通式及误差分析［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 6 ）： 2053 - 2064 .

XIANG Mingxu ， YANG Zhifang ， YU Juan ， et al . Linear power flow model in distribution network： unified expression and error analysis ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 6 ）： 2053 - 2064 .

YANG J W ， ZHANG N ， KANG C Q ， et al . A state-independent linear power flow model with accurate estimation of voltage magnitude ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 5 ）： 3607 - 3617 .

杨蕾，李胜男，黄伟，等 . 考虑风光新能源参与二次调频的多源最优协同控制［J］. 电力系统保护与控制， 2020 ， 48 （ 19 ）： 43 - 49 .

YANG Lei ， LI Shengnan ， HUANG Wei ， et al . Optimal coordinated control of multi-source for AGC with participation of wind and solar energy ［J］. Power System Protection and Control ， 2020 ， 48 （ 19 ）： 43 - 49 .

胡泽春，罗浩成 . 大规模可再生能源接入背景下自动发电控制研究现状与展望［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2 - 15 .

HU Zechun ， LUO Haocheng . Research status and prospect of automatic generation control with integration of large-scale renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2 - 15 .

陈雪梅，陆超，刘杰，等 . 考虑调频性能考核的储能-机组联合调频控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 10 ）： 3383 - 3391 .

CHEN Xuemei ， LU Chao ， LIU Jie ， et al . Control strategy considering AGC performance assessment for BESS coordinated with thermal power unit in AGC ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 10 ）： 3383 - 3391 .

DUAN Y Z ， HE X ， ZHAO Y . Distributed algorithm based on consensus control strategy for dynamic economic dispatch problem ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2021 ， 129 ： 106833 .

QUAN Y ， XI L . Smart generation system： a decentralized multi-agent control architecture based on improved consensus algorithm for generation command dispatch of sustainable energy systems ［J］. Applied Energy ， 2024 ， 365 ： 123209 .

HE Y J ， WANG W ， WU X Z . Multi-agent based fully distributed economic dispatch in microgrid using exact diffusion strategy ［J］. IEEE Access ， 2019 ， 8 ： 7020 - 7031 .

XI L ， CHEN J F ， HUANG Y H ， et al . Smart generation control based on multi-agent reinforcement learning with the idea of the time tunnel ［J］. Energy ， 2018 ， 153 ： 977 - 987 .

YUAN K ， YING B C ， ZHAO X C ， et al . Exact diffusion for distributed optimization and learning： Part Ⅰ： algorithm development ［J］. IEEE Transactions on Signal Processing ， 2019 ， 67 （ 3 ）： 708 - 723 .

YUAN K ， YING B C ， ZHAO X C ， et al . Exact diffusion for distributed optimization and learning： Part Ⅱ： convergence analysis ［J］. IEEE Transactions on Signal Processing ， 2019 ， 67 （ 3 ）： 724 - 739 .

ZHANG X S ， TAN T ， ZHOU B ， et al . Adaptive distributed auction-based algorithm for optimal mileage based AGC dispatch with high participation of renewable energy ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2021 ， 124 ： 106371 .

LI Z W ， CHENG Z P ， LIANG J ， et al . Distributed cooperative AGC method for new power system with heterogeneous frequency regulation resources ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2023 ， 38 （ 5 ）： 4928 - 4939 .

巴宇，刘娆，李卫东 . CPS及其考核在北美与国内的应用比较［J］. 电力系统自动化， 2012 ， 36 （ 15 ）： 63 - 72 .

BA Yu ， LIU Rao ， LI Weidong . Comparison of CPS and its assessment between North America and China ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2012 ， 36 （ 15 ）： 63 - 72 .

张圣祺，袁蓓，徐青山，等 . 规模化储能参与下的电网二次调频优化控制策略［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 5 ）： 82 - 88 .

ZHANG Shengqi ， YUAN Bei ， XU Qingshan ， et al . Optimal control strategy of secondary frequency regulation for power grid with large-scale energy storages ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 5 ）： 82 - 88 .

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