编者按：党的“二十大”报告提出了构建新型能源体系的重要目标，建设新型电力系统、推动再电气化程度提升成为关注焦点，将对传统电力行业的运营管理带来全新挑战。一方面，高比例新能源渗透下的新型电力系统灵活性缺口不断加大，以源侧为主的调节资源难以满足系统的安全稳定运行需求；另一方面，随着电网向能源互联网升级和电力物联网技术的普及，配网侧分布式资源配置率不断提高，海量分布式灵活资源成为新型电力系统中可调节资源的重要补充。虚拟电厂作为应对上述挑战的重要解决方案，具有低碳、经济、安全等重要特征，近年来已成为学术和工业界的关注焦点。然而，目前虚拟电厂的发展仍处于起步阶段，技术研究仍具有诸多瓶颈：例如虚拟电厂的规范化建模与可信量化问题，制约了虚拟电厂与传统机组统一纳入调度体系；又如虚拟电厂参与电力市场交易与电力系统运行的决策问题，影响了虚拟电厂的作用发挥与价值实现。为更好地发挥虚拟电厂在新型电力系统中的作用，有效促进虚拟电厂领域最新学术和技术成果的共享交流，《中国电力》编辑部特邀清华大学陈启鑫教授、上海交通大学艾芊教授、中国电力科学研究院陈宋宋高工联合作为特约主编，主持“虚拟电厂的构建与运营”专栏。现将专栏文章进行汇编，以飨读者！
01
作者：宋天琦, 吕志鹏, 宋振浩, 马韵婷, 张智慧, 周珊, 李昊
单位：国网上海能源互联网研究院有限公司
摘要：在“云边协同+物联网”的背景下，为给虚拟电厂动态性能量化分析评估提供全面的资源结构基础和系统化的调控框架，在对现有和潜在虚拟电厂规模化灵活资源进行调研梳理和系统分析基础上，结合资源电网接入体系和电网可控性进行研究，形成了融合3类路径、适应多场景多情形的系统化虚拟电厂规模化灵活资源聚合调控框架。同时，依据该框架提出云边协同+物联网的虚拟电厂动态性能量化分析评估系统架构研究参考原则，探讨了虚拟电厂相关机制体制研究方向。
02
作者：周颖, 白雪峰, 王阳, 邱敏, 孙冲, 武亚杰, 李彬
单位：需求侧多能互补优化与供需互动技术北京市重点实验室（中国电力科学研究院有限公司）；华北电力大学 电气与电子工程学院；国家电网有限公司；国网河北省电力有限公司 营销服务中心
摘要：随着极端天气频发，温度敏感负荷用电逐年攀升，温度敏感负荷作为虚拟电厂优质的调控资源，亟须分析气象变化对于此类负荷的影响，由于叠加极端高温、大规模寒潮等异常天气的影响，温度敏感负荷波动剧烈，常规分析预测方法难以适应极端气象场景。针对寒潮天气下温度敏感负荷样本数据及预测精度不足的问题，提出寒潮天气小样本条件下的温度敏感负荷日最大负荷预测方法。该方法先采用时序对抗生成网络（TimeGAN）扩充寒潮期间小样本数据，再采用卷积-长短时记忆神经网络（CNN-LSTM）对寒潮期间的日最大负荷进行预测。以国内某省近两年迎峰度冬期间数据进行模型验证，结果表明所提模型优于其他模型的预测结果，在验证集上日最大负荷的预测精度为99.5%。
03
作者：苏湘波, 吕睿可, 郭鸿业, 陈启鑫
单位：清华大学 电机工程与应用电子技术系
摘要：在未来高比例新能源渗透下，供需平衡不确定性逐步增加，需求响应是通过挖掘用户侧灵活性资源保障系统电力电量平衡的重要手段。在电力部门进行需求响应工作时，需要使用历史数据来初步评估负荷响应潜力，以便选择潜力高的用户并展开动员工作。面向表征工业用户用能特点的负荷台阶，对其进行了定义并给出了数学表达，进而提出了基于负荷台阶的工业需求响应用户优选方法。首先，构建了基于负荷台阶的工业用户多时间尺度需求响应潜力指标体系；然后，构建了需求响应用户优选模型，实现对不同用户响应潜力的初评估，并利用k-means算法和近邻传播算法进行群体划分，在不同时间尺度对用户进行优选；最后，基于水泥、造纸等4个行业的多个工业用户实际负荷数据进行算例分析，呈现了所提方法下工业需求响应的用户优选结果。
04
作者：朱睿, 欧乙丁, 李筱天, 雷星雨, 周宇晴, 张珀扬, 欧睿
单位：国网重庆市电力公司；输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）；国网重庆市电力公司电力科学研究院
摘要：为充分发挥分布式能源清洁、灵活、经济等优点，需高效管理其综合灵活调节特性。然而，直接将虚拟电厂模型嵌入主网调度中，易带来不同能源主体隐私泄露的风险和极大的计算负担。因此，需要对虚拟电厂多品类灵活性资源进行聚合，计算其等值外特性。为此，提出基于顶点搜索的虚拟电厂灵活性刻画方法，将虚拟电厂内部各类灵活性资源聚合为虚拟电厂节点输出功率，其数学本质为高维灵活性空间向低维灵活性空间的投影。而后引入基于外推的顶点搜索方法，通过最大化超平面间欧几里得距离实现对投影空间的逼近。最后，基于该虚拟电厂外特性等值方法，提出虚拟电厂灵活性资源价值评估方法，从几何角度解释虚拟电厂接入前后主网运行成本及最优解变化情况。算例分析表明，所提出的虚拟电厂灵活性聚合模型可以有效降低主网的运行成本，所提出的基于外特性等值的虚拟电厂价值评估方法在灵活性范围变化较小的情况下可以有效评估各类灵活性设备产生的价值。
05
作者：谢蒙飞, 马高权, 刘斌, 潘振宁, 商云峰
单位：昆明电力交易中心有限责任公司；华南理工大学 电力学院；国家电投山东能源发展有限公司鲁东分公司
摘要：为进一步提升分布式能源的调节潜力，基于信息差距决策理论，将探讨虚拟电厂（virtual power plant，VPP）在参与需求响应（demand response，DR）策略时的竞价方式分为平衡型、保守型和进取型3种策略模型，并为每种策略设计鲁棒函数和机会函数，分别实现对不同类型决策的优化。同时，设置ε约束模型，考虑了碳排放和利润的权衡关系。采用IEEE 18节点系统作为仿真环境，验证了所提方法的优点和必要性。仿真结果表明，保守型VPP能够保证在未来价格落入最大鲁棒性区间时获得最小关键利润；进取型VPP能够从意外的价格波动中获益，并实现期望的利润。
06
作者：冯云辰, 加鹤萍, 闫敏, 李根柱, 刘乐, 刘敦楠
单位：华北电力大学 经济与管理学院；北京煜邦电力技术股份有限公司；吉林电力交易中心有限公司
摘要：随着“碳达峰、碳中和”目标的提出，迅速发展的风电由于其随机性与波动性，面临突出的风电消纳问题。蓄热式电采暖作为中国北方地区主要供暖设备，虚拟电厂作为需求侧资源的主要聚合技术手段，聚合蓄热式电采暖的虚拟电厂可为消纳风电、提高风电利用率提供解决途径。对此，提出一种基于风电功率的分时电价划分方法，实现虚拟电厂聚合蓄热式电采暖参与基于分时电价的清洁供暖交易优化运营。首先，阐述虚拟电厂聚合蓄热式电采暖用户参与风电供暖的交易模式；其次，考虑热惯性对蓄热式电采暖和房屋进行精细化建模，提出基于层次凝聚聚类算法的分时电价方法，建立基于Weber-Fechner定律的负荷模糊响应模型，并构建多方主体综合收益最大、弃风量最小和负荷波动最小的虚拟电厂多目标运营优化模型；最后，通过算例分析风电消纳效果和虚拟电厂收益，验证该方法能够有效促进风电消纳、提高多方主体积极性，并具有一定的规模经济性，以期为缓解弃风问题提供参考。
07
作者：周挺, 谭玉东, 孙晋, 文明, 廖菁, 李杨, 刘巩, 刘敦楠
单位：国网湖南省电力有限公司经济技术研究院；能源互联网供需运营湖南省重点实验室；国网湖南省电力有限公司；华北电力大学 经济与管理学院；中国能源研究会
摘要：虚拟电厂作为一种具备储能特性的灵活性资源，虽然其在配合电网削峰填谷、消纳新能源等方面的作用越发重要，但其目前在市场运营上缺乏经济性及高效性，直接导致其参与市场积极性不足。鉴于此，提出一种虚拟电厂参与电能量市场与辅助服务市场协同工作策略。首先，基于现货市场电价与虚拟电厂的聚合情况，确定其参与市场各时段策略；其次，以虚拟电厂收益最大化为目标，采用动态规划方法构建多时间尺度下虚拟电厂参与现货电能量-调频市场协同优化模型；最后，通过仿真分析对比虚拟电厂只参与单独市场与联合优化情况下的收益及利用率，并使用shapely值法对参与虚拟电厂聚合的各类资源进行收益分摊分析，验证所提方案的可行性及有效性。
08
作者：张书涵, 艾芊, 李晓露, 王帝
单位：上海电力大学 电气工程学院；上海交通大学 电子信息与电气工程学院
摘要：分布式能源投资主体的多样性，使各资源在互动过程中的信任构建更加困难，因此需要探究多虚拟电厂交互模式并构建相应信任体系。基于主侧区块链技术构建了多虚拟电厂交易模型总体架构，明确了多虚拟电厂交易流程。通过主侧锚定技术构建跨链通道，实现多虚拟电厂链上协同运行模式。针对节点维护区块链网络环境积极性不高导致的信任环境缺失和区块链性能下降的问题，基于节点功能不同提出了一种差异化信用评价指标来规范节点行为，同时利用该指标对拜占庭容错算法（practical byzantine fault tolerance，PBFT）进行改进。实验结果表明使用差异化信用评价指标改进的共识算法在所提多虚拟电厂架构下能构建信任环境并提升共识效率。
09
作者：张颖, 文艳, 季宇, 左娟, 王文博
单位：国网上海能源互联网研究院有限公司；国网山东省电力公司
摘要：光伏、风电等清洁能源的大规模并网加重了系统调频负担，同时，微型燃气轮机、储能等调频性能稳定良好的分布式资源的接入为减小系统调频负担提供了新的思路。为此提出一种基于目标级联分析的优化调度模型，旨在通过虚拟电厂聚合分布式资源以参与调频辅助服务市场。首先，建立了配电网层和虚拟电厂层的双层优化调度模型，通过配电网协调虚拟电厂的协调互补来提高资源的利用效率；然后，虚拟电厂对内部成员进行优化调度，采用机会约束规划对调频信号不确定性进行约束；最后，通过目标级联分析法对所建立的模型进行求解，并通过仿真算例验证优化调度模型的有效性和可行性。结果表明，虚拟电厂参与调频辅助服务能够有效降低其运行成本。
10
作者：张超, 赵冬梅, 季宇, 张颖
单位：华北电力大学 电气与电子工程学院；国网上海能源互联网研究院有限公司
摘要：深度强化学习算法以数据为驱动，且不依赖具体模型，能有效应对虚拟电厂运营中的复杂性问题。然而，现有算法难以严格执行操作约束，在实际系统中的应用受到限制。为了克服这一问题，提出了一种基于深度强化学习的改进深度Q网络（improved deep Q-network，MDQN）算法。该算法将深度神经网络表达为混合整数规划公式，以确保在动作空间内严格执行所有操作约束，从而保证了所制定的调度在实际运行中的可行性。此外，还进行了敏感性分析，以灵活地调整超参数，为算法的优化提供了更大的灵活性。最后，通过对比实验验证了MDQN算法的优越性能。该算法为应对虚拟电厂运营中的复杂性问题提供了一种有效的解决方案。
11
作者：王世杰, 冯天波, 孙宁, 何可, 李嘉文, 杨程, 崔昊杨
单位：上海电力大学 电子与信息工程学院；国网上海市电力公司信息通信公司；国网上海市电力公司培训中心
摘要：热电联产机组以热定电的工作方式无法同时满足冬季供暖效率最大化和电力调峰需求，存在发电出力调节能力不足的问题。针对上述问题，提出了考虑电、气、热能源耦合特性以及需求响应的虚拟电厂优化调度策略。首先，为提升热电联产机组向下调峰能力，引入电制气设备和碳捕集技术，构建新型的热电联产耦合模型。其次，为提升系统运行的灵活性，考虑峰谷分时电价、热价，建立综合需求响应机制。然后，为减少系统发电成本，引入电、热储能装置，以系统总成本和电、热储能运行成本最小化为目标建立虚拟电厂双层优化模型，并根据下层优化模型的KKT（Karush-Kuhn-Tucher，KKT）条件将双层模型转为单层并线性化处理进行求解。结果表明，所提方法的碳排放、运行成本以及新能源消纳率达到最优，提升了热电机组向下调峰能力，满足了系统低碳性、经济性的需求。
引文信息
宋天琦, 吕志鹏, 宋振浩, 等. 虚拟电厂规模化灵活资源聚合调控框架研究与思考[J]. 中国电力, 2024, 57(1): 2-8.
Tianqi SONG, Zhipeng LV, Zhenhao SONG, et al. Research and thinking on the aggregation and dispatching control framework of virtual power plant's large scale flexible resources[J]. Electric Power, 2024, 57(1): 2-8.
周颖, 白雪峰, 王阳, 等. 面向虚拟电厂运营的温度敏感负荷分析与演变趋势研判[J]. 中国电力, 2024, 57(1): 9-17.
Ying ZHOU, Xuefeng BAI, Yang WANG, et al. Analysis and evolution trend of temperature-sensitive loads for virtual power plant operation[J]. Electric Power, 2024, 57(1): 9-17.
苏湘波, 吕睿可, 郭鸿业, 等. 基于负荷台阶的工业需求响应用户优选方法[J]. 中国电力, 2024, 57(1): 18-29.
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朱睿, 欧乙丁, 李筱天, 等. 基于外特性等值的虚拟电厂灵活性资源价值评估[J]. 中国电力, 2024, 57(1): 30-39.
Rui ZHU, Yiding OU, Xiaotian LI, et al. Evaluation of virtual power plant flexibility resources based on external characteristic equivalence[J]. Electric Power, 2024, 57(1): 30-39.
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专栏特约主编简介——陈启鑫
陈启鑫，清华大学电机系长聘教授，博士生导师。IET Fellow，IEEE高级会员。中国能源研究会“电力市场和碳市场”分委会副主任委员，中国技术经济学会“电力技术经济分会”副理事长。主要研究方向包括电力市场、能源互联网、低碳电力技术等，承担国家重点研发计划课题2项，国家自然科学基金重点基金2项，获省部级科技奖励10余项。获国家优秀青年科学基金、青年拔尖人才计划资助；曾获评世界经济论坛青年科学家，MIT TR 35（全球），Scopus 亚太青年科学家、Elsevier中国高被引学者等荣誉，发表学术论文约200篇。
专栏特约主编简介——艾芊
艾芊，上海交通大学电气系长聘教授，博士生导师，IEEE高级会员，电机工程学会和自动化学会能源互联网专委会委员。主要研究方向包括可再生能源发电、微电网运行和控制等，先后主持或参与了可再生能源相关科研项目数十项，在多微网分层调控、微电网规划设计等方面取得了一系列创新性科技成果，发表课题论文300余篇，其中SCI/EI论文160篇，授权发明专利13项，出版编著和专著7部。
专栏特约主编简介——陈宋宋
陈宋宋，中国电力科学研究院用电与能效研究所用电技术党支部书记、研究室主任，高级工程师，长期从事电力需求侧管理、智能用电与互动专业领域技术研究、成果转化与标准研制工作。担任全国智能电网用户接口标委会秘书处秘书、IEEE PES（中国）能源互联网技术委员会智慧用能分委会秘书长、《电力需求侧管理》期刊编委。近年来，带领团队进行了可调节负荷互动响应系统主站软件、客户侧可调节负荷互动响应终端、需求响应数字物理混合仿真实验平台、可调节负荷资源普查与容量核证分析系统等方面的研发，研究成果已在10余个省市推广应用。累计获得省部级二等奖及以上奖励4项，发表学术论文30余篇，授权发明专利30余项。
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