摘"要：隨著我國新型電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，多元化能源為電力系統(tǒng)供需平衡帶來了新的挑戰(zhàn)。虛擬電廠通過聚合多種資源，參與電力市場同時(shí)提供可靠輔助服務(wù)，為保證我國電力市場深入改革提供了新的可行路徑。本文圍繞如今虛擬電廠在南方區(qū)域統(tǒng)一電力市場的應(yīng)用和所面臨的挑戰(zhàn)開展研究，梳理了虛擬電廠參與南方區(qū)域電力市場的關(guān)鍵技術(shù)和虛擬電廠參與調(diào)頻服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)，歸納目前虛擬電廠參與南方統(tǒng)一電力市場亟待解決的問題，為我國虛擬電廠深入?yún)⑴c電力市場提供理論支撐和參考。

關(guān)鍵詞：新型電力系統(tǒng)；虛擬電廠；電力市場；商業(yè)運(yùn)營

中圖分類號：F426""文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

隨著我國電力市場改革的深入和新能源的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)正經(jīng)歷著從集中式向分布式、從單一電源向多元化能源的轉(zhuǎn)變。在此背景下，虛擬電廠作為一種新型的電力系統(tǒng)組織形式，逐漸受到廣泛關(guān)注。虛擬電廠通過聚合分布式能源、可控負(fù)荷和儲(chǔ)能裝置等多種資源，統(tǒng)一調(diào)度和優(yōu)化，既可以參與區(qū)域現(xiàn)貨能量市場的競價(jià)，又能夠?yàn)殡娋W(wǎng)提供靈活性的輔助服務(wù)，如調(diào)頻和備用服務(wù)。

虛擬電廠在南方區(qū)域統(tǒng)一電力市場的應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。雖然國內(nèi)外在虛擬電廠參與市場的機(jī)制和實(shí)施細(xì)則上已有較多研究，尤其是決策優(yōu)化與報(bào)價(jià)策略方面的探索，但現(xiàn)有研究主要集中在電能市場內(nèi)不同種類交易模式上，關(guān)于虛擬電廠如何同時(shí)參與多種市場的相關(guān)研究仍較為薄弱。此外，虛擬電廠內(nèi)部各主體的交易策略和利益分配問題的研究尚處于初級階段，理論框架亟待完善。

在參與調(diào)頻服務(wù)方面，已有研究在電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能設(shè)備、虛擬電廠等負(fù)荷側(cè)調(diào)頻應(yīng)用上取得了顯著進(jìn)展，但在與電網(wǎng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)結(jié)合后，這些資源在響應(yīng)速度和控制性能方面仍存在不足。這些挑戰(zhàn)限制了負(fù)荷資源在調(diào)度實(shí)時(shí)管理中的有效應(yīng)用，成為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模柔性負(fù)荷參與調(diào)頻的重要障礙。

針對上述問題，本文將深入分析虛擬電廠在南方區(qū)域統(tǒng)一電力市場的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀，并探討其參與電網(wǎng)調(diào)頻的關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用。通過梳理國內(nèi)外相關(guān)研究，為虛擬電廠在我國電力市場的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用提供參考和建議。

1"虛擬電廠參與南方區(qū)域電力市場的關(guān)鍵技術(shù)

隨著電力市場體系的不斷創(chuàng)新發(fā)展，虛擬電廠既可通過聚合小規(guī)模單元參與區(qū)域現(xiàn)貨能量市場競價(jià)，又可為主網(wǎng)提供靈活性輔助服務(wù)，如調(diào)頻、備用服務(wù)。國內(nèi)外對虛擬電廠參與市場的相關(guān)機(jī)制和實(shí)施細(xì)則進(jìn)行了大量的探索，并著重研究了虛擬電廠的決策優(yōu)化、報(bào)價(jià)策略等方面。王帝等［1］探討了虛擬電廠依據(jù)不同交易模式參與不同市場對實(shí)現(xiàn)虛擬電廠的可信交易的推動(dòng)作用。陶偉健等［2］提出決策優(yōu)化技術(shù)對滿足電力供需平衡和保證系統(tǒng)的可靠性的重要意義。

1.1"參與市場的相關(guān)機(jī)制

國內(nèi)外關(guān)于虛擬電廠參與市場機(jī)制的研究，主要聚焦于其利益平衡、效益分配以及市場化交易模式的探索。關(guān)于虛擬電廠參與電力市場的利益分配問題，參考文獻(xiàn)［3］的學(xué)者們探討了多個(gè)虛擬電廠共同參與市場時(shí)，各參與方如何通過競標(biāo)策略實(shí)現(xiàn)收益最大化，并提出了一種多層次協(xié)商機(jī)制，以優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行和電力市場的協(xié)商效果。參考文獻(xiàn)［4］的學(xué)者們提出通過平衡和非平衡模型模擬市場行為，主要參與者不僅要考慮市場規(guī)則，還要預(yù)測和應(yīng)對其他競爭對手的策略變化，以實(shí)現(xiàn)自己的利益最大化。參考文獻(xiàn)［5］的學(xué)者們對電力市場參與者的競標(biāo)策略進(jìn)行了深入的文獻(xiàn)綜述，同時(shí)探討了監(jiān)管機(jī)構(gòu)如何研究這些策略以識別可能的市場力量濫用行為，并通過引入適當(dāng)?shù)氖袌龉芾硪?guī)則來限制這種濫用。然而，當(dāng)前的研究大多集中在虛擬電廠參與電力市場中的交易模式上，對虛擬電廠參與市場的利益分配平衡機(jī)制及交易規(guī)則等問題亟待進(jìn)一步深化研究。

1.2"市場化交易模式研究

在虛擬電廠交易機(jī)制的研究中，參考文獻(xiàn)［6］的學(xué)者們指出虛擬電廠除了能夠進(jìn)行雙邊的直接交易外，主要參與電力市場中的遠(yuǎn)期合約、日期市場和連續(xù)日內(nèi)市場等，并且對政府補(bǔ)貼逐漸減少后的電力市場交易模式進(jìn)行研究。參考文獻(xiàn)［7］的學(xué)者們將風(fēng)電場與儲(chǔ)能設(shè)施共同組成虛擬電廠，以降低風(fēng)電的不確定性對市場運(yùn)營的影響，并提出了用于虛擬電廠參與日內(nèi)市場競爭的電量定價(jià)策略，以通過優(yōu)化調(diào)度減少生產(chǎn)成本。參考文獻(xiàn)［8］的學(xué)者們基于納什均衡策略，探討了虛擬電廠如何與傳統(tǒng)熱電廠競爭及競標(biāo)，并考慮應(yīng)用虛擬電廠的可中斷負(fù)荷減少市場運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。凌云頔［9］設(shè)計(jì)了一種非合作的動(dòng)態(tài)博弈優(yōu)化模型，針對多虛擬電廠在日前市場中的交易，充分考慮了運(yùn)行約束因素，如需求響應(yīng)和電動(dòng)汽車，并通過市場模擬清算展現(xiàn)其他虛擬電廠如何影響自身決策，最終將原有的確定性競標(biāo)模型轉(zhuǎn)化為兩階段魯棒優(yōu)化方法，通過列約束生成算法實(shí)現(xiàn)了對主子問題的交替求解。就這一方向的研究來看，目前大多數(shù)的相關(guān)成果集中于對電力市場交易機(jī)制的探索，缺少對與虛擬電廠并行參與區(qū)域能源市場、頻率調(diào)節(jié)市場及備用市場的探討。

1.3"參與電力市場的實(shí)施細(xì)則

在虛擬電廠參與電力市場的實(shí)施細(xì)則方面，國內(nèi)江蘇調(diào)頻輔助服務(wù)市場采用了周報(bào)價(jià)、日前預(yù)出清和日內(nèi)調(diào)用的交易模式。綜合能源服務(wù)商需要具備AGC調(diào)節(jié)能力，聚合總?cè)萘窟_(dá)到充放電功率10MW以上、持續(xù)時(shí)間2h以上［10］。綜合能源服務(wù)商根據(jù)接入電網(wǎng)情況確定申報(bào)單元，其提供調(diào)頻服務(wù)的補(bǔ)償費(fèi)用由基本補(bǔ)償費(fèi)用與調(diào)用補(bǔ)償費(fèi)用兩部分構(gòu)成。美國加州輔助服務(wù)市場中的產(chǎn)品種類包括向上調(diào)頻、向下調(diào)頻、旋轉(zhuǎn)備用和非旋轉(zhuǎn)備用。旋轉(zhuǎn)備用需要與系統(tǒng)同步并在10min內(nèi)響應(yīng)；非旋轉(zhuǎn)備用在10min內(nèi)響應(yīng)，運(yùn)行至少2h［11］。澳大利亞則通過預(yù)出清交易模式與實(shí)時(shí)市場來應(yīng)對調(diào)峰需求。在澳大利亞電力市場中，輔助服務(wù)主要包括頻率控制輔助服務(wù)（FCAS）、網(wǎng)絡(luò)支持控制輔助服務(wù)和黑啟動(dòng)輔助服務(wù)［12］。其中，F(xiàn)CAS輔助服務(wù)可分為調(diào)節(jié)調(diào)頻（4s）與應(yīng)急調(diào)頻，應(yīng)急調(diào)頻根據(jù)響應(yīng)時(shí)間長短劃分為三種6s、1min和5min，以應(yīng)對不同情景下的需求［13］，F(xiàn)CAS輔助服務(wù)與我國調(diào)頻服務(wù)作用相同。鑒于三個(gè)國家地區(qū)的實(shí)際分布式資源組成、技術(shù)成熟程度以及電力市場種類與結(jié)構(gòu)等方面均存在相當(dāng)差異，這促使了不同地區(qū)虛擬電廠參與調(diào)頻市場機(jī)制的發(fā)展方向也趨于不同。因此，南方地區(qū)在構(gòu)建統(tǒng)一電力市場的過程中，不應(yīng)直接照搬國外已建立的電力市場體系，而應(yīng)結(jié)合自身實(shí)際情況，充分考慮區(qū)域特征，逐步推進(jìn)市場建設(shè)。

1.4"參與不同種類市場的決策優(yōu)化技術(shù)

目前，對虛擬電廠參與多市場決策優(yōu)化技術(shù)的研究主要集中在其在日前市場和實(shí)時(shí)交易市場中的表現(xiàn)。在制定報(bào)價(jià)策略時(shí)，各種模型通常綜合考慮了安全性、不確定性以及其他競爭者的影響等因素。具體來說，參考文獻(xiàn)［14］的學(xué)者們提出了一個(gè)三階段的隨機(jī)雙層模型，針對虛擬電廠生產(chǎn)實(shí)際約束以及不確定性影響下，如何制定競標(biāo)策略將利潤最大化進(jìn)行考量；針對虛擬電廠的日前競價(jià)問題，參考文獻(xiàn)［15］的學(xué)者們提出了一種價(jià)格接受者的魯棒優(yōu)化方法，以確保虛擬電廠面對日前市場的波動(dòng)性問題時(shí)競標(biāo)策略的穩(wěn)健性。參考文獻(xiàn)［16］的學(xué)者們建立了一種基于確定性價(jià)格單元承諾的非均衡競標(biāo)模型，以在聯(lián)合市場中平衡能源和備用服務(wù)的競標(biāo)。參考文獻(xiàn)［17］的學(xué)者們建立了基于博弈論的多VPP調(diào)度模型，探討了如何在不同時(shí)間尺度上優(yōu)化虛擬電廠的調(diào)度和市場投標(biāo)，尤其是在實(shí)時(shí)市場和日前市場中的表現(xiàn)，但未分析兩個(gè)調(diào)度階段之間的差異。在日前市場的基礎(chǔ)上，參考文獻(xiàn)［18］的學(xué)者們提出了一種基于數(shù)據(jù)挖掘的激勵(lì)型需求響應(yīng)模型，以激勵(lì)內(nèi)部用戶提供靈活性，并充分利用分布式資源。參考文獻(xiàn)［19］的學(xué)者們構(gòu)建了一個(gè)雙層虛擬電廠市場機(jī)制，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電商的收益最大化，形成反映內(nèi)部供需狀況的內(nèi)部電價(jià)，外部則通過減少不確定性的影響，提升虛擬電廠在市場交易中的競爭力。此外，參考文獻(xiàn)［20］的學(xué)者們提出了一種隨機(jī)自適應(yīng)魯棒優(yōu)化方法，通過置信區(qū)間來描述風(fēng)電產(chǎn)量的波動(dòng)性，并通過場景分析模擬市場價(jià)格的不確定性，優(yōu)化虛擬電廠在日前和實(shí)時(shí)市場中的競標(biāo)策略。盡管已有研究在不同時(shí)間尺度上探討了市場容量和報(bào)價(jià)策略的優(yōu)化方法，包括日前和實(shí)時(shí)市場的結(jié)合，但對于虛擬電廠同時(shí)參與調(diào)頻市場和備用市場的聯(lián)合優(yōu)化問題，仍然需要進(jìn)一步深入研究。

綜上所述，目前的研究表明，虛擬電廠參與我國南方區(qū)域電力市場仍存在相當(dāng)挑戰(zhàn)：（1）由于不同地區(qū)電力市場在機(jī)制設(shè)計(jì)和執(zhí)行細(xì)則上差異明顯，南方區(qū)域電力市場中，市場細(xì)則如何制定、虛擬電廠應(yīng)該如何參與聯(lián)合市場以滿足當(dāng)?shù)赜媚艿牟煌瑢哟涡枰砸钊胩接?。?）南方區(qū)域虛擬電廠聚合多種負(fù)荷，所聚合的不同負(fù)荷應(yīng)選取何種交易策略和利益分配方法以實(shí)現(xiàn)利益最大化等問題亟待深入研究。

2"虛擬電廠參與電網(wǎng)調(diào)頻的關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用

維持電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的工具自動(dòng)發(fā)電控制（Automatic"Generation"Control，AGC）系統(tǒng)，隨著火電機(jī)組的逐漸退出，面臨著結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要挑戰(zhàn)。因此，在針對提升互聯(lián)電力系統(tǒng)調(diào)頻能力的AGC控制策略的研究中，重點(diǎn)可以概括為三方面：（1）引入新型調(diào)頻資源，制定適應(yīng)其特性的AGC控制方法；（2）優(yōu)化現(xiàn)有調(diào)頻資源性能，探索調(diào)節(jié)容量分配的最佳方案；（3）促進(jìn)多個(gè)區(qū)域的調(diào)頻資源協(xié)作，制定跨區(qū)域的AGC協(xié)調(diào)控制策略。

目前，虛擬電廠參與我國南方調(diào)頻服務(wù)日益推進(jìn)，2020年7月，江蘇能源監(jiān)管辦［21］正式發(fā)布《江蘇電力輔助服務(wù)（調(diào)頻）市場交易規(guī)則（試行）》，其中明確除各類統(tǒng)調(diào)發(fā)電企業(yè)外儲(chǔ)能電站以及綜合能源服務(wù)商均可參加江蘇省調(diào)頻輔助服務(wù)市場。因此，需求側(cè)管理技術(shù)在調(diào)頻服務(wù)領(lǐng)域的引入受到了廣泛關(guān)注。聚合眾多潛在的柔性負(fù)荷，進(jìn)而持續(xù)提供可控的備用能力，使需求側(cè)管理技術(shù)逐漸取代傳統(tǒng)的備用控制方式。袁桂麗等［22］提出將電動(dòng)汽車等儲(chǔ)能負(fù)荷作為新型調(diào)頻資源引入，在計(jì)及負(fù)荷不確定性的前提下滿足相應(yīng)調(diào)頻指標(biāo)。虞臨波等［23］將虛擬電廠所聚合的風(fēng)電廠引入調(diào)頻系統(tǒng)，兼顧改善了調(diào)頻性能和經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)［24］的學(xué)者們使用偏微分方程模型和有限差分近似來建模和控制空調(diào)負(fù)荷，以支持可再生能源的穩(wěn)健管理。劉萌［25］針對自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）中的二次調(diào)頻時(shí)間尺度，提出了一種考慮網(wǎng)絡(luò)安全約束的源荷協(xié)調(diào)頻率控制策略，量化了引入空調(diào)負(fù)荷資源對電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響。在模型預(yù)測控制框架下，開發(fā)了基于ARMAX模型的空調(diào)負(fù)荷群功率變化識別與控制方法。參考文獻(xiàn)［26］的學(xué)者們從最優(yōu)負(fù)荷控制的角度出發(fā)，提出了一種負(fù)荷側(cè)主頻率控制方法，能夠在電網(wǎng)受到擾動(dòng)后恢復(fù)標(biāo)稱頻率并重建功率平衡。然而，當(dāng)前的需求側(cè)管理技術(shù)研究主要聚焦于電力需求側(cè)如何為電網(wǎng)提供頻率調(diào)節(jié)靈活性，而大量具備儲(chǔ)熱潛力的建筑靈活性資源尚未被充分利用。

綜上所述，盡管已有大量研究探討了各種負(fù)荷側(cè)資源的柔性控制問題，但這些資源與實(shí)時(shí)系統(tǒng)結(jié)合后，在實(shí)際調(diào)頻控制中依然無法完全滿足性能和響應(yīng)時(shí)效等方面的需求，這成為負(fù)荷資源參與調(diào)頻的障礙，使其難以順利融入調(diào)度的實(shí)時(shí)生產(chǎn)管理中。

3"結(jié)論

隨著我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，特別是南方區(qū)域各種分布式能源并網(wǎng)對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行帶來了巨大的挑戰(zhàn)。以虛擬電廠為主體，聚合各種靈活性資源，對于南方區(qū)域統(tǒng)一電力市場的建立以及為電網(wǎng)提供輔助服務(wù)等具有重大意義。

本文針對國內(nèi)外對虛擬電廠參與統(tǒng)一電力市場的應(yīng)用問題，分別從關(guān)鍵技術(shù)、調(diào)頻服務(wù)兩個(gè)角度出發(fā)，針對已有研究的研究內(nèi)容以及理論上存在的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行分析與探討，并基于此對已有的南方區(qū)域虛擬電廠應(yīng)用試點(diǎn)仍存在的不足提供可靠的改進(jìn)方向，最后在虛擬電廠參與調(diào)峰服務(wù)外，對虛擬電廠參與調(diào)頻服務(wù)的技術(shù)及應(yīng)用闡述了其發(fā)展上需要解決的理論問題。

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