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，參與電力市場同時提供可靠輔助服務，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)域電力市場的關鍵技術和虛擬電廠參與調頻服務關鍵技術，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參與電力市場提供理論支撐和參考。

關鍵詞：新型電力系統(tǒng)；虛擬電廠；電力市場；商業(yè)運營

中圖分類號：F426""文獻標識碼：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)正經歷著從集中式向分布式、從單一電源向多元化能源的轉變。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，逐漸受到廣泛關注。虛擬電廠通過聚合分布式能源、可控負荷和儲能裝置等多種資源，統(tǒng)一調度和優(yōu)化，既可以參與區(qū)域現(xiàn)貨能量市場的競價，又能夠為電網提供靈活性的輔助服務，如調頻和備用服務。

虛擬電廠在南方區(qū)域統(tǒng)一電力市場的應用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。雖然國內外在虛擬電廠參與市場的機制和實施細則上已有較多研究，尤其是決策優(yōu)化與報價策略方面的探索，但現(xiàn)有研究主要集中在電能市場內不同種類交易模式上，關于虛擬電廠如何同時參與多種市場的相關研究仍較為薄弱。此外，虛擬電廠內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。

在參與調頻服務方面，已有研究在電動汽車、儲能設備、虛擬電廠等負荷側調頻應用上取得了顯著進展，但在與電網實時系統(tǒng)結合后，這些資源在響應速度和控制性能方面仍存在不足。這些挑戰(zhàn)限制了負荷資源在調度實時管理中的有效應用，成為實現(xiàn)大規(guī)模柔性負荷參與調頻的重要障礙。

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用現(xiàn)狀，并探討其參與電網調頻的關鍵技術研究與應用。通過梳理國內外相關研究，為虛擬電廠在我國電力市場的進一步推廣和應用提供參考和建議。

1"虛擬電廠參與南方區(qū)域電力市場的關鍵技術

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，又可為主網提供靈活性輔助服務，如調頻、備用服務。國內外對虛擬電廠參與市場的相關機制和實施細則進行了大量的探索，并著重研究了虛擬電廠的決策優(yōu)化、報價策略等方面。王帝等［1］探討了虛擬電廠依據不同交易模式參與不同市場對實現(xiàn)虛擬電廠的可信交易的推動作用。陶偉健等［2］提出決策優(yōu)化技術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"參與市場的相關機制

國內外關于虛擬電廠參與市場機制的研究，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。關于虛擬電廠參與電力市場的利益分配問題，參考文獻［3］的學者們探討了多個虛擬電廠共同參與市場時，各參與方如何通過競標策略實現(xiàn)收益最大化，并提出了一種多層次協(xié)商機制，以優(yōu)化電網運行和電力市場的協(xié)商效果。參考文獻［4］的學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，還要預測和應對其他競爭對手的策略變化，以實現(xiàn)自己的利益最大化。參考文獻［5］的學者們對電力市場參與者的競標策略進行了深入的文獻綜述，同時探討了監(jiān)管機構如何研究這些策略以識別可能的市場力量濫用行為，并通過引入適當的市場管理規(guī)則來限制這種濫用。然而，當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制及交易規(guī)則等問題亟待進一步深化研究。

1.2"市場化交易模式研究

在虛擬電廠交易機制的研究中，參考文獻［6］的學者們指出虛擬電廠除了能夠進行雙邊的直接交易外，主要參與電力市場中的遠期合約、日期市場和連續(xù)日內市場等，并且對政府補貼逐漸減少后的電力市場交易模式進行研究。參考文獻［7］的學者們將風電場與儲能設施共同組成虛擬電廠，以降低風電的不確定性對市場運營的影響，并提出了用于虛擬電廠參與日內市場競爭的電量定價策略，以通過優(yōu)化調度減少生產成本。參考文獻［8］的學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，并考慮應用虛擬電廠的可中斷負荷減少市場運行的風險。凌云頔［9］設計了一種非合作的動態(tài)博弈優(yōu)化模型，針對多虛擬電廠在日前市場中的交易，充分考慮了運行約束因素，如需求響應和電動汽車，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模型轉化為兩階段魯棒優(yōu)化方法，通過列約束生成算法實現(xiàn)了對主子問題的交替求解。就這一方向的研究來看，目前大多數的相關成果集中于對電力市場交易機制的探索，缺少對與虛擬電廠并行參與區(qū)域能源市場、頻率調節(jié)市場及備用市場的探討。

1.3"參與電力市場的實施細則

在虛擬電廠參與電力市場的實施細則方面，國內江蘇調頻輔助服務市場采用了周報價、日前預出清和日內調用的交易模式。綜合能源服務商需要具備AGC調節(jié)能力，聚合總容量達到充放電功率10MW以上、持續(xù)時間2h以上［10］。綜合能源服務商根據接入電網情況確定申報單元，其提供調頻服務的補償費用由基本補償費用與調用補償費用兩部分構成。美國加州輔助服務市場中的產品種類包括向上調頻、向下調頻、旋轉備用和非旋轉備用。旋轉備用需要與系統(tǒng)同步并在10min內響應；非旋轉備用在10min內響應，運行至少2h［11］。澳大利亞則通過預出清交易模式與實時市場來應對調峰需求。在澳大利亞電力市場中，輔助服務主要包括頻率控制輔助服務（FCAS）、網絡支持控制輔助服務和黑啟動輔助服務［12］。其中，F(xiàn)CAS輔助服務可分為調節(jié)調頻（4s）與應急調頻，應急調頻根據響應時間長短劃分為三種6s、1min和5min，以應對不同情景下的需求［13］，F(xiàn)CAS輔助服務與我國調頻服務作用相同。鑒于三個國家地區(qū)的實際分布式資源組成、技術成熟程度以及電力市場種類與結構等方面均存在相當差異，這促使了不同地區(qū)虛擬電廠參與調頻市場機制的發(fā)展方向也趨于不同。因此，南方地區(qū)在構建統(tǒng)一電力市場的過程中，不應直接照搬國外已建立的電力市場體系，而應結合自身實際情況，充分考慮區(qū)域特征，逐步推進市場建設。

1.4"參與不同種類市場的決策優(yōu)化技術

目前，對虛擬電廠參與多市場決策優(yōu)化技術的研究主要集中在其在日前市場和實時交易市場中的表現(xiàn)。在制定報價策略時，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［14］的學者們提出了一個三階段的隨機雙層模型，針對虛擬電廠生產實際約束以及不確定性影響下，如何制定競標策略將利潤最大化進行考量；針對虛擬電廠的日前競價問題，參考文獻［15］的學者們提出了一種價格接受者的魯棒優(yōu)化方法，以確保虛擬電廠面對日前市場的波動性問題時競標策略的穩(wěn)健性。參考文獻［16］的學者們建立了一種基于確定性價格單元承諾的非均衡競標模型，以在聯(lián)合市場中平衡能源和備用服務的競標。參考文獻［17］的學者們建立了基于博弈論的多VPP調度模型，探討了如何在不同時間尺度上優(yōu)化虛擬電廠的調度和市場投標，尤其是在實時市場和日前市場中的表現(xiàn)，但未分析兩個調度階段之間的差異。在日前市場的基礎上，參考文獻［18］的學者們提出了一種基于數據挖掘的激勵型需求響應模型，以激勵內部用戶提供靈活性，并充分利用分布式資源。參考文獻［19］的學者們構建了一個雙層虛擬電廠市場機制，內部實現(xiàn)分布式發(fā)電商的收益最大化，形成反映內部供需狀況的內部電價，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［20］的學者們提出了一種隨機自適應魯棒優(yōu)化方法，通過置信區(qū)間來描述風電產量的波動性，并通過場景分析模擬市場價格的不確定性，優(yōu)化虛擬電廠在日前和實時市場中的競標策略。盡管已有研究在不同時間尺度上探討了市場容量和報價策略的優(yōu)化方法，包括日前和實時市場的結合，但對于虛擬電廠同時參與調頻市場和備用市場的聯(lián)合優(yōu)化問題，仍然需要進一步深入研究。

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挑戰(zhàn)：（1）由于不同地區(qū)電力市場在機制設計和執(zhí)行細則上差異明顯，南方區(qū)域電力市場中，市場細則如何制定、虛擬電廠應該如何參與聯(lián)合市場以滿足當地用能的不同層次需要仍要深入探討。（2）南方區(qū)域虛擬電廠聚合多種負荷，所聚合的不同負荷應選取何種交易策略和利益分配方法以實現(xiàn)利益最大化等問題亟待深入研究。

2"虛擬電廠參與電網調頻的關鍵技術研究與應用

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

目前，虛擬電廠參與我國南方調頻服務日益推進，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（調頻）市場交易規(guī)則（試行）》，其中明確除各類統(tǒng)調發(fā)電企業(yè)外儲能電站以及綜合能源服務商均可參加江蘇省調頻輔助服務市場。因此，需求側管理技術在調頻服務領域的引入受到了廣泛關注。聚合眾多潛在的柔性負荷，進而持續(xù)提供可控的備用能力，使需求側管理技術逐漸取代傳統(tǒng)的備用控制方式。袁桂麗等［22］提出將電動汽車等儲能負荷作為新型調頻資源引入，在計及負荷不確定性的前提下滿足相應調頻指標。虞臨波等［23］將虛擬電廠所聚合的風電廠引入調頻系統(tǒng)，兼顧改善了調頻性能和經濟效益。參考文獻［24］的學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負荷，以支持可再生能源的穩(wěn)健管理。劉萌［25］針對自動發(fā)電控制（AGC）中的二次調頻時間尺度，提出了一種考慮網絡安全約束的源荷協(xié)調頻率控制策略，量化了引入空調負荷資源對電網安全運行的影響。在模型預測控制框架下，開發(fā)了基于ARMAX模型的空調負荷群功率變化識別與控制方法。參考文獻［26］的學者們從最優(yōu)負荷控制的角度出發(fā)，提出了一種負荷側主頻率控制方法，能夠在電網受到擾動后恢復標稱頻率并重建功率平衡。然而，當前的需求側管理技術研究主要聚焦于電力需求側如何為電網提供頻率調節(jié)靈活性，而大量具備儲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荷側資源的柔性控制問題，但這些資源與實時系統(tǒng)結合后，在實際調頻控制中依然無法完全滿足性能和響應時效等方面的需求，這成為負荷資源參與調頻的障礙，使其難以順利融入調度的實時生產管理中。

3"結論

隨著我國的經濟發(fā)展，特別是南方區(qū)域各種分布式能源并網對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運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提供輔助服務等具有重大意義。

本文針對國內外對虛擬電廠參與統(tǒng)一電力市場的應用問題，分別從關鍵技術、調頻服務兩個角度出發(fā)，針對已有研究的研究內容以及理論上存在的薄弱環(huán)節(jié)進行分析與探討，并基于此對已有的南方區(qū)域虛擬電廠應用試點仍存在的不足提供可靠的改進方向，最后在虛擬電廠參與調峰服務外，對虛擬電廠參與調頻服務的技術及應用闡述了其發(fā)展上需要解決的理論問題。

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