国能长源能源销售有限公司 高峰等|基于分层分区调控的虚拟电厂市场多时间尺度竞价策略
来源：《中国电力》2026年第2期
引用本文：
高峰, 黄丽丽, 陈洁, 等. 基于分层分区调控的虚拟电厂市场多时间尺度竞价策略[J]. 中国电力, 2026, 59(2): 138-147.
GAO Feng, HUANG Lili, CHEN Jie, et al. Multi-time scale bidding strategy for virtual power plant markets based on hierarchical partition control[J]. Electric Power, 2026, 59(2): 138-147.
DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649. 202506053
【目的】为提升虚拟电厂（virtual power plant，VPP）参与电力市场的经济性与调控协调性，提出一种基于分层分区调控的虚拟电厂市场多时间尺度竞价策略。【方法】首先，定义虚拟机组作为调度与交易统一建模单元，依据电网拓扑结构与过载风险构建分区聚合策略，进一步构建其外特性表征模型以反映虚拟电厂可调节能力。其次，建立涵盖日前与实时市场的多时间尺度竞价模型，并利用库恩-塔克（Karush-Kuhn-Tucker，KKT）条件将其转化为单层优化问题以降低求解复杂度。最后，通过算例验证所提模型的有效性。【结果】结果表明，该策略可在保障网络安全与隐私保护的基础上，有效降低建模维度；可实现VPP在多时间尺度市场中的协调竞价，与采用固定报价和仅考虑日前市场相比，VPP收益分别提升了15.8%和17.2%，增强了VPP的市场适应能力与收益水平。
随着大规模可再生能源接入和负荷侧多样化资源快速发展，电力系统的运行特性日益复杂，调度灵活性需求不断增强。作为整合分布式能源资源的重要手段，虚拟电厂（virtual power plant，VPP）通过信息物理系统实现对分布式电源、储能装置与可控负荷的聚合调控，有效提升了资源可观测性与调度响应能力。当前，VPP不仅在支持源-荷-储协同运行方面发挥作用，也逐步成为参与电力市场交易的关键主体，助力构建以新能源为主体的新型电力系统。为了更好发挥VPP在市场与调控两方面的桥梁作用，亟须建立面向市场运行特性的分层建模与协同优化机制。
在电力市场环境下，VPP可通过参与日前、日内及实时市场获取收益，其报价策略直接影响其经济性与调度可接受性。现有研究主要基于模型预测控制、鲁棒优化、强化学习等方法，构建VPP在不同市场中的最优报价模型。部分文献考虑了不确定性因素的影响，采用场景法、信息间隙理论等方法提高策略鲁棒性。然而，当前研究多以单一时间尺度市场为对象，忽略了多时间尺度市场间的耦合效应及资源协同调度的潜力。随着现货市场机制的不断完善，VPP在不同时间尺度市场间的竞价协调已成为亟待解决的问题。因此，有必要构建多时间尺度的协同优化框架，全面提升VPP的市场适应能力与收益水平。
虚拟电厂根据其功能定位可分为技术型虚拟电厂（technology virtual power plant，TVPP）和商业型虚拟电厂（commercial virtual power plant，CVPP）。前者主要实现分布式能源资源的整合与电网调度响应功能，后者则专注于市场交易与利益协调。这两种类型通常由不同主体运营管理，主要原因在于分布式资源具有空间分散的特性。为协调调度控制与市场交易的一致性，要建立统一的参与单元。参考传统发电厂中实际机组作为基本运行单元的模式，引入VPU的概念，VPU是基于电网拓扑分区聚合形成的资源管理单元，是兼顾电力系统调度运行与市场交易需求的最小功能实体，具备商业运营与技术调度的双重属性。在这种架构下，同一运营商管理的多个VPU构成完整的CVPP，同一电网分区内的多个VPU形成对应的TVPP，每个VPU内部资源在运行过程中保持整体性。
由于VPU内部灵活资源的聚合范围过大将会影响电网的稳定性，而聚合范围过小又将会使调度不够灵活，因此本文基于网络分区来构建VPU，以此方式构建的VPU内部无需考虑网络约束，而不同分区之间的VPU则需考虑网络约束。在VPU的聚合过程中，应当保持VPU内部无潮流阻塞，具体分区原则如图1所示。在基于图1所示分区聚合架构下，VPU的构成是实时动态变化的，鉴于当前电力市场普遍采用日前竞价机制，可采用每日更新的分区配置策略。由于在次日不同时段可能有不同过载的情况，确定次日分区时可综合考虑所有时段的分区结果。
Fig.1 Principle of VPU zonal aggregation
由于目前VPP规模小和配电系统运营商（distribution system operator，DSO）技术能力不足的原因，使得大部分VPP由输电系统运营商（transmission system operator，TSO）调度，这种调度方式将会导致作为直接管理者的DSO无法全面掌握配电网运行状态，可能会导致局部过载和电压越限。而DSO掌握VPP的网络结构，其作为VPP的直接调度机构最为合适。因此，VPP可采用“DSO直接调度+TSO协同交互”模式进行调控，其架构如图2所示，VPP聚合运营管理系统聚合分布式资源形成VPP，由VPP聚合运营管理商控制，VPP运营商管理人员通过网络向电力市场交易中心申报交易数据，由TSO进行市场出清，出清结果由TSO下发给DSO进行调度控制，DSO得到指令后向VPP聚合运营管理商下发调度指令。
Fig.2 Hierarchical regulation architecture of virtual power plant
VPP作为整合分布式能源资源的新型市场主体，其参与电力市场的核心挑战在于收益提升与隐私保护需求。本文通过分层分区调控架构和多时间尺度竞价策略，提出了基于分层分区调控的虚拟电厂市场多时间尺度竞价策略，研究结果如下。
1） 基于分区聚合原则构建的虚拟电厂的调度不仅满足市场盈利目标，也兼顾区域电网运行安全性与资源协调性。
2） 将灵活性资源聚合为VPU并刻画虚拟机组的外特性，进而得到虚拟电厂的外特性，其能有效降低VPP参与市场模型的复杂度。此外，由于VPP所提交给市场的为VPP的可行域，保护了VPP内部隐私。
3） 构建的日前-实时竞价模型，实现了VPP在多时间尺度市场中的协调竞价，与采用固定报价和仅考虑日前市场相比，VPP收益分别提升了15.8%和17.2%。
本文主要聚焦于单一虚拟电厂在多时间尺度市场中的竞价策略，未考虑多VPP之间的博弈行为或协同关系。实际上，VPP之间的报价决策存在相互影响，竞争与合作机制将对系统效益与市场公平性产生重要影响。因此，未来可研究多VPP间的博弈策略、合作机制及其对市场效率与系统稳定性的影响。
高峰（1974），男，通信作者，工程师，从事工业电气自动化、市场营销研究，E-mail：12010317@ceic.com；
黄丽丽（1978），女，高级工程师，从事电力营销研究，E-mail：12111486@ceic.com；
陈洁（1971），女，工程师，从事电力营销研究，E-mail：12112389@ceic.com。
注：本文内容呈现略有调整，如需要请查看原文。
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