上海交通大学研究者提出一种虚拟电厂的精准调控方法

虚拟电厂（VPP） 作为挖掘需求侧灵活性的重要手段，在新型电力系统中扮演关键角色。但是，现有研究通常忽略了负荷静态电压特性对调控精度的影响，未考虑负荷随所在节点电压幅值波动的变化，导致VPP难以实现精准调控。

上海交通大学电气工程学院智能用电网络课题组联合海南电网电力科学研究院，在2025年第15期《电工技术学报》上撰文，提出考虑负荷静态电压特性的VPP精准调控方法。研究团队建立了精细化的VPP运行模型，充分考虑不可控资源与决策变量间的耦合关系，并提出高效的线性化求解方法，显著提升了VPP的调控精度和调节效益，为VPP发挥负荷跟踪、自动功率控制等多类型调节作用奠定了基础。

研究背景

"双碳"战略目标下，以新能源为主体的新型电力系统建设亟待推进。高比例新能源发电的波动性导致灵活调节能力匮乏，成为新型电力系统面临的核心矛盾。虚拟电厂作为挖掘需求侧灵活性的重要手段，可提供多时间尺度的调节服务，但如何实现精准调控仍是关键技术难题。

现有研究通常将需求侧资源简单划分为可控和不可控两类，将不可控资源视为刚性参数。然而，负荷客观存在静态电压特性，VPP调控引发的电压变化必然影响不可控资源功率，导致调控偏差和调节损失。这种粗放式调控限制了VPP应用范围，使其仅能用于削峰填谷等单一场景。因此，考虑负荷静态电压特性的VPP精准调控方法，对于提升VPP调节品质、拓展其在负荷跟踪和自动功率控制等领域的应用具有重要意义。

论文所解决的问题及意义

现有VPP调控方法将不可控资源视为恒定参数、忽略负荷静态电压特性，导致VPP调控引发的节点电压变化影响不可控资源实际功率，产生功率偏移和不必要的调节损失，导致功率偏移和调节精度不足，制约了VPP在负荷跟踪、自动功率控制等高精度调节场景中的应用。

研究团队提出的精准调控方法通过建立考虑负荷静态电压特性的VPP运行模型，精细化考虑不可控资源与决策变量间的耦合关系，并设计高效的线性化求解算法，有效解决了传统方法中负荷特性建模粗糙、调控精度不足等问题。该方法能够准确把握不可控资源受其他资源调控带来的影响，以更小的调节代价达到合格的功率目标跟踪精，推动VPP向电化学储能等高品质调节服务看齐，在新型电力系统中发挥更广泛调节作用提供了理论基础和技术支撑。

图1 园区资源参与调控流程

论文方法及创新点

1、考虑负荷静态电压特性的VPP运行模型建立

针对现有研究将不可控资源视为刚性负荷的局限性，本文建立了包含可控资源、不可控资源和园区网络的完整VPP运行模型。模型采用ZIP模型描述负荷的静态电压特性，通过潮流方程建立节点电压与资源调控的关联关系，精细化地考虑不可控资源功率受决策变量被动变化的影响机理。该模型首次在VPP调控框架中系统性地引入了负荷电压依赖特性，揭示了调控策略-电压变化-负荷响应-潮流改变-输出调整的全过程耦合关系。

图2 PCC功率与调控结果

2、负荷静态电压特性的线性化处理方法

为解决ZIP模型引入的非凸约束给优化求解带来的复杂性，本文提出了基于CVR系数的线性化处理方法。考虑到节点电压安全约束下电压变化幅度相对较小的特点，采用泰勒展开并舍弃高阶项的方式，将ZIP模型转换为关于节点电压幅值二次方的线性关系。通过引入等效CVR系数参量，将原本复杂的多项式约束简化为线性约束，在保证模型精度的同时大幅降低了计算复杂度，实现了优化模型的快速在线求解。

图3 采用ZIP模型和等效CVR系数模型描述的静态电压特性

3、基于量测反馈的模型校准机制

建立了适应实际工程应用的模型校准框架，通过递归最小二乘法、加权最小二乘法等方法从用电信息中获取负荷特性参数。该机制能够根据边界节点功率的实际量测值与调控目标的偏差，实时修正模型参数，保障线性化处理后模型的准确性。同时结合园区内资源信息和负荷静态电压特性参数，形成了完整的调控策略生成与效果评估闭环，确保了方法在实际应用中的可靠性和有效性。

图4 考虑负荷静态电压特性的调控方法流程

图5 不同等效CVR系数下跟踪效果

图6 不同跟踪策略下跟踪相对误差分布

结论

1）相较于传统将负荷视为刚性的调控策略，本文方法将平均跟踪相对误差从4.82%降低至0.78%，调节效用损失比基于量测反馈的储能下垂控制修正策略降低35%，显著提升了VPP功率跟踪精度和调节经济性。

2）网络中负荷静态电压特性越显著，本文方法优势越明显。在高等效CVR系数下，所提方法的平均跟踪相对误差仅为0.09%，而传统方法高达5.74%；在低等效CVR系数下仍可保持2.22%的跟踪误差，表现出良好的适应性。

3）在不同调节深度和跟踪精度要求下，本文方法均能保持稳定的跟踪效果。该方法解决了当前VPP因调节粗略而仅在削峰填谷等单一场景应用的不足，为VPP发挥负荷跟踪、自动功率控制、运行备用等多类型调节作用奠定了基础。

团队介绍

上海交通大学何光宇教授课题组主要研究兴趣集中于智能用电网络领域，致力于“让用电更满意、更灵活、更低碳”，具体研究包括新终端（节能与互动智能体）、新平台（智慧园区与主动虚拟电厂）、新机制（准线需求响应与新型电力市场）与新调度（供需双侧调度）等方面。原创提出了电力互替品市场、准线型需求响应、事故备用分散转移、自趋优智能电网等理论与方法，为新型电力系统建设发展提供了新的解决思路。

近年来，多次主持国家重点研发计划、国家自然科学基金等多个国家级科研项目，获上海市科技进步奖、北京市科技进步奖、内蒙古自治区科技进步奖、中国电力科技进步奖等省部级科技进步奖十余项，获中美日澳等国发明专利七十多项，发表SCI、EI收录论文两百余篇。

本工作成果发表在2025年第15期《电工技术学报》，论文标题为“考虑负荷静态电压特性的虚拟电厂精准调控方法“。本课题为国家自然科学基金和国家重点研发计划资助项目。