Journal of System Simulation 第 35 卷第 5 期 2023 年 5 月 Vol. 35 No. 5 May 2023 热电联产虚拟电厂两阶段分布鲁棒优化调度 热电联产虚拟电厂两阶段分布鲁棒优化调度 范雅倩 1，于松源 1，房方 1, 2* (1. 华北电力大学 控制与计算机工程学院，北京 102206；2. 电站能量传递转化与系统教育部重点实验室，北京 102206) plant, CHP-VPP)聚合了各类电热出 力单元，可兼顾风光出力不确定性、动态电价、用户热舒适度等影响，实现整体出力的优化调度。 提出了两阶段分布鲁棒优化调度方法，第一阶段考虑计划调度，旨在保证CHP-VPP的收益最大； 第二阶段基于矩不确定分布鲁棒方法，构建风光出力的不确定性模糊集，引入用户热舒适度 HOMIE 模型，降低电热净负荷波动幅度，实现对 CHP-VPP 内部各单元实时出力的优化调整。针 关键词：热电联产虚拟电厂；优化调度；矩不确定性；分布鲁棒优化；热舒适度 中图分类号：TP391.9 文献标志码：A 文章编号：1004-731X(2023)05-1046-13 DOI: 10.16182/j.issn1004731x.joss.22-0059 引用格式 引用格式: 范雅倩, 于松源, 房方. 热电联产虚拟电厂两阶段分布鲁棒优化调度[J]. 系统仿真学报, 2023, 35(5):

的影响。为考虑这些不确定性因素的影响，随机规 划、区间线性规划、鲁棒优化、模糊规划和信息间 隙决策理论等在 PIES 的优化运行中得到了广泛应 用，具体如表 1 所示。从随机性的来源看，已有研 究主要关注了风、光、负荷和电价的不确定性，但 有关非电能源价格不确定性的研究几乎处于空白状 态。从随机性的处理方法看，随机规划和鲁棒规划 由于其简明易行、理论完善等特点，在 PIES 的优 化 特点 文献 PIES 的随机性 出力侧随机 负荷侧随机 主观随机 价格随机 其他 随机规划 常结合蒙特卡洛抽样、点估 计、场景削减等方法降低计 算量 经济性好；需给出概率分布，鲁棒 性差、求解时间较长 [34] — 电热 — 电价 温度 [35] 光伏 — — 电价 — [36] 风电 — — 电价 — [37] 风、光 — 无需给出概率分布或隶属度函数； 结果以区间形式给出 [39] — — — — 设备能源转 换效率 [40] 光伏 电 — — — 鲁棒优化 利用对偶理论等工具转化内 层问题，寻找鲁棒可行解 鲁棒性好、求解用时较短；经济性 较差，等价对偶模型转换困难 [42] 风电 — — — — [43] 风电 — — — — [44]

降低系统运行成本。 上述优化控制均是基于负荷、可再生能源预测 信息准确的基础上。但实际运行中，可再生能源和 负荷预测值与真实值存在偏差，给系统运行控制带 来挑战。为处理预测的不确定性问题，鲁棒规划[9]、 随机规划[18]、区间规划[19-20]等方法得到了应用。上 述方法多采用多个时段的提前调度策略，虽可采取 滚动优化方法进行滚动调度，但上述调度模型均为 近似模型，无法完全满足实际运行中系统在线优化 调 整 的 需 求 。 模 型 预 测 控 制 (model predictive control，MPC)方法基于滚动优化和反馈校正的思想 可以较好的适应预测不准确定的问题，具有较好的 鲁棒性。文献[21]基于 MPC 方法对微电网进行日前 与日内滚动校正相结合的多时间尺度的优化调度。 文献[22]对一冷/电耦合系统，采用 MPC 控制方法 优化设备供能功率和蓄热装置的蓄/放能功率。文 两阶段优化协调控制流程 Fig. 6 Flowchart of the two-stage optimization of the CIES 息，起到一定的反馈校正作用，增强了运行调度的 准确性和鲁棒性。 4 算例分析 附表 A1 描述了 CIES 中主要设备相关参数及 供能方式，其中辅助设备额定耗电量为设备运行 时必要辅助设备的耗电功率(如地源热泵主机工作 时一次空调水泵、地源侧水泵的耗电量)，设备运行

4.1.4.2 实现方案 物理层帧格式优化，主要涉及自适应前导长度设计、TMI 简化设计及帧间隔优化等。 自适应前导长度设计和传输模式相结合，系统设计两种传输模式：鲁棒传输模式和高速传输模式。前导长度可以 根据传输模式选择。鲁棒传输模式保持现有的前导长度，而在高速模式下减少 3 个前导符号，在对通信性能影响不大 的的基础上，提升高速模式的传输效率。 扩展模 式编号 物理块 ( 字节 ) 分集 在保证误比特率的前提下，动态加载策略能适应信道变化，降低误码率，确保服务质量。 不同信噪比下各方法的误比特率见图 4-15。 (3) 增强系统灵活性与适应性 动态调整机制使系统能应对信道时变性和噪声干扰，提升鲁棒性，同时支持多调制方式切换。 4.1.3.4 需要付出的代价 动态比特加载技术在提升通信系统性能的同时，需要考虑以下限制因素和代价： ������ ������ ������ ��������������� 需内嵌轻量化 AI 推理引擎，支持实时数据处理与模型迭代；另一方面应实现通信规约解耦与功能 APP 化部署，通过 可编程接口实现异构设备的数据格式适配与算法动态加载，从而在跨厂商设备混装场景下保障拓扑辨识的鲁棒性和系统 兼容性。 4.3.4 营销计量类典型业务应用 营销计量类业务周期性采集为主，根据采集需求实时性要求从秒级（停电等事件上报、费控操作等）到分钟级（电 能量周期性采集任务）不等。 在

省级电网仿真节点超十亿 ，集中式计算难以满足毫秒级控制需 求 融合关键挑战 边缘 毫秒级数据汇聚 / 推 理 1/2 可解释 AI (XAI) 提供决策因果链、 置信度与反事实推演 ，建立人机信任。 鲁棒性与安全 抵御样本污染与对抗攻击 ，确保极端场景下输出稳定可靠。 AI 可解释性与电网安全 调度员对黑箱决策零容忍 ， AI 必须透明、可靠、合 规 融合关键挑战 2/2 网络安全与隐私保护

落地难度高：自研仿真环境的物理精度、传感器模型与真实场景的偏差需手动调优，域随机化、 迁移学习等技术需自主研发，实机调试周期可能远超大厂平台 3. 技术风险集中：若某一环节（如仿真引擎稳定性、算法鲁棒性）出现问题，需自主排查解决，缺乏外部技 术兜底 大厂平台 （如英伟达 Isaac） 优势： 1. 生态成熟，开箱即用：集成仿真环境、预训练模型、硬件适配，大幅缩短开发周期 2. 技术支持与 强化学习抗扰训练的代码逻辑 机器人仿真代码的版本更新，核心是新增 “外力推机器 人” 的干扰测试逻辑。通过在仿真环境中模拟外力撞 击，迫使强化学习算法自主学习抗扰平衡策略，最终提 升实机在复杂场景（如碰撞、地形突变）下的鲁棒性， 体现了 “仿真 + 强化学习” 的机器人开发技术路径 —— 先在仿真中验证极端工况策略，再迁移至实机落地 62 For full disclosure of risks, valuation

楼 层 - 重点设备的 4 级能耗监 测； • 表格、棒图、曲线等多种 格式方便管理人员准确快 速的了解各厂房、办公楼、 设备房等区域实际的能耗 和分布。 • 展示厂房 1 的分类、分项 能耗信息，逐月用能趋势； 5. 分级区域能耗监测： • 系统提供全厂 - 厂房 - 楼 层 - 重点设备的 4 级能耗监 测； • 表格、棒图、曲线等多种 格式方便管理人员准确快 速的了解各厂房、办公楼、 智慧能源与运维云平台功能应用 能源管理 实时监控 设备管理 智慧运维 系统管理 数据上传 应用 方案 5. 分级区域能耗监测： • 系统提供全厂 - 厂房 - 楼 层 - 重点设备的 4 级能耗监 测； • 表格、棒图、曲线等多种 格式方便管理人员准确快 速的了解各厂房、办公楼、 设备房等区域实际的能耗 和分布。 • 展示厂房 1 的分类、分项 能耗信息，逐月用能趋势； • 浮动窗口可显示二楼分项 用电、各生产线用电； 导航地图 ] 可快速链接到 其他厂房。 • 点击鼠标进入 [ 用水监测 ] 5. 分级区域能耗监测： • 系统提供全厂 - 厂房 - 楼 层 - 重点设备的 4 级能耗监 测； • 表格、棒图、曲线等多种 格式方便管理人员准确快 速的了解各厂房、办公楼、 设备房等区域实际的能耗 和分布。 • 展示厂房 1 的分类、分项 能耗信息，逐月用能趋势； • 浮动窗口可显示二楼分项 用电、各生产线用电；

性，适 应了市场多样化需求。  分布式决策能力的提升：交易 ID 的生成责任从 CSMS 转移到充电站 本身，并引入了序列号，这提高了充电站在离线状态下的独立运行能力， 并增强了数据传输的鲁棒性，减少了对网络连接的依赖 例如：光伏发电骤降时需⽴即降功率，OCPP1.6 很难支持充电桩功率的动态调节 图 13 充电桩功率动态调节 由于 OCPP1.6 的配置是设备级参数修改，需充电桩重启配置才能⽣效，⽆ 从能耗单元→电网调节资源 能量单位 支持 仅电流 功率（W） 能量（kWh）+功率 （kW） 充电过程控制→充放电能量管理 充电策略 持久化 重启失效 会话内有效 云端同步 （断电后自动恢复） 提升系统鲁棒性 7.3 EEBUS&SG-ready EEBUS 协议的诞生源于快速发展的能源格局对标准化通信的迫切需求，于 2017 年正式成立。其成立之初的核心目标是创建一种通用的、非专有的能源相

集团公司 企业 生产流程 铸锭工序 拉棒工序 切片工序 电池工序 组件工序 废料硅处 理工序 三级计量划分依据  主要次级用能单位的能源消耗量（或功率）限定值  主要用能设备能源消耗量（或功率）限定值 依据 GB 17167-2006 《用能单位能源计量器具配备和管理要求》 生产计量系统 用能单位 电 次级用能单位 铸锭工序 拉棒工序 切片工序 主要用能设备 烘箱 单晶炉 工序总耗电 量  铸锭工序综 合电耗  时、日、月、年  班组时长  自定义时间展示 1 2 3  坩埚喷涂综 合电耗  铸锭炉综合 电耗  烘箱综合电 耗 拉棒工序 切片工序  开方机综合电耗  研磨机综合电耗  倒角机综合电耗  带锯综合电耗  预清洗机综合电 耗  清洗机综合电耗  切片机综合电耗  硅片分选包装设 备综合电耗 碱腐蚀清洗机综合电 耗  烘箱综合电耗  自动硅料清洗机综合 电耗  锅底料清洗机  单晶边皮料清洗机  全自动硅料酸洗设备  声波清洗机  单 / 多晶棒产 量  工序总耗电 量  拉棒工序综 合电耗  单晶炉综合 电耗  真空泵综合 电耗  硅片产量  取水量  工序总耗电 量  切片工序综 合电耗  切片工序取 水量 

虚拟电厂发展背景 （二）政策支撑 6 1.虚拟电厂发展背景 u 虚拟电厂参与现货市场 ü 2024年4月，国家能源局山东监管办公室、山东省发 改委、山东省能源局联合下发《山东电力市场规则 （试行）》（鲁监能市场规〔2024〕24号），明确虚 拟电厂等新型市场主体可作为独立市场主体参与市场 交易。 ü 虚拟电厂运营商可通过聚合分布式光伏、分散式风电、 储能、电动汽车（充电桩）、蓄冷蓄热空调、电热水 省迎峰度夏有序用电方案》《2022年全省迎峰度夏有 序用电用户轮停方案》《2022年全省电力可中断负荷 需求响应工作方案》（鲁发改能源[2022]481号）。 ü 2023年6月，山东省发改委、能源局印发《2023年全 省电力市场化需求响应工作方案和2023年全省迎峰度 夏电力负荷管理方案》（鲁发改运行[2023]419号）， 其中明确，需求响应参与主体包括电力用户、负荷聚合 商、虚拟电厂运营商、储能运营商。 （三）山东虚拟电厂市场政策支撑 8 1.虚拟电厂发展背景 u 虚拟电厂参与辅助服务 ü 2023年7月，国家能源局山东监管办公室印发《山东省电力并网运 用实施细则》、《山东省电力辅助服务管理实施细则》的通知（鲁 监能市场〔2023〕53号），通知提出辅助服务是指为维护电力系 统安全稳定运行，保证电能质量，促进新能源消纳，由火电、核电、 风电、光伏发电、抽水蓄能等发电侧并网主体，电化学、压缩空气、 飞