解读东南大学PPT：面向虚拟电厂独立运行的配电网安全空间理论与方法

研究起点：温控负荷为何难以直接调控

材料第4页指出，温控负荷（空调、热泵、热水器等）是现代电力系统中规模最大、分布最广的负荷类型，高峰时占比可达60%，是提升电力系统灵活性、韧性的重要抓手。但这类负荷容量小、分布广、不确定性高，带来“系统调用不可见、负荷响应不可信”两个核心问题。

围绕这两个问题，研究团队从机理建模、聚合调控到虚拟电厂应用逐层推进：早期提出温控负荷虚拟电池、虚拟机组模型，研究需求侧商业模式与市场机制，随后探索城市建筑与配电网高韧性协调运行、配用电系统多主体解耦运行，形成了从温控负荷资源特性到虚拟电厂聚合与商业模式拓展，再到需求侧资源与配电网安全协调运行的研究主线。

温控负荷多模态运行机理与聚合建模

材料第6页揭示了温控负荷区别于传统电力元件的热-电耦合特性：极端工况下会出现“冷负荷回流”现象，存在完全柔性、部分柔性与调节状态切换点，传统建模方法辨识度低、适用性差。研究构建了温控负荷标准化建模理论，提出异质温控负荷向系统可调度标准元件转化的路径。

第7页进一步给出温控负荷与虚拟电池、虚拟机组的映射机理，形成标准化模型接口。团队发现并揭示了温控负荷与配电网决策耦合演化规律，提出温控负荷聚合参数高维模型表达辨识技术，精度达94.5%。相关成果包括发表国内首篇温控负荷参与电力需求响应的综述论文，单篇热储能IEEE Trans论文SCI他引184次。

安全可信调控策略与虚拟电厂应用

材料第8页指出，温控负荷位于电力系统结构底层，用户不确定性高、诉求多样化，导致负荷调控复杂度高、响应动力不足、精度低、可信性差。研究构建了基于虚拟电厂高级形态的温控负荷调控体系，从交易机制及优化控制提升调控的可信性、积极性与可靠性。

第9页给出三项具体方法：提出虚拟电厂广义共享储能优化配置与商业模式；设计基于碳积分流转的电-碳协同交易调度方法；发明温控负荷两阶段决策依赖型紧急控制策略，负荷恢复率提升32%。团队还形成了“云端聚合-本地控制”调控方法，通过功率分解、可信聚合与本地协调控制实现安全限制下的能量交互。虚拟电厂、共享储能论文入选高下载、高被引论文，参与制定国家标准2项。

虚拟电厂与电网互动的安全空间概念

材料第11至13页梳理了三种互动机制。基于完整潮流信息共享的集中式互动机制中，配电网将完整潮流约束信息共享给虚拟电厂，但电网潮流数据作为隐私数据无法直接给到虚拟电厂，导致虚拟电厂聚合与调度信息不全。基于双层模型的分层互动机制中，配电网（上层）和虚拟电厂（下层）各自负责电网安全和经济运行，但频繁的信息交换和相互依赖增加了计算复杂度和通信负担。

基于安全空间的解耦式互动机制是未来发展趋势之一：在保障电网安全的同时，提高虚拟电厂自主决策权。第13页将安全空间与安全域、调度域、运行包络做了概念辨析：安全域面向全局节点，完整刻画系统安全边界但包含不属于虚拟电厂的节点，虚拟电厂难直接使用；安全空间面向虚拟电厂内部耦合节点，节点完全解耦，每个节点独立边界，通信量小、隐私保护好，适用于面向配电网快速聚合。

动态安全空间建模与模糊不确定性处理

材料第14至15页给出了动态安全空间的具体建模流程。首先量化配电网资源模糊出力不确定性，赋值于安全域得到面向单一虚拟电厂的配电网模糊动态安全空间；由于表达式包含混合模糊变量，需对高维模糊变量（二型模糊）进行降型，采用改进增强型相向搜索算法提升降型速度。

降型后的模糊安全空间仍包含模糊不确定性，需进一步清晰化。团队采用广义可信度理论对不确定变量的模糊隶属度函数进行分段隶属清晰化等值，分段策略主要用于解决降型后的隶属度函数非线性问题，用分段方式逐段清晰化，最终得到可明确不同风险下配电网运行安全空间的等效形式，得到仅以虚拟电厂内部功率为决策变量的约束集合。

单一虚拟电厂算例：阻塞容量与精度验证

材料第16至18页给出了算例配置与结果。算例采用IEEE-33系统，将所有节点按照资源类型（虚拟储能/电源）、所属主体（VPP/DSO）进行划分。虚拟电厂拥塞容量是指在安全约束作用下，虚拟电厂聚合有功与无功功率可调节范围的削减量，可作为评估灵活性损失和协调电网安全与经济运行的重要指标。

对照方案包括：C1基于所提方法的基础算例；C2引入完整潮流安全约束作为准确基准；C3采用运行包络方法分析保守性；C4忽略潮流安全约束检验可调节能力上限；C5调整目标函数和拓扑分析不同运行方式下的变化。精度测试结论显示，所提方法相较于原始潮流误差较小、精度较高。保守性测试发现，运行包络使节点之间功率传输解耦，虚拟电厂聚合容量边界显著缩减，对虚拟电厂效益不利；安全空间考虑虚拟电厂节点之间的功率流转移，提高了虚拟电厂聚合容量。

多虚拟电厂耦合的安全空间与解耦机制

材料第20至23页提出面向多VPP的安全空间建模与分配研究主线，围绕“电网安全—功率耦合—公平分配—差异需求”四类矛盾展开。要点一构建可直接嵌入现有优化模型的凸二次配电网运行安全空间，解决高精度非凸难求解、线性化不够安全的问题；要点二设计功率解耦机制，实现保障配电网运行安全前提下各虚拟电厂独立管理与运行；要点三引入差异化可调能力的可定制安全空间，并对同一类型虚拟电厂设置比例公平原则。

第21页将安全空间属性定义为运行独立性、比例公平性、差异定制需求三个方面。第22至23页给出实现路径：针对非凸超曲面安全域，提出安全域系数修正方案，利用迭代半定规划策略得到凸内近似安全域，并采用区间-角点法将功率耦合项转化为余量约束，对安全域模型进行分解与参数计算，最终得到能有效满足比例公平性、运行独立性、差异需求可定制的安全空间。

多虚拟电厂算例与未来展望

材料第24至26页的算例同样采用IEEE-33系统，将节点按所属虚拟电厂主体划分为四个虚拟电厂。方案包括：C1基于安全空间的虚拟电厂聚合和解聚合方法；C2基于运行包络的聚合和解聚合方法；C3仅替换安全域建模方案；C4忽略潮流安全约束。

安全性分析通过超拉丁采样生成满足不同组别约束限制的随机功率数据，再用非线性潮流计算验证潮流安全性。结果显示，安全空间在单节点的可调度边界显著大于运行包络，内部可协调裕度更大，聚合容量显著扩大，尤其是针对大容量的分布式资源；基于安全空间的虚拟电厂阻塞容量显著低于运行包络方案。第28页展望两条方向：一是数据驱动方法论解决电网拓扑数据欠缺问题，利用机器学习和大数据分析从历史数据与实时传感器信息估算电网拓扑结构；二是考虑各类差异化虚拟电厂运行场景的安全空间优化计算，实现不同电压等级之间的安全空间高效计算。

这组指标集中体现了温控负荷建模与调控的技术水平。温控负荷高峰时占比可达60%，说明其规模足以对电力系统灵活性产生实质影响，这也是研究温控负荷的出发点。聚合参数高维模型表达辨识技术精度达94.5%，说明团队把海量分散的小容量负荷转化为可调度标准元件时具备较高准确度。 负荷恢复率提升32%来自两阶段决策依赖型紧急控制策略，反映在故障或抑制场景下负荷恢复能力的改善。单篇热储能IEEE Trans论文SCI他引184次，说明相关基础研究在学术界获得关注。参与制定国家标准2项，表明研究成果已进入标准化环节。

这组数据反映算例配置。单一虚拟电厂和多虚拟电厂算例均采用IEEE-33系统。单一VPP算例将所有节点按资源类型（虚拟储能/电源）和所属主体（VPP/DSO）划分，设置C1至C5五组方案，分别验证基础方法、完整潮流基准、运行包络保守性、无安全约束上限以及不同运行方式下的变化。 多VPP算例将所有节点按所属虚拟电厂主体划分为四个虚拟电厂，设置C1至C4四组方案。C1-1考虑四个混合型虚拟电厂，容量比例系数为1:2:3:4；C1-2包含两个负荷型和两个发电型虚拟电厂，容量比例系数均为1:2，用于验证比例公平性与差异定制能力。

这组数据来自第17页的非虚拟电厂资源功率模型处理环节，对比本文所用方法与重心降型法在不同规模下的降型时间。在10节点规模下，本文方法为3.7秒，重心降型法为18.9秒；在100节点规模下，本文方法为49.9秒，重心降型法为161.0秒；在1000节点规模下，本文方法为459.2秒，重心降型法为1621.1秒。 从三个规模看，本文方法的降型时间均明显短于重心降型法，说明所用改进降型方法能够有效加速非虚拟电厂资源出力的模糊降型过程。材料指出，所用改进降型方法能够有效加速这一过程，为后续安全空间计算和虚拟电厂聚合提供效率支撑。