工商业可调节负荷、新型储能、电动汽车、虚拟电厂等新型市场主体作为重要的灵活性调节资源，在高可再生能源渗透背景下可以平衡新能源输出的波动，促进新型电力系统平稳运行[1]．新型市场主体通过参与电力市场提供辅助服务来发挥调节能力，其前提条件是对新型市场主体的可调节能力进行可靠评估．文献[2]针对居民住宅中的储能、温控负荷等新型市场主体建立可调节能力评估模型．文献[3]考虑配电网潮流约束，建立了多个居民住宅聚合灵活性评估模型．为保证评估结果的鲁棒性，现有文献多使用两阶段鲁棒优化方法，文献[4]建立了参与日前能量市场和辅助服务市场的多能源虚拟电厂灵活性评估模型，文献[5]提出了分布式多能微网鲁棒灵活性评估方法，文献[6]基于两阶段自适应鲁棒优化方法分别建立了有功灵活性评估模型和有功+无功灵活性评估模型．文献[7]进一步考虑了灵活性评估中多时间颗粒度的重要性，提出了包括电动汽车、储能、温控负荷在内的柔性负荷的聚合灵活性多时间颗粒度鲁棒评估方法．个体的新型市场主体的调节能力较小，无法满足电力市场的准入条件．常用的方法是对新型市场主体进行聚合．文献[8]针对大量电动汽车参与调度，提出了一种以日前和实时市场收益最大化为优化目标的电动汽车聚合商调度策略．文献[9]设计了“集群自律-群间协调-输配协同”的主动配电网能量管理与运行调控的体系结构．文献[10]建立了云-群-端协同调度的多能园区虚拟电厂调度技术框架来挖掘并利用各类分布式资源的灵活调节能力．但是，随着电力系统的不断发展，新型市场主体逐渐表现出数量众多、类型多样、分布广泛、运行机理复杂等特征．如何将海量多类型的新型市场主体的调节能力进行聚合是新型市场主体参与电力市场调度所面临的挑战之一．为了解决上述挑战，重点须解决三个技术问题．首先，可靠评估新型市场主体的调节能力；其次，建立适用于海量多类型新型市场主体的聚合调度框架，实现对分散调节能力的整合；最后，基于调节能力评估方法和聚合调度框架，制定新型市场主体参与电力市场的识别流程，以电网发布的调节能力需求为依据，实现满足需求的新型市场主体的聚合调度．本研究围绕前述问题，建立了基于DistFlow模型的新型市场主体聚合调度模型和新型市场主体聚合调度框架，提出基于电网调度需求的新型市场主体聚合识别流程，以促进新型市场主体广泛接入电力系统．1 新型市场主体聚合调度框架与流程为实现海量多类型新型市场主体的聚合调度，首先建立基于节点聚合商和配电网聚合商的新型市场主体双层聚合调度框架，然后提出新型市场主体参与电力市场的聚合识别流程．建立新型市场主体参与电力市场的聚合调度框架，关键在于调节能力的聚合．新型市场主体的向上调节能力和向下调节能力可以组成一组功率可调节范围，通过计算功率可调节范围的上限和下限表示调节能力[11]．设立节点聚合商和配电网聚合商对新型市场主体调节能力进行两次聚合，实现对调节能力的整合利用．综上所述，基于辐射状配电网结构，新型市场主体调节能力的聚合被划分为两个阶段，整体架构框架如图1所示．在第一阶段，节点聚合商考虑新型市场主体的运行约束，将该节点接入的新型市场主体的调节能力进行评估与聚合；在第二阶段，配电网聚合商考虑网络约束，将各分支节点的调节能力进行聚合．聚合完成后，配电网聚合商和节点聚合商接收与分配调度指令，以供各新型市场主体执行．10.13245/j.hust.250122.F001图1新型市场主体聚合调度结构框架在此架构下，分散的海量多类型的新型市场主体被节点聚合商分割为多组子集，在配电网根节点处由配电网聚合商实现最终调节能力聚合．基于聚合调度框架，制定新型市场主体参与电力市场的聚合识别流程如下．a．电网发布次日调节能力需求，包括各时段可调节功率需求．b．新型市场主体向节点聚合商提交设备参数和运行参数．c．节点聚合商对接入该节点的每个新型市场主体的调节能力进行评估，最终得到总的功率可调节范围．节点聚合商向配电网聚合商申报，提供功率可调节范围和参与意愿．d．配电网聚合商根据各节点聚合商参与意愿划分积极主体与消极主体，按照积极性高优先、调节能力高优先、申报时间早优先的原则确定各节点聚合商识别顺序．e．配电网聚合商依据配电网拓扑结构和节点聚合商在配电网上的位置建立聚合模型．按照识别顺序依次考虑节点聚合商申报的功率调节能力；未进入流程的节点聚合商不考虑其调节能力，并将下辖的新型市场主体视为普通负荷．f．计算配电网根节点处的功率调节范围，得到考虑网络约束的配电网聚合调节能力．比较聚合模型调节能力是否满足电网发布的调节能力需求．若不满足，则按照识别顺序将节点聚合商的调节能力纳入聚合模型；若满足，则完成聚合任务．筛选出的节点聚合商所下辖的新型市场主体作为最终参与聚合调度的新型市场主体．选取温控负荷和电动汽车作为典型新型市场主体，参与识别流程．表1展示了步骤b中新型市场主体须提交的设备参数和运行参数．基于上述聚合调度框架和调度流程，配电网聚合商可以聚合分散的调节能力，并满足电网发布的调节能力需求．10.13245/j.hust.250122.T001表1设备参数和运行参数新型市场主体设备参数运行参数温控负荷标称功率，热容，热阻，制冷/制热性能系数环境温度，用户设定适宜温度，容许温度偏差，开启时间，关闭时间电动汽车电池容量上下限，充放电功率上下限，充放电效率到达充电桩时间，预定离开时间，到达充电桩时剩余电量，离开充电桩时电量下限2 数学模型分别建立考虑运行约束的新型市场主体调节能力评估模型和考虑网络约束的配电网调节能力聚合模型．2.1　新型市场主体调节能力评估模型将功率可调节范围上下限的差值作为调节能力的评估指标，分别构建温控负荷和电动汽车的运行可行域，建立新型市场主体调节能力评估模型，评估时段的宽度取15 min．评估模型目标函数为max ∑k=1Tx,n(pkx,n,max-pkx,n,min);  pkx,n,max,pkx,n,min∈Φx,n,(1)式中：Tx,n为第n个x类新型市场主体的运行时段长度；pkx,n,max和pkx,n,min分别为第n个x类新型市场主体在k时段的最大运行功率和最小运行功率，为正时表示新型市场主体作为负荷从电网吸收电能，为负时表示新型市场主体作为电源向电网释放电能；Φx,n为第n个x类新型市场主体的运行可行域．目标函数式(1)通过最大化运行功率范围上下限差值以实现对调节能力的评估．选取电动汽车和温控负荷作为新型市场主体的典型代表，分别建立两类主体的运行可行域．对于温控负荷，以楼宇为单位将分散的温控负荷聚合，接入节点的节点聚合商向配电网聚合商申报可调节功率范围．温控负荷的用电行为易受用户及环境变化影响，适宜选用1 min作为温控负荷的建模时间尺度[7]．每个评估时段包含15个建模尺度，对15组功率可调节范围取均值作为该评估时段的最终结果．温控负荷运行可行域pktcl,n∈Φtcl,n建模为以下约束．对于k∈Ttcl,n，θktcl,n=(1-atcl,n)(θka,tcl,n-btcl,npktcl,n)+atcl,nθk-1tcl,n ；(2)atcl,n=e-ΔT1/(Rthtcl,nCthtcl,n),btcl,n=Rthtcl,nηtcl,n；(3)0≤pktcl,n≤p¯tcl,n；(4)θrtcl,n-Δθn≤θktcl,n≤θrtcl,n+Δθn，(5)式中：θktcl,n和θka,tcl,n分别为第n个温控负荷在k时段的室内温度和环境温度；atcl,n和btcl,n为第n个温控负荷的等效热参数模型系数；ΔT1为温控负荷建模时间尺度；Rthtcl,n，Cthtcl,n和ηtcl,n分别为第n个温控负荷的热阻、热容和制冷/制热性能系数；pktcl,n和p¯tcl,n分别为第n个温控负荷在k时段的运行功率和最大输出功率；θrtcl,n为第n位温控负荷用户指定的温度；Δθn为第n位温控负荷用户指定的温度波动容忍范围；Ttcl,n为第n个温控负荷的运行时段，优化将在此段时间内完成．式(2)表示温控负荷的等效热参数模型；式(3)表示相关热参数计算方法；式(4)表示温控负荷运行功率约束；式(5)表示基于用户设定值的温度上下限约束．电动汽车一方面相当于移动式储能设备，当电动汽车停靠在充电站时可以与电网交换功率；另一方面相当于可延迟负荷，离开时段的电量要大于到达时段的电量，须充电以满足自身电量需求，因而其运行特性受电动汽车的到达和离去时间的影响．将电动汽车到达和离去时间整合至以15 min为基本单位，电动汽车运行可行域pkev,n∈Φev,n (Φev,n为电动汽车运行可行域)建模为以下约束．对于k∈Tev,n，0≤pkev,ch,n≤p¯ev,ch,nzkev,ch,n；(6)0≤pkev,dis,n≤p¯ev,dis,nzkev,dis,n；(7)zkev,ch,n+zkev,dis,n≤1；(8)pkev,n=pkev,ch,n-pkev,dis,n；(9)Ekev,n=Ek-1ev,n+ηev,npkev,ch,nΔT-pkev,dis,nΔTηev,n；(10)Ekarr,nev,n=Earrev,n+ηev,npkarr,nev,ch,nΔT-pkarr,nev,dis,nΔTηev,n；(11)E̲ev,n≤Ekev,n≤E¯ev,n；(12)Eleaev,n≤Eklea,nev,n≤E¯ev,n，(13)式中：pkev,ch,n和pkev,dis,n分别为停靠在充电桩的第n台电动汽车在k时段的充电功率和放电功率；二进制整数变量zkev,ch,n和zkev,dis,n分别为对应充电和放电状态指标；pkev,n为第n台电动汽车在k时段的运行功率，为正时表示电动汽车处于充电状态，为负时表示电动汽车处于放电状态；Ekev,n为第n台电动汽车在k时段结束时的电池储量；p¯ev,ch,n和p¯ev,dis,n分别为充电功率极限和放电功率极限；E¯ev,n和E̲ev,n分别为电池储量上限和下限；ηev,n为充放电效率系数；karr,n和Earrev,n分别为第n台电动汽车的到达时段和到达时的剩余电量；klea,n和Eleaev,n分别为第n台电动汽车的离开时段和用户设定目标电量；ΔT为电动汽车建模时间尺度；到达时段karr,n和离开时段klea,n组成了第n台电动汽车的运行时段长度Tev,n=klea,n-karr,n，优化将在此段时间内完成．式(6)和(7)分别表示电动汽车充电功率、放电功率运行约束；式(8)表示充电、放电过程不能同时进行；式(9)表示电动汽车运行功率和充电功率、放电功率的关系；式(10)表示储能电池充放电运行约束；式(11)表示电动汽车到达时刻的储能电池充放电运行约束；式(12)表示储能电池储量上下限约束；式(13)表示电动汽车离开时刻储能电池储量上下限约束．对于节点聚合商，通过将下辖所有新型市场主体的功率可调节范围叠加，可得到节点的功率可调节范围[pj,kx,min, pj,kx,max]，这种叠加的计算方式被广泛采纳，如文献[11]采用该方法用来评估电动汽车实时可调度容量．计算过程如下：pj,kx,max=∑n=1Npkx,n,max;pj,kx,min=∑n=1Npkx,n,min.(14)新型市场主体视为普通负荷时，上述问题转变为可行性问题，满足约束条件的可行解均可作为该主体各时段的运行功率．采用以下目标函数为得到的功率作为运行功率，max ∑k=1Tpkx,n．(15)2.2　配电网调节能力聚合模型配电网在运行过程中可能存在电压越界等实际问题．为求解辐射状配电网中的复杂潮流，常用的方法是使用如下DistFlow方程来描述Pj+1,k=Pj,k-rjPj,k2+Qj,k2Vj,k2-pj+1,kc+pj+1,kg ；(16)Qj+1,k=Qj,k-xjPj,k2+Qj,k2Vj,k2-qj+1,kc+qj+1,kg；(17)    Vj+1,k2=Vj,k2-2(rjPj,k+xjQj,k)+(rj2+xj2)Pj,k2+Qj,k2Vj,k2,(18)式中：Pj,k和Qj,k分别为k时段从节点j到下一节点的有功和无功功率；pj,kc和qj,kc分别为节点j的有功和无功负荷；pj,kg和qj,kg分别为节点j的有功和无功发电量；Vj,k为节点j的电压；rj和xj分别为节点j的电阻和电抗．式(16)和(17)表示基于DistFlow模型的节点功率约束，式(18)表示线路电压约束．须注意的是，式(16)~(18)均含有非线性二次项，这导致了最终优化问题是一个非线性优化问题，使得求解难度增加．对此，一种简单可靠的简化方法是直接将非线性项删去．这一简化的理论依据来自文献[12-13]．与线性项Pj,k和Qj,k相比，非线性项(Pj,k2+Qj,k2)/Vj,k2要小得多．以文献[13]的研究结果为例，非线性项要比线性项小1×104倍，因此非线性项对式(16)~(18)的影响可以忽略不计．综上所述，通过删去非线性项将DistFlow方程简化，从而建立配电网可调节能力聚合模型max ∑k=1TP0,k   或   min ∑k=1TP0,k；(19)Pj+1,k=Pj,k-pj+1,kc+pj+1,kg；(20)Qj+1,k=Qj,k-qj+1,kc+qj+1,kg；(21)Vj+1,k2=Vj,k2-2(rjPj,k+xjQj,k)；(22)Pjmin≤Pj,k≤Pjmax,Qjmin≤Qj,k≤Qjmax；(23)pj,kx,min+pj,k0≤pj,kc≤pj,kx,max+pj,k0；(24)1-ε≤Vj,k2≤1+ε，(25)式中：P0,k为流出根节点的有功功率；Pjmax，Pjmin，Qjmax和Qjmin分别为节点j的有功上下限和无功功率上下限；pj,kx,max，pj,kx,min和pj,k0分别为节点j的基本负荷、新型市场主体作为负荷接入的有功负荷上限和有功负荷下限；ε为允许电压偏差．目标函数式(19)计算各时段流出根节点的有功功率之和的上限和下限，以此作为聚合后的功率可调节范围；式(20)~(22)表示基于简化DistFlow模型的潮流约束；式(23)表示支路功率约束；式(24)表示聚合了新型市场主体x的节点聚合商作为负荷在节点j接入时，节点j总负荷的上下限约束；约束(25)表示节点j的电压上下限约束．配电网聚合商通过求解目标函数式(19)得到聚合调节功率范围[P0,kmin,  P0,kmax]，计算其差值后按照识别流程与电网发布的调节能力需求做比较，实现对满足电网需求的新型市场主体的识别．3 案例仿真3.1　案例设置使用改进IEEE33节点系统作为仿真使用的配电网拓扑结构(图2)，验证所提双层聚合调度框架和识别流程的可行性与有效性．考虑电动汽车和温控负荷两类节点聚合商，其接入位置如图2所示．10.13245/j.hust.250122.F002图2IEEE33节点配电网拓扑结构电动汽车运行参数和空调温控负荷运行参数如表2所示，部分参数来自文献[7，14]，表中[x，y]表示对应运行参数的取值在x与y之间．两类新型市场主体的在各个时段的数量如图3所示．假设选择参与聚合调度的新型市场主体用户会提前一天向节点聚合商提交次日的预计用电行为．这一假设在许多资源日前优化调度的研究中被采用，如文献[15]假设了电动汽车车主向充电站提交次日充电信息．10.13245/j.hust.250122.T002表2新型市场主体运行参数类型运行参数数值电动汽车充放电功率/kW4060充放电效率0.950.95电池容量/(kW∙h)6082电池电量下限/(kW∙h)55数量8080到达时剩余电量/(kW∙h)[10，15][15，20]离开时电量下限/(kW∙h)[50，60][72，82]温控负荷热容/(kW∙h∙°C-1)1.5热阻/(°C∙kW-1)1.5转换效率2.5额定功率/kW2.5用户设定温度/°C[24，27]设定温度偏差/°C110.13245/j.hust.250122.F003图3新型市场主体在各时段的数量3.2　结果分析在案例仿真中，电动汽车聚合商接入意愿强于温控负荷聚合商，再基于申报先后时间，可得到表3所示的识别顺序．10.13245/j.hust.250122.T003表3节点聚合商识别顺序识别顺序节点聚合商类型节点位置数目1电动汽车191602电动汽车231603温控负荷271004温控负荷301005温控负荷41006温控负荷61007温控负荷81008温控负荷121009温控负荷1410010温控负荷16100图4和图5分别展示了新型市场主体类型为温控负荷和电动汽车的节点聚合商得到的聚合结果．随着时段变化，功率可调节范围与新型市场主体的状态时序呈正相关，节点聚合商完成了将分散的新型市场主体的调节能力进行聚合的任务．10.13245/j.hust.250122.F004图4温控负荷型节点聚合商得到的聚合结果10.13245/j.hust.250122.F005图5电动汽车型节点聚合商得到的聚合结果图6展示了配电网聚合商的聚合结果与电网发布需求的比较过程，图中红线为假定电网发布的调节能力需求．筛选至第6个节点聚合商时仍不满足电网需求；增加至7个节点聚合商时，配电网根节点处聚合可调节功率在各时段均大于电网需求的可调节功率．1至7号节点聚合商为识别出的满足电网需求的新型市场主体．最终新型市场主体的聚合功率可调节范围如图7所示，各时段功率调节范围的宽度反映了灵活性的大小．10.13245/j.hust.250122.F006图6配电网聚合商的聚合结果与电网需求的比较过程10.13245/j.hust.250122.F007图7新型市场主体的聚合功率可调节范围4 结论本研究提出了新型市场主体参与电力市场的聚合调度框架与识别流程，为挖掘新型市场主体调节潜力，促进新型市场主体积极参与市场提供了基础．a．提出基于节点聚合商和配电网聚合商的双层聚合模式，建立新型市场主体聚合调度框架，通过对新型市场主体调节能力进行两次聚合，实现对调节能力的整合利用．b．提出基于电网调度需求的新型市场主体调度流程，通过与电网发布调节能力需求进行比较实现对参与电力市场调度的新型市场主体的识别．c．服务于所提调度框架和调度流程，建立考虑运行约束的新型市场主体调节能力评估模型和考虑网络约束的配电网调节能力聚合模型．未来可在实现新型市场主体调节能力聚合的基础上，进一步研究包含新型市场主体的电力市场日前日内调度模式，多类型新型市场主体联合优化问题．