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| 編輯推薦： |
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本书系统性地构建了规模化灵活性资源虚拟电厂多时间尺度优化调控模式，提出了计及参数异质性和不确定性的灵活性资源聚合策略，设计了基于深度强化学习的虚拟电厂调控指令快速分解策略，为海量可调设备带来的“维度灾”难题提供新方法。
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| 內容簡介： |
我国正在加快构建以新能源为主体的新型电力系统，在高比例新能源接入和分散式灵活性资源迸发增长的态势下，虚拟电厂成为提升新型电力系统灵活调节能力及多层级智慧调度水平的重要手段。本书对灵活性资源虚拟电厂运行调控中涉及的聚合建模、经济调度、价格激励、实时控制方法进行了系统性介绍，有效支撑虚拟电厂在新能源随机波动性强、海量灵活性资源调控负担重的复杂环境中安全、经济、高效运行。
本书适合电气工程领域的学术研究人员，电力系统领域的专业技术人员，虚拟电厂、综合能源服务商、工业园区、售电公司、聚合商、智慧楼宇等电力市场运营管理人员、专业研究人员、研究生和本科生阅读参考。
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| 關於作者： |
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仪忠凯，副教授，目前就职于哈尔滨工业大学电气学院电力系统研究所，主要从事优化理论/机器学习在电力系统运行调控领域的研究，发表一区和CCF A类论文20余篇，合著专著1部，参编团队标准2项，主持国家重点研发计划任务/中国南方电网公司科技项目/中央高校基本科研业务项目，参与国家科技支撑计划、国家重点研发计划、国网/南网/阿里巴巴科技项目等14项，在电力系统/电力市场优化领域研发的产品曾在广州、中山等地区电网示范应用。曾在阿里巴巴达摩院担任机器学习算法专家，入选阿里巴巴先进技术人才培养项目“阿里星”计划，任国际动力与可再生能源会议电力系统技术委员会主任委员，Processes期刊的客座编辑等，担任IEEE PES Transactions期刊的评审专家。曾荣获清华大学优秀博士学位论文，多个国际会议最佳论文和核心期刊年度优秀论文，国际神经信息处理系统竞赛NeurIPS Citylearn Challenge冠军，被中国日报等多家媒体刊登报导。
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| 目錄：
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第1章绪论
1.1背景和意义
1.1.1问题背景
1.1.2实际需求
1.1.3现状难点
1.1.4破题之策
1.1.5目标意义
1.2主要技术挑战和拟解决的关键技术问题
1.3主要框架
参考文献
第2章海量异构灵活性资源的聚合模型
2.1本章引言
2.2灵活性资源运行模型
2.2.1多种类型灵活性资源的运行模型
2.2.2灵活性资源通用运行模型
2.3海量灵活性资源的聚合模型
2.3.1考虑不确定性的可行域内接聚合方法
2.3.2解聚合策略及聚合商等效运行成本
2.4灵活性资源集群聚合方法
2.4.1引入灵活性资源聚类过程的必要性说明
2.4.2灵活性资源聚类方法
2.4.3所提集群聚合方法的实施流程概述
2.5算例分析
2.5.1所提方法的有效性分析
2.5.2所提方法的优势分析
2.5.3针对灵活性资源充放电损耗的讨论
2.6本章小结
参考文献
第3章考虑潮流安全约束的虚拟电厂经济调度
3.1本章引言
3.2相关背景介绍
3.2.1技术方法的应用背景
3.2.2数学模型的主要结构
3.3虚拟电厂日前经济调度的三层优化模型
3.3.1第一层: 虚拟电厂经济调度优化
3.3.2第二层: 恶劣辅助服务场景估计
3.3.3第三层: 调节服务分解方法
3.4模型处理与重构
3.4.1方案1的等效单层优化问题
3.4.2方案2的等效单层优化问题
3.5虚拟电厂的日内经济调度
3.6案例分析
3.6.1两种辅助服务指令分解调节场景比较
3.6.2策略的经济调度效果分析
3.6.3所提方法的有效性和优越性
3.7本章小结
参考文献
第4章灵活性资源虚拟电厂多元市场产品协同定价策略
4.1本章引言
4.2灵活性资源聚合商介入的虚拟电厂商业运营模式和组织方法
4.2.1灵活性资源聚合商介入的市场商业运营模式
4.2.2灵活性资源聚合商介入的虚拟电厂市场交易组织执行方法
4.3考虑多类市场产品耦合的虚拟电厂侧电力市场出清模型及定价方法
4.3.1虚拟电厂出清模型
4.3.2各类市场产品定价方法
4.4算例分析
4.4.1算例仿真1： 中山25节点虚拟电厂
4.4.2算例仿真2： Matpower141节点虚拟电厂
4.5本章小结及展望
第5章基于深度强化学习的虚拟电厂辅助服务指令快速分解
5.1本章引言
5.2相关基础
5.2.1背景
5.2.2灵活性资源动态数学模型
5.2.3马尔可夫决策过程
5.3两阶段深度强化学习方法
5.3.1两阶段深度强化学习框架
5.3.2离线仿真模拟器建模
5.3.3在线实施
5.4强化学习算法
5.4.1SAC强化学习算法
5.4.2SAM-SAC强化学习算法
5.5案例分析
5.5.1模拟仿真环境设置
5.5.2所提方法的有效性分析
5.5.3本节所提方法的优势分析
5.6本章小结
参考文献
第6章结语
在学期间发表的学术论文
致谢
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| 內容試閱：
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清华大学优秀博士学位论文丛书
灵活性资源虚拟电厂运行调控
Operation and Control of the
Virtual Power Plant Integrated
by Flexible Resources
仪忠凯(Yi Zhongkai)著
内 容 简 介
我国正在加快构建以新能源为主体的新型电力系统，在高比例新能源接入和分散式灵活性资源迸发增长的态势下，虚拟电厂成为提升新型电力系统灵活调节能力及多层级智慧调度水平的重要手段。本书对灵活性资源虚拟电厂运行调控中涉及的聚合建模、经济调度、价格激励、实时控制方法进行了系统性介绍，有效支撑虚拟电厂在新能源随机波动性强、海量灵活性资源调控负担重的复杂环境中安全、经济、高效运行。
本书适合电气工程领域的学术研究人员，电力系统领域的专业技术人员，虚拟电厂、综合能源服务商、工业园区、售电公司、聚合商、智慧楼宇等电力市场运营管理人员、专业研究人员、研究生和本科生阅读参考。
本书封面贴有清华大学出版社防伪标签，无标签者不得销售。
版权所有，侵权必究。举报： 01062782989， beiqinquan@tup.tsinghua.edu.cn。
图书在版编目 （CIP） 数据
灵活性资源虚拟电厂运行调控 / 仪忠凯著. 北京 : 清华大学出版社， 2025. 1.
(清华大学优秀博士学位论文丛书). ISBN 9787302678977
Ⅰ. TM6239
中国国家版本馆CIP数据核字第2025SM7760号
责任编辑： 李双双
封面设计： 傅瑞学
责任校对： 薄军霞
责任印制： 刘海龙
出版发行： 清华大学出版社
网址： https://www.tup.com.cn， https://www.wqxuetang.com
地址： 北京清华大学学研大厦A座
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投稿与读者服务： 01062776969， cservice@tup.tsinghua.edu.cn
质量反馈： 01062772015， zhiliang@tup.tsinghua.edu.cn
印装者： 三河市东方印刷有限公司
经销： 全国新华书店
开本： 155mm×235mm印张： 7.5插页： 3字数： 136千字
版次： 2025年3月第1版印次： 2025年3月第1次印刷
定价： 59.00元
产品编号： 10396501
灵活性资源虚拟电厂运行调控
一流博士生教育体现一流大学人才培养的高度（代丛书序）
一流博士生教育
体现一流大学人才培养的高度（代丛书序）本文首发于《光明日报》，2017年12月5日。
人才培养是大学的根本任务。只有培养出一流人才的高校，才能够成为世界一流大学。本科教育是培养一流人才最重要的基础，是一流大学的底色，体现了学校的传统和特色。博士生教育是学历教育的最高层次，体现出一所大学人才培养的高度，代表着一个国家的人才培养水平。清华大学正在全面推进综合改革，深化教育教学改革，探索建立完善的博士生选拔培养机制，不断提升博士生培养质量。
学术精神的培养是博士生教育的根本
学术精神是大学精神的重要组成部分，是学者与学术群体在学术活动中坚守的价值准则。大学对学术精神的追求，反映了一所大学对学术的重视、对真理的热爱和对功利性目标的摒弃。博士生教育要培养有志于追求学术的人，其根本在于学术精神的培养。
无论古今中外，博士这一称号都和学问、学术紧密联系在一起，和知识探索密切相关。我国的博士一词起源于2000多年前的战国时期，是一种学官名。博士任职者负责保管文献档案、编撰著述，须知识渊博并负有传授学问的职责。东汉学者应劭在《汉官仪》中写道： “博者，通博古今； 士者，辩于然否。”后来，人们逐渐把精通某种职业的专门人才称为博士。博士作为一种学位，最早产生于12世纪，最初它是加入教师行会的一种资格证书。19世纪初，德国柏林大学成立，其哲学院取代了以往神学院在大学中的地位，在大学发展的历史上首次产生了由哲学院授予的哲学博士学位，并赋予了哲学博士深层次的教育内涵，即推崇学术自由、创造新知识。哲学博士的设立标志着现代博士生教育的开端，博士则被定义为独立从事学术研究、具备创造新知识能力的人，是学术精神的传承者和光大者。
博士生学习期间是培养学术精神最重要的阶段。博士生需要接受严谨的学术训练，开展深入的学术研究，并通过发表学术论文、参与学术活动及博士论文答辩等环节，证明自身的学术能力。更重要的是，博士生要培养学术志趣，把对学术的热爱融入生命之中，把捍卫真理作为毕生的追求。博士生更要学会如何面对干扰和诱惑，远离功利，保持安静、从容的心态。学术精神，特别是其中所蕴含的科学理性精神、学术奉献精神，不仅对博士生未来的学术事业至关重要，对博士生一生的发展都大有裨益。
独创性和批判性思维是博士生最重要的素质
博士生需要具备很多素质，包括逻辑推理、言语表达、沟通协作等，但是最重要的素质是独创性和批判性思维。
学术重视传承，但更看重突破和创新。博士生作为学术事业的后备力量，要立志于追求独创性。独创意味着独立和创造，没有独立精神，往往很难产生创造性的成果。1929年6月3日，在清华大学国学院导师王国维逝世二周年之际，国学院师生为纪念这位杰出的学者，募款修造“海宁王静安先生纪念碑”，同为国学院导师的陈寅恪先生撰写了碑铭，其中写道： “先生之著述，或有时而不章； 先生之学说，或有时而可商； 惟此独立之精神，自由之思想，历千万祀，与天壤而同久，共三光而永光。”这是对于一位学者的极高评价。中国著名的史学家、文学家司马迁所讲的“究天人之际，通古今之变，成一家之言”也是强调要在古今贯通中形成自己独立的见解，并努力达到新的高度。博士生应该以“独立之精神、自由之思想”来要求自己，不断创造新的学术成果。
诺贝尔物理学奖获得者杨振宁先生曾在20世纪80年代初对到访纽约州立大学石溪分校的90多名中国学生、学者提出： “独创性是科学工作者最重要的素质。”杨先生主张做研究的人一定要有独创的精神、独到的见解和独立研究的能力。在科技如此发达的今天，学术上的独创性变得越来越难，也愈加珍贵和重要。博士生要树立敢为天下先的志向，在独创性上下功夫，勇于挑战最前沿的科学问题。
批判性思维是一种遵循逻辑规则、不断质疑和反省的思维方式，具有批判性思维的人勇于挑战自己，敢于挑战权威。批判性思维的缺乏往往被认为是中国学生特有的弱项，也是我们在博士生培养方面存在的一个普遍问题。2001年，美国卡内基基金会开展了一项“卡内基博士生教育创新计划”，针对博士生教育进行调研，并发布了研究报告。该报告指出： 在美国和欧洲，培养学生保持批判而质疑的眼光看待自己、同行和导师的观点同样非常不容易，批判性思维的培养必须成为博士生培养项目的组成部分。
对于博士生而言，批判性思维的养成要从如何面对权威开始。为了鼓励学生质疑学术权威、挑战现有学术范式，培养学生的挑战精神和创新能力，清华大学在2013年发起“巅峰对话”，由学生自主邀请各学科领域具有国际影响力的学术大师与清华学生同台对话。该活动迄今已经举办了21期，先后邀请17位诺贝尔奖、3位图灵奖、1位菲尔兹奖获得者参与对话。诺贝尔化学奖得主巴里·夏普莱斯（Barry Sharpless）在2013年11月来清华参加“巅峰对话”时，对于清华学生的质疑精神印象深刻。他在接受媒体采访时谈道： “清华的学生无所畏惧，请原谅我的措辞，但他们真的很有胆量。”这是我听到的对清华学生的最高评价，博士生就应该具备这样的勇气和能力。培养批判性思维更难的一层是要有勇气不断否定自己，有一种不断超越自己的精神。爱因斯坦说： “在真理的认识方面，任何以权威自居的人，必将在上帝的嬉笑中垮台。”这句名言应该成为每一位从事学术研究的博士生的箴言。
提高博士生培养质量有赖于构建全方位的博士生教育体系
一流的博士生教育要有一流的教育理念，需要构建全方位的教育体系，把教育理念落实到博士生培养的各个环节中。
在博士生选拔方面，不能简单按考分录取，而是要侧重评价学术志趣和创新潜力。知识结构固然重要，但学术志趣和创新潜力更关键，考分不能完全反映学生的学术潜质。清华大学在经过多年试点探索的基础上，于2016年开始全面实行博士生招生“申请审核”制，从原来的按照考试分数招收博士生，转变为按科研创新能力、专业学术潜质招收，并给予院系、学科、导师更大的自主权。《清华大学“申请审核”制实施办法》明晰了导师和院系在考核、遴选和推荐上的权力和职责，同时确定了规范的流程及监管要求。
在博士生指导教师资格确认方面，不能论资排辈，要更看重教师的学术活力及研究工作的前沿性。博士生教育质量的提升关键在于教师，要让更多、更优秀的教师参与到博士生教育中来。清华大学从2009年开始探索将博士生导师评定权下放到各学位评定分委员会，允许评聘一部分优秀副教授担任博士生导师。近年来，学校在推进教师人事制度改革过程中，明确教研系列助理教授可以独立指导博士生，让富有创造活力的青年教师指导优秀的青年学生，师生相互促进、共同成长。
在促进博士生交流方面，要努力突破学科领域的界限，注重搭建跨学科的平台。跨学科交流是激发博士生学术创造力的重要途径，博士生要努力提升在交叉学科领域开展科研工作的能力。清华大学于2014年创办了“微沙龙”平台，同学们可以通过微信平台随时发布学术话题，寻觅学术伙伴。3年来，博士生参与和发起“微沙龙”12000多场，参与博士生达38000多人次。“微沙龙”促进了不同学科学生之间的思想碰撞，激发了同学们的学术志趣。清华于2002年创办了博士生论坛，论坛由同学自己组织，师生共同参与。博士生论坛持续举办了500期，开展了18000多场学术报告，切实起到了师生互动、教学相长、学科交融、促进交流的作用。学校积极资助博士生到世界一流大学开展交流与合作研究，超过60%的博士生有海外访学经历。清华于2011年设立了发展中国家博士生项目，鼓励学生到发展中国家亲身体验和调研，在全球化背景下研究发展中国家的各类问题。
在博士学位评定方面，权力要进一步下放，学术判断应该由各领域的学者来负责。院系二级学术单位应该在评定博士论文水平上拥有更多的权力，也应担负更多的责任。清华大学从2015年开始把学位论文的评审职责授权给各学位评定分委员会，学位论文质量和学位评审过程主要由各学位分委员会进行把关，校学位委员会负责学位管理整体工作，负责制度建设和争议事项处理。
全面提高人才培养能力是建设世界一流大学的核心。博士生培养质量的提升是大学办学质量提升的重要标志。我们要高度重视、充分发挥博士生教育的战略性、引领性作用，面向世界、勇于进取，树立自信、保持特色，不断推动一流大学的人才培养迈向新的高度。
清华大学校长
2017年12月
丛书序二
以学术型人才培养为主的博士生教育，肩负着培养具有国际竞争力的高层次学术创新人才的重任，是国家发展战略的重要组成部分，是清华大学人才培养的重中之重。
作为首批设立研究生院的高校，清华大学自20世纪80年代初开始，立足国家和社会需要，结合校内实际情况，不断推动博士生教育改革。为了提供适宜博士生成长的学术环境，我校一方面不断地营造浓厚的学术氛围，另一方面大力推动培养模式创新探索。我校从多年前就已开始运行一系列博士生培养专项基金和特色项目，激励博士生潜心学术、锐意创新，拓宽博士生的国际视野，倡导跨学科研究与交流，不断提升博士生培养质量。
博士生是最具创造力的学术研究新生力量，思维活跃，求真求实。他们在导师的指导下进入本领域研究前沿，汲取本领域最新的研究成果，拓宽人类的认知边界，不断取得创新性成果。这套优秀博士学位论文丛书，不仅是我校博士生研究工作前沿成果的体现，也是我校博士生学术精神传承和光大的体现。
这套丛书的每一篇论文均来自学校新近每年评选的校级优秀博士学位论文。为了鼓励创新，激励优秀的博士生脱颖而出，同时激励导师悉心指导，我校评选校级优秀博士学位论文已有20多年。评选出的优秀博士学位论文代表了我校各学科最优秀的博士学位论文的水平。为了传播优秀的博士学位论文成果，更好地推动学术交流与学科建设，促进博士生未来发展和成长，清华大学研究生院与清华大学出版社合作出版这些优秀的博士学位论文。
感谢清华大学出版社，悉心地为每位作者提供专业、细致的写作和出版指导，使这些博士论文以专著方式呈现在读者面前，促进了这些最新的优秀研究成果的快速广泛传播。相信本套丛书的出版可以为国内外各相关领域或交叉领域的在读研究生和科研人员提供有益的参考，为相关学科领域的发展和优秀科研成果的转化起到积极的推动作用。
感谢丛书作者的导师们。这些优秀的博士学位论文，从选题、研究到成文，离不开导师的精心指导。我校优秀的师生导学传统，成就了一项项优秀的研究成果，成就了一大批青年学者，也成就了清华的学术研究。感谢导师们为每篇论文精心撰写序言，帮助读者更好地理解论文。
感谢丛书的作者们。他们优秀的学术成果，连同鲜活的思想、创新的精神、严谨的学风，都为致力于学术研究的后来者树立了榜样。他们本着精益求精的精神，对论文进行了细致的修改完善，使之在具备科学性、前沿性的同时，更具系统性和可读性。
这套丛书涵盖清华众多学科，从论文的选题能够感受到作者们积极参与国家重大战略、社会发展问题、新兴产业创新等的研究热情，能够感受到作者们的国际视野和人文情怀。相信这些年轻作者们勇于承担学术创新重任的社会责任感能够感染和带动越来越多的博士生，将论文书写在祖国的大地上。
祝愿丛书的作者们、读者们和所有从事学术研究的同行们在未来的道路上坚持梦想，百折不挠！在服务国家、奉献社会和造福人类的事业中不断创新，做新时代的引领者。
相信每一位读者在阅读这一本本学术著作的时候，在汲取学术创新成果、享受学术之美的同时，能够将其中所蕴含的科学理性精神和学术奉献精神传播和发扬出去。
清华大学研究生院院长
2018年1月5日
摘要
灵活性资源数量与日俱增，技术快速发展，使电力系统灵活性和经济性的提升获得了巨大潜力。为降低电力系统调控中心的管理负担，虚拟电厂成为实现规模化灵活性资源高效管理的有效手段。本书从灵活性资源聚合模型出发，分别从经济调度和市场出清两个层面对虚拟电厂短期调度展开介绍，继而对虚拟电厂实时调控进行探索，旨在深度挖掘规模化灵活性资源的调控潜力，促进虚拟电厂经济运行。具体内容介绍如下。
首先，本书构建了考虑参数异质性和不确定性的规模化小容量灵活性资源聚合模型； 考虑多类服务之间的耦合关系，基于多面体内接近似方法和分布鲁棒机会约束理论，推导了规模化灵活性资源聚合可行域和等效成本函数； 设计了基于多尺度相似性度量的谱聚类算法，实现了灵活性资源集群聚类，并进一步挖掘了聚合模型灵活性。算例分析验证了该方法在提高系统灵活性和实现海量资源高效调控方面的优势。
其次，本书提出了计及调频指令随机性和潮流安全约束的虚拟电厂经济调度策略。本书为应对上级调频指令的不确定性，基于三层优化模型对虚拟电厂的运营效益、恶劣运行场景和调频指令分解方法分别建模，制订了计及调频指令随机性和潮流安全约束的虚拟电厂有功功率和调频容量联合调度计划； 推导了等效单层模型，能够满足虚拟电厂短期调度计算效率需求。数值仿真结果表明，所提方法能有效提高虚拟电厂的潮流安全和经济效益。
然后，本书提出了一种灵活性资源介入的虚拟电厂侧电力市场出清策略。本研究对灵活性资源参与虚拟电厂运营的商业运营模式和组织方法进行探讨，进而提出了一种考虑多种电力市场产品耦合关系的虚拟电厂侧市场联合出清模型并推导了相应的定价方法，所涉及的电力市场产品包括有功功率、无功功率、旋转备用、调频容量和调频里程。案例仿真结果表明，所提市场出清模型对促进虚拟电厂技术发展和电力市场长效经济运行具有一定的积极意义。
最后，本书提出了基于深度强化学习的调频指令实时分解方法。此方法设计了两阶段深度强化学习架构，构建了虚拟电厂实时运行离线仿真训练平台，为在线实施积累了先验知识； 采用锐度感知最小化方法改进深度强化学习算法，提升了指令分解方法的鲁棒性和适应性。数值仿真结果表明，所提方法能实现虚拟电厂对辅助服务调节指令的精确追踪和快速分解。
关键词： 灵活性资源； 虚拟电厂； 电力市场
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