Optimal capacity allocation of pumped storage units in multiple river basin virtual power plant under electricity market environment

Zhong Hao; Du Tao; Zou Xianqiu; Zhao Yishen; Ouyang Zhenhui

doi:10.16081/j.epae.202511016

English Version Journal Login

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Optimal capacity allocation of pumped storage units in multiple river basin virtual power plant under electricity market environment

KEY TECHNOLOGIES FOR NEW TYPE POWER SYSTEMS\:FUNDAMENTAL THEORIES AND TECHNOLOGIES OF POWER MARKETS | 更新时间：2026-04-30

- Optimal capacity allocation of pumped storage units in multiple river basin virtual power plant under electricity market environment
- Electric Power Automation Equipment Vol. 46, Issue 5, Pages: 44-52(2026)
- 作者机构：
  
  1.三峡大学梯级水电站运行与控制湖北省重点实验室，湖北宜昌 443002
  2.三峡大学电气与新能源学院，湖北宜昌 443002
  3.国网湖南省电力有限公司娄底供电公司，湖南娄底 417000
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  the National Natural Science Foundation of China(52307109);the Joint Foundation of the Natural Science Foundation of Hubei Province(2022CFD167)
- DOI：10.16081/j.epae.202511016
  CLC： TM73
- Received：19 February 2025，
  
  Revised：2025-10-11，
  
  Online First：20 November 2025，
  
  Published：10 May 2026
- 稿件说明：
移动端阅览
钟浩,杜涛,邹贤求等.电力市场环境下多流域型虚拟电厂抽水蓄能机组容量优化配置[J].电力自动化设备,2026,46(05):44-52.

Zhong Hao,Du Tao,Zou Xianqiu,et al.Optimal capacity allocation of pumped storage units in multiple river basin virtual power plant under electricity market environment[J].Electric Power Automation Equipment,2026,46(05):44-52.
钟浩,杜涛,邹贤求等.电力市场环境下多流域型虚拟电厂抽水蓄能机组容量优化配置[J].电力自动化设备,2026,46(05):44-52. DOI： 10.16081/j.epae.202511016.

Zhong Hao,Du Tao,Zou Xianqiu,et al.Optimal capacity allocation of pumped storage units in multiple river basin virtual power plant under electricity market environment[J].Electric Power Automation Equipment,2026,46(05):44-52. DOI： 10.16081/j.epae.202511016.

摘要

针对偏远地区小水电富集流域灵活性资源不足以及风、光、水电站因容量小而难以参与电力市场的问题，提出一种电力市场环境下多流域型虚拟电厂（RBVPP）抽水蓄能机组容量优化配置方法。通过改造流域库容式小水电，构建混合式抽水蓄能电站，联合风电、光伏及小水电组建RBVPP。建立基于合作博弈的双层优化配置模型。上层以各RBVPP年净利润加权和最大为目标，优化抽水蓄能装机容量。下层模拟RBVPP联盟参与日前电力市场：在第一阶段，考虑可再生能源不确定性，建立以联盟收益最大和电网购电成本最小为目标的竞标与出清模型；在第二阶段，结合流域水力耦合特性，以水量贡献度为权重，利用改进的Shapley值法进行收益分配，并将结果反馈至上层进一步优化容量配置。采用粒子群优化算法嵌套CPLEX对模型进行求解。算例结果表明，所提方法有效提升了RBVPP的市场灵活性与经济性，实现了收益均衡与资源优化配置。

Abstract

Aiming at the problems that the flexible resource of small hydropower rich basin in remote area is insufficient and the wind，solar and hydropower stations are difficult to participate in electricity market because of small capacity，an optimal capacity allocation method of pumped storage units in multiple river basin virtual power plant（RBVPP） under electricity market environment is proposed. A hybrid pumped sto-rage power station is built through the transformation of small hydropower with storage capacity in the river basin，and RBVPP is formed by combining wind power，photovoltaic and small hydropower. A two-layer optimal allocation model based on cooperative game is established. The upper layer optimizes the installed capacity of pumped storage with the goal of maximizing the weighted sum of annual net profits of each RBVPP. The lower layer simulates RBVPP alliance participating in the day-ahead electricity market. In the first stage，the uncertainty of renewable energy is considered，and a bidding and clearing model is established with the goal of maximizing the alliance income and minimizing the power purchase cost of power grid. In the second stage，combined with the hydraulic coupling characteristic of river basin，the improved Shapley value method is used to allocate the income with the water contribution as the weight，and the results are fed back to the upper layer to further optimize the capacity allocation. The particle swarm optimization algorithm nested with CPLEX is used to solve the model. The example results show that the proposed method effectively improves the market flexibility and economy of RBVPP，and realizes the income balance and opti-mal resource allocation.

关键词

Keywords

references

曹永吉，张恒旭，施啸寒，等 . 规模化分布式能源参与大电网安全稳定控制的机制初探［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 18 ）： 1 - 8 .

Cao Yongji ， Zhang Hengxu ， Shi Xiaohan ， et al . Preliminary study on participation mechanism of large-scale distributed energy resource in security and stability control of large power grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 18 ）： 1 - 8 .

延肖何，熊子豪，刘念，等 . 现货市场模式下大规模风光储场站生产模拟过程的储能配置方法［J］. 中国电机工程学报， 2025 ， 45 （ 21 ）： 8445 - 8458 .

Yan Xiaohe ， Xiong Zihao ， Liu Nian ， et al . Energy storage configuration method in the production simulation process of large-scale wind-solar-storage power stations under electricity spot market ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2025 ， 45 （ 21 ）： 8445 - 8458 .

袁越，苗安康，吴涵，等 . 低碳综合能源系统研究框架与关键问题研究综述［J］. 高电压技术， 2024 ， 50 （ 9 ）： 4019 - 4036 .

Yuan Yue ， Miao Ankang ， Wu Han ， et al . Review of the research framework and key issues for low-carbon integrated energy system ［J］. High Voltage Engineering ， 2024 ， 50 （ 9 ）： 4019 - 4036 .

陈霆威，曾君，张轩，等 . 面向规模化分布式可再生能源并网的群网协同互动优化方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 15 ）： 73 - 83 .

Chen Tingwei ， Zeng Jun ， Zhang Xuan ， et al . Cluster-grid co-operative interaction optimization method for large-scale distri-buted renewable energy integration ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 15 ）： 73 - 83 .

白雪岩，樊艳芳，王天生，等 . 计及可再生能源可靠性的虚拟电厂动态聚合方法［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 7 ）： 102 - 110 .

Bai Xueyan ， Fan Yanfang ， Wang Tiansheng ， et al . Dynamic agg-regation method of virtual power plants considering reliability of renewable energy ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 7 ）： 102 - 110 .

刘吉成，宋亚楠 . 基于文本挖掘和云模型的虚拟电厂交易风险评估研究［J］. 电网技术， 2025 ， 49 （ 3 ）： 1089 - 1097 .

Liu Jicheng ， Song Yanan . Research on risk assessment of virtual power plant transaction based on text mining and cloud models ［J］. Power System Technology ， 2025 ， 49 （ 3 ）： 1089 - 1097 .

王俊，徐箭，王晶晶，等 . 基于条件风险价值的虚拟电厂参与能量及备用市场的双层随机优化［J］. 电网技术， 2024 ， 48 （ 6 ）： 2502 - 2510 .

Wang Jun ， Xu Jian ， Wang Jingjing ， et al . Bi-level stochastic optimization for a virtual power plant participating in energy and reserve market based on conditional value at risk ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 6 ）： 2502 - 2510 .

Qureshi U ， Andrabi I ， Manzoor M ， et al . Optimizing electric vehicle integration in virtual power plants：a stochastic optimiza-tion framework with MDNN integration ［J］. IEEE Transactions on Industry Applications ， 2024 ， 60 （ 6 ）： 9227 - 9236 .

李东东，王啸林，沈运帷，等 . 考虑多重不确定性的含需求响应及电碳交易的虚拟电厂优化调度策略［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 5 ）： 210 - 217，251 .

Li Dongdong ， Wang Xiaolin ， Shen Yunwei ， et al . Optimal sche-duling strategy of virtual power plant with demand response and electricity-carbon trading considering multiple uncertainties ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 5 ）： 210 - 217，251 .

孙国强，王力予，周亦洲，等 . 基于对等架构的虚拟电厂-配电网双层电碳协同调度模型［J］. 电力自动化设备， 2025 ， 45 （ 1 ）： 42 - 50 .

Sun Guoqiang ， Wang Liyu ， Zhou Yizhou ， et al . Dual-level electric-carbon coordinated scheduling model for virtual power plants and distribution networks based on equality architecture ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2025 ， 45 （ 1 ）： 42 - 50 .

张俊涛，程春田，于申，等 . 水电支撑新型电力系统灵活性研究进展、挑战与展望［J］. 中国电机工程学报， 2024 ， 44 （ 10 ）： 3862 - 3884 .

Zhang Juntao ， Cheng Chuntian ， Yu Shen ， et al . Progress，cha-llenges and prospects of research on hydropower supporting the flexibility of new power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2024 ， 44 （ 10 ）： 3862 - 3884 .

潘长宁，曾千城，肖锋，等 . 考虑偏远地区水光储阶段式双层优化短期调度策略［J］. 高电压技术， 2025 ， 51 （ 1 ）： 356 - 367 .

Pan Changning ， Zeng Qiancheng ， Xiao Feng ， et al . Short-term scheduling strategy for two-stage optimization of hydro-photovoltaic-storage in remote areas ［J］. High Voltage Engineering ， 2025 ， 51 （ 1 ）： 356 - 367 .

李亚鹏，赵麟，王祥祯，等 . 不确定碳-电耦合市场下梯级水电双层竞价模型［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 20 ）： 83 - 94 .

Li Yapeng ， Zhao Lin ， Wang Xiangzhen ， et al . Bi-level bidding model for cascaded hydropower under uncertain carbon-electricity coupled market ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 20 ）： 83 - 94 .

彭钰祥，刘继春，韩晓言，等 . 考虑多业主梯级水电站的日前市场分期出清方法［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 8 ）： 2837 - 2847 .

Peng Yuxiang ， Liu Jichun ， Han Xiaoyan ， et al . Staging clearing for day-ahead market considering multi-owner cascade hydropower stations ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 8 ）： 2837 - 2847 .

张宏图，熊志杰，朱燕梅，等 . 基于“虚拟水库”的梯级水电现货报价单元组建方法［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 3 ）： 719 - 728 .

Zhang Hongtu ， Xiong Zhijie ， Zhu Yanmei ， et al . Spot quotation unit construction method of cascade hydropower based on “virtual res-ervoir ”［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 3 ）： 719 - 728 .

抽水蓄能中长期发展规划（ 2021 — 2035 年）［EB／OL］ . ［ 2024-08-08 ］. https：∥files.parkworld.net／files／8d9fc51875ff384／download https://files.parkworld.net/files/8d9fc51875ff384/download .

Wang Z N ， Fang G H ， Wen X ， et al . Coordinated operation of conventional hydropower plants as hybrid pumped storage hydropower with wind and photovoltaic plants ［J］. Energy Con-version and Management ， 2023 ， 277 ： 116654 .

刘欣雨，罗彬，陈永灿，等 . 融合改造的梯级混合式抽蓄短期调峰优化模型［J］. 电网技术， 2025 ， 49 （ 3 ）： 1217 - 1226 .

Liu Xinyu ， Luo Bin ， Chen Yongcan ， et al . Short-term peak sha-ving model of cascade hybrid pumped storage retrofitted from conventional hydropower ［J］. Power System Technology ， 2025 ， 49 （ 3 ）： 1217 - 1226 .

彭煜民，王雪林，刘德旭，等 . 考虑混蓄与纯蓄配置方式的水风光蓄互补系统调度运行对比研究［J］. 电力系统保护与控制， 2024 ， 52 （ 10 ）： 179 - 187 .

Peng Yumin ， Wang Xuelin ， Liu Dexu ， et al . Comparative re-search on the dispatching operation of a hydro-wind-solar-storage complementary system considering configurations with hybrid and pure pumped-storage hydropower plants ［J］. Power System Protection and Control ， 2024 ， 52 （ 10 ）： 179 - 187 .

刘亚锦，代航，刘志坚，等 . 面向多类型工业用户的分散式共享储能配置及投资效益分析［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 10 ）： 256 - 264 .

Liu Yajin ， Dai Hang ， Liu Zhijian ， et al . Configuration and investment benefit analysis of decentralized shared energy sto-rage for multiple types of industrial users ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 10 ）： 256 - 264 .

刘蓉晖，赵增凯，孙改平，等 . 考虑不同风险偏好的虚拟电厂优化策略及利润分配［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 4 ）： 154 - 161 .

Liu Ronghui ， Zhao Zengkai ， Sun Gaiping ， et al . Optimization strategy and profit allocation of virtual power plant conside-ring different risk preference ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 4 ）： 154 - 161 .

田欣，陈来军，李笑竹，等 . 基于主从博弈和改进Shapley值的分布式光伏社区共享储能优化运行策略［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 6 ）： 2252 - 2261 .

Tian Xin ， Chen Laijun ， Li Xiaozhu ， et al . Optimal scheduling for energy storage sharing among communities with photovol-taic resource based on Stackelberg game and improved Shapley value ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 6 ）： 2252 - 2261 .

郝俊博，闫晓宏，裴红兰，等 . 基于改进Shapley值的台区多共享储能运行效能分配方法［J］. 储能科学与技术， 2025 ， 14 （ 4 ）： 1507 - 1518 .

Hao Junbo ， Yan Xiaohong ， Pei Honglan ， et al . Allocation me-thod of operational efficiency of multi-shared energy storages in the distribution network based on improved-Shapley value ［J］. Energy Storage Science and Technology ， 2025 ， 14 （ 4 ）： 1507 - 1518 .

李咸善，丁胜彪，李飞，等 . 考虑水电调节费用补偿的风光水联盟优化调度策略［J］. 中国电力， 2024 ， 57 （ 5 ）： 26 - 38 .

Li Xianshan ， Ding Shengbiao ， Li Fei ， et al . Optimal schedu-ling strategy for wind-solar-hydro alliance considering compensation of regulation by hydropower ［J］. Electric Power ， 2024 ， 57 （ 5 ）： 26 - 38 .

陈雨鸽，陈昌铭，张思，等 . 考虑时空耦合的小水电富集型虚拟电厂优化调度策略［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 18 ）： 90 - 98 .

Chen Yuge ， Chen Changming ， Zhang Si ， et al . Optimal dispa-tching strategy of small hydropower enriched virtual power plant considering temporal-spatial coupling ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 18 ）： 90 - 98 .

王日俊，刘铖，蔡国伟，等 . 基于条件风险价值的负荷聚合商参与电能量-备用-碳市场的交易策略［J］. 电网技术， 2025 ， 49 （ 8 ）： 3372 - 3383 .

Wang Rijun ， Liu Cheng ， Cai Guowei ， et al . Trading strategies for load aggregators participating in energy-reserve-carbon markets based on conditional value at risk ［J］. Power System Technology ， 2025 ， 49 （ 8 ）： 3372 - 3383 .

宋嘉启，杨永标，徐青山，等 . 多虚拟电厂参与日前电力市场的鲁棒竞标博弈方法［J］. 电力自动化设备， 2023 ， 43 （ 5 ）： 77 - 85 .

Song Jiaqi ， Yang Yongbiao ， Xu Qingshan ， et al . Robust bidding game approach for multiple virtual power plants participating in day-ahead electricity market ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2023 ， 43 （ 5 ）： 77 - 85 .

李振坤，徐廷君 . 考虑“源储荷”协同的主动配电网双层优化配置［J］. 智慧电力， 2025 ， 53 （ 3 ）： 77 - 83 .

Li Zhenkun ， Xu Tingjun . Bi-level optimal configuration of active distribution network considering source-storage-load coordination ［J］. Smart Power ， 2025 ， 53 （ 3 ）： 77 - 83 .

段佳南，谢俊，赵心怡，等 . 基于改进Shapley值法的风-光-水-储多主体互补发电系统合作增益分配策略［J］. 电力自动化设备， 2024 ， 44 （ 3 ）： 22 - 30 .

Duan Jianan ， Xie Jun ， Zhao Xinyi ， et al . Cooperative synergistic benefit allocation strategy of wind-solar-hydro-energy storage multi-stakeholder complementary generation system based on improved Shapley value method ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2024 ， 44 （ 3 ）： 22 - 30 .

刘汶瑜，陈中，杜璞良，等 . 基于联盟博弈的多虚拟电厂参与日前电力市场竞标模型［J］. 电力自动化设备， 2024 ， 44 （ 5 ）： 135 - 142，150 .

Liu Wenyu ， Chen Zhong ， Du Puliang ， et al . Bidding model for multiple virtual power plants participating in day-ahead electricity market based on coalition game ［J］. Electric Power Auto-mation Equipment ， 2024 ， 44 （ 5 ）： 135 - 142，150 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Optimal allocation of dynamic VAR compensator considering source-load uncertainty

Joint bidding game model for multiple offshore wind farms based on monthly electricity data adaptive pseudo augmentation

Nash bargaining based transaction model for multi-type entities on distribution network side under electricity market environment

Optimal sharing operation strategy for multi park-level microgrid

Optimal coordination between system reserve and interruptible loads with response uncertainty

Related Author

CHEN Shengbo

MAO Xiaoming

RONG Jingchao

FU Yang

LI Yi

GE Xiaolin

FAN Wanqiu

WEI Shurong

Related Institution

School of Automation，Guangdong University of Technology

Engineering Research Center of Offshore Wind Technology Ministry of Education， Shanghai University of Electric Power

Offshore Wind Power Research Institute，Shanghai University of Electric Power

visions Biomedical Technology Co.，Ltd.，Shanghai

School of Electrical Engineering，Southeast University

AI问答

⁰