利他主义聚合器：一种以社区为导向的能源资源聚合与管理方法，应用于配电系统

《IEEE Transactions on Power Systems》：The Altruistic Aggregator: A Community-Oriented Approach for Energy Resource Aggregation and Management in Distribution Systems

本文提出利他聚合器（AA）框架，通过参与批发电力市场与储备市场优化收益分配，实现社区能源负担基尼系数从0.444降至0.135，同时保持最短回收期和最低电价，验证了利他机制在提升社区能源公平性及经济效率中的有效性。

　　

摘要：

从历史上看，营利性组织参与电力市场是为了使股东受益。但随着社区越来越多地拥有和运营分布式能源资源（DER），人们开始重新考虑如何分配聚合带来的利益，并将其转向所在社区。本文提出了“利他型聚合器”（Altruistic Aggregator，简称AA）框架，作为传统以利润最大化为目标的聚合器的替代方案。该框架能够最优地参与批发电力市场和调节储备市场，然后分配信用额度以改善整个社区的能源相关成果。根据罗尔斯标准（Rawls criterion）评估，AA框架在将聚合利益分配给家庭方面明显优于传统利润最大化聚合器，并且具有更高的经济效率。在一个涉及500户家庭的案例研究中，该模型将能源负担的基尼系数从0.444降低到了0.135，同时保持了最短的回收期和最低的电价。这些结果凸显了利他主义在引导电网转型以造福社区方面的潜力。

引言

得益于分布式能源资源（DER）成本的降低和技术进步，社区在能源系统中发挥着越来越积极的作用，为当地带来经济、社会和运营方面的益处。同时，许多电力用户通过拥有DER成为电力生产的消费者，将这些资产直接整合到社区中。然而，向DER的快速转型尚未完全取代传统的企业成本回收和利润最大化理念。随着能源资源的所有权从集中式公用事业公司和私营企业转移到个人和社区手中，围绕社区利益而非利益相关者利润来构建能源系统的做法变得越来越可行。社区有机会确保他们在能源系统中创造的价值能够回馈给他们，从而实现集体利益。在美国，FERC第2222号指令要求系统运营商允许低压DER和需求响应产品参与各种市场，这进一步推动了这一趋势。因此，拥有DER的社区和家庭可以注册加入聚合器，通过市场参与实现收入，同时满足运营商的标准[1]。在此过程中，聚合器分散了参与者的市场不确定性风险，并通过在大范围地理区域内运营系统来缓解可再生能源发电的波动性[2]。它们可以利用优化技术来调度资源以最大化收入，并提供电网支持服务[3]，同时实时满足配电系统的约束条件[4]，并通过计算效率高的分层管理方式实现这一目标[5]。聚合器通常会优先考虑具有最大收益潜力的大型DER项目，以最大化自身利润，并相应地向这些项目提供足够的补偿以促进其参与度。由于收入和成本是驱动其行为的主要因素，传统聚合器几乎没有动力去关注社区需求或可及性。