虚拟电厂的概念思辨与现实发展路径

高赐威教授 东南大学电气工程学院电力经济技术研究所 Email:ciwei.gao@seu.edu.cn 个人介绍 高赐威，教授，博士生导师，东南大学电力经济技术研究所所长，EEEseniormember，江苏省肯监工程学术带头人，中国电机工程学会智慧用能与节能专业委员会委员、电力需求侧管理学组副组长全国电力需求侧管理标准化技术委员会TC575委员，虚拟电厂标准工作组组长，中国电科院国网电力市场技术实验室学术委员会委员、广西电力市场管理委员会专家委员会委员，多年从事有关电力市场与监管、虚拟电厂、智能调控技术、电力需求侧管理、电力需求响应的相关基础理论和实践的研究工作。获教育部高等学校就科技进步二等奖、江苏省科技进步二等奖、上海市科技进步二等奖各一项（均排名第一），中国电力创新一等奖一项（排名第二）。 Cell: 13851782219Email: ciwei.gao@seu.edu.cr 虚拟电厂领域的研究工作 研究工作 ·从2017年起支撑上海虚拟电厂研究和建设，承担上海、广州、深圳、国网综能等单位委托虚拟电厂研究项目三十余项。·城市商业建筑虚拟电厂系统关键技术及示范应用，2020年上海市科技进步二等奖·面向需求响应的海量柔性负荷聚合运行关键技术及应用，教育部高等学校科学研究优秀成果奖二等奖； 标准化工作 ·TC575全国电力需求侧管理标委会虚拟电厂标准工作组组长；·作为主答辩人参与首批两项虚拟电厂国标《虚拟电厂资源配置与评估规范》《虚拟电厂管理规范》国标和两项行标《虚拟电厂可调节性能指标设计与计算方法》《虚拟电厂术语》答辩并成功立项。 OUTLINE 虚拟电厂、需求响应与负荷调度 虚拟电厂的构建 虚拟电厂的现实发展路径 总结 新能源大规模发展带来的重大挑战 随着“双碳”目标的提出，能源转型不断推进，高比例新能源接入电力系统已成必然趋势。 2030年实现“碳达峰” 风电、光伏装机12亿干瓦以上！ 用电负荷“尖峰化”、“季节性”形势更为严峻 供给侧灵活调节能力下降 用户侧资源的尚待开发 电源侧灵活性资源发展受限 双碳目标下，新能源大规模发展，传统火电调节资源逐步下降，预计2030年下降至50%，系统灵活性缺乏问题凸显。 需求侧灵活性资源规模庞大 需求侧海量具有调节性能的用电设备，规模庞大，未得到有效发据。 传统的考虑方式： 需求响应（DemandResponse，简称DR），是指电力用户接收到供电方发出的诱导性减少负荷的直接补偿通知或者电力价格上升或下降信号后，改变其固有的习惯用电模式，促进供需平衡，从而保障电网稳定的短期行为。 OUTLINE 背景 虚拟电厂、需求响应与负荷调度 虚拟电厂的构建 虚拟电厂的现实发展路径 总结 需求响应的概念 需求响应：电力用户收到经济信号，改变其固有用电行为。 重了价倍而求啊应，用收划时价信TOU），实时电价（RealTimePricing，RTP）和尖峰电价（CriticalPricing，CPP）等相应地调整电力需求。 ·基于激励的需求响应：用户参加经济激励项目，包括可中断电价、直接负荷控制、需求侧竞价，并进行用电行为的改变。 可靠性需求响应 经济性需求响应 需求响应的概念 需求响应： 需求响应是针对负荷而言，负荷是电能量的需求方，是被满足的对象；改变用电行为，即改变其固有负荷曲线，需要获得额外的经济激励。 虚拟电厂的概念 交易的载体一通过“聚合”和“通信”进行管理和运行控制 虚拟电厂可看作是在传统电网物理架构上，利用先进技术把分布式发电、分布式储能设施、可控负荷等不同类型分布式资源进行整合协同开展优化运行控制和市场交易的载体，使之呈现出电厂的特性，实现电源侧的多能互补和负荷侧的灵活互动，对电网提供电能或调峰、调频、备用等辅助服务。 虚拟电厂的概念-调整量模型 以负荷削峰为例，调整量实际上是将需求响应期间的功率调整量等效为虚拟发电机组的出力。 虚拟电厂的概念-绝对量模型 绝对量模型： 虚拟电厂视为对分布式资源的聚合，形成对外提供电能量或者辅助服务的“电厂”，具有电厂的身份，是市场的供应者。 在虚拟电厂内部，分布式电源即电厂的发电机组，分布式可调负荷即电厂的厂用电。分布式电源和分布式负荷的功率之和组成虚拟电厂的输出功率，功率为正则发电，功率为负则用电 5(=1/=1 虚拟电厂的应用场景 绝对量模型 调整量模型 ·适用于能量交易、调峰、调频、等各种场景；·更适用于净功率输出型/电源型；·没有负荷基线依赖，可常态化运行； ·适用于调峰；·不适用于能量交易与调频·适用于净功率输入型/负荷型；依赖于负荷基线，常态化调用较为困难。 负荷调度/可调负荷的概念 负荷调度打破了传统电力系统运行模式，以电力供需平衡为目标，将负荷也作为到提供平衡能力的资源来看待，实现供需的动态平衡。 定叉（可调节负荷）-DLT2473.1~2473.13 ·电力系统中具备技术条件参与电网调度的负荷资源，可以是满足准入条件的大用户、也可以是聚合后的主体。 ·通过车联网平台（电动汽车）、智慧能源服务平台（营销）、第三方独立主体（虚拟电厂）聚合平台、大用户模式接入负荷调控系统，具备按照电网调度指令或既定控制策略参与调节的能力。 自动功率控制（APC ·采用信息通信和自动控制技术，通过调度侧向发电厂、大工业负荷或聚合商平台接入的可调节负荷下达实时调节指令，实现对电网调控范围内发电机、可调节负荷等“源-网-储-荷”各环节调节资源有功的目标计算分配和自动跟踪调节，达到满足电网实时平衡及频率调节等要求，维持系统频率和联络线交换功率在计划偏差范围内的闭环控制过程，是传统的自动发电控制（AGC）功能进一步深化拓展。 负荷调度/可调负荷性能要求 负荷调度是用户根据调度指令调节其功率取用情况。 虚拟电厂的概念困惑 交易的载体一通过“聚合”和“通信”进行运行控制 虚拟电厂可看作是在传统电网物理架构上，利用先进技术把分布式发电，分布式储能设施、可控负荷等不同类型分布式资源进行整合协同开展优化运行控制和市场交易的载体，实现电源侧的多能互补和负荷侧的灵活互动，对电网提供电能或调峰、调频、备用等辅助服务。其核心在于“聚合”和“通信” 虚拟电厂和需求响应有什么关系？虚拟电厂有基线问题吗？ 虚拟电厂聚合分布式光伏的意义何在？ 虚拟电厂与负荷聚合商有什么区别？ 虚拟电厂和负荷调度（可调负荷）是什么关系？ 虚拟电厂的技术特征 虚拟电广与需求响应 虚拟电厂可以做需求响应 参与系统的需求响应是目前大多数虚拟电厂的实际业务·这意味着这些虚拟电厂具备需求响应的能力，可以提供需求响应服务， 虚拟电厂不仅做需求响应 需求响应不应该是虚拟电厂的主要功能*需求响应是负荷聚合商的主要职能 虚拟电厂应该被当做“电厂”来看待 虚拟电广与需求响应 激励型需求响应是基于事件触发的 电网出于电网安全运行考虑提出需求响应邀约;·激励型需求响应项目应是基于事件触发，一般不存在长时间常态化的情况： 虚拟电厂发挥负荷聚合商作用，参与需求响应。 长期的局部供应短缺应反映到电价 ·市场环境下可以反映为节点价格偏高·可以借助行政措施解决硬缺口问题（有序用电），可以转化为用电权分配或者交易； 虚拟电厂与可调负荷 V由中电联组织，TC575牵头TC564、TC549、TC82等全国8家标委会成立“虚拟电厂”标准工作组，规划了22项虚拟电厂标准，目前两项国标立项、一项行标立项：VTC549、TC575编制了二十余项有关“需求响应”的国标行标，涉及了需求响应信息模型、需求响应系统与终端、负荷聚合商需求响应平台、需求响应效果评估等方面。V国调牵头制定了一系有关“可调负荷”的行业标准，可调节负荷不一定需要聚合：但可以包括聚合。 概念本身是用于做区分的，明确而清晰的概念使得人们对事物的认识和描述更为准确，倾向于下面的区分： OUTLINE 背景 虚拟电厂、需求响应与负荷调度 虚拟电厂的构建 虚拟电厂的现实发展路径 总结 从分布式资源到虚拟电厂、可调节负荷的基本认识 虚拟电厂的构建 虚拟电厂中不同资源的配比问题 分布式光伏特定场景下为什么要聚合成为虚拟电 ·大量分布式光伏聚合形成规模化的虚拟电厂，具备参与批发市场的资格；·对分布式光伏而言虚拟电厂参与批发市场有可能获得更高价格（批发售电价格>分布式光伏上网电价>对照一般商品本应如此) ;·对电力系统而言虚拟电厂对调度可见，成为被调度管理和考核的对象，有利于系统安全运行。 集中光伏配储能“建而不调问题的引申 ·集中光伏配储能应是光伏场站自身参与市场运行扩大收益、减小损失的需要>合理市场机制设计；·分布式光伏聚合形成虚拟电厂，其配储能也是由于配储可以获得更大的收益。 虚拟电厂分层分区优化聚合 参与主网调度运行或者批发市场 ·分布式资源应聚合等效至其对应的22万母线或者50万母线，由市场交易结果确定虚拟电广调度方案，并进行指令分解 解决分区内部/配网局部热点等供需平衡 ·聚合分区内部或者热点相关区域范围分布式资源，采用需求响应或者虚拟机组的配网调度 OUTLINE 背景 虚拟电厂、需求响应与负荷调度 虚拟电厂的构建 虚拟电厂现实发展路径 总结 资源分析 用户侧资源分析 随着新型电力系统建设和国家相关政策的引导，用户侧资源呈现出以下新特征： 用户侧电化学储能具有较好的经济效益，增长迅速，其运行特征主要取决于峰谷电价时段； 部分先进企业应用数字化技术，实现了数字化：车间/工厂，能够精准把控企业的用电负荷 用户侧分布式光伏广泛分布，增长迅速，其发电主要取决于天气情况 以上四者均为当前用户侧优质的分布式资源，但是未能得到充分的挖掘和利用，处于简单粗放的运行状态或是函待推广开发状态。 基本原则 基本原则 “众人引起的问题，众人帮手共同解决，化解问题于无形中” 深度挖掘储能和可调负荷资源，发掘海量沉睡用户侧资源，提升系统韧性和灵活性； 基于市场“看不见的手”，捷动相关利益主体主动参与，形成万众参与的电力供需互动新生态； 引入自动决策和控制技术，实现用户对于能源自动决策和响应，提升系统对用户侧资源的调用效率和能力。 工作思路 工作思路 从“用户-虚拟电厂-电网“的自下而上的电力供需互动生态搭建，以“主体”而非“设备“为工作中心，通过主体间良性互动，实现分布式资源充分利用和供需匹配平衡 工作思路 工作思路>用户主体能力建设 着力于用户能源管理能力和响应能力提升，构建用户参与系统运行的“能力” 用户资源盘点： 梳理用户内部资源，包括光伏、储能、可调节负荷（数字化生产能力）； 用户能源管理系统（微网）建设： 围绕自供能平衡能力，发用电智能决策和自动控制，降低特定场景下的系统依赖使之具备上报能源预测和管理潜力的能力。 工作思路 工作思路》用户主体动力挖掘 关键在于用户开展能力建设和参与系统运行的动力，是否足以支撑用户开展相关工作： ◆动力二： ◆动力一： 通过能源管理实现效益提升，参加电力系统的需求响应或参与辅助服务市场提升企业收益； 通过自供能系统建设，避免或者减少每年供需紧张期间的停电损失。 工作思路 工作思路>虚拟电厂主体能力建设 看力于搭建虚拟电厂运行和资源管理平台，以系统对系统的方式，实现对于用户侧资源的多场景、多时间尺度调用： 虚拟电厂对上与电网进行信息交互，上报能力，接受指令； 2虚拟电厂与下属资源（能管系统/微网）的数据接口建设 显拟电厂对下与用户进行信息交互，获取资源状态，下发指令： 虚拟电厂聚合调控优化算法与模型： 虚拟电厂向电网提供服务获取收益，向用户支付成本，实现虚拟电厂效益最优。 工作思路 工作思路虚拟电厂主体动力挖掘 虚拟电厂是第三方主体，通过规模化/专业化的用户服务向电网提供平衡服务，其动力来自于从事连接电网和用户的中间载体业务获利： ◆动力二：