虚拟电厂与电力市场

虚拟电厂与电力市场

能源转型带来的挑战

• 国家电网一次能源需求量变化趋势（2000-2050）：非化石能源发电量占比逐步提高，火力发电量占比显著下降。
• 我国各种能源年发电量占比（2000-2050）：可再生能源（风电、太阳能）发电量占比显著提高，煤炭占比下降。
• 电网面临的挑战：单一消费者向混合型产消者转变，大规模可再生能源接入后系统灵活性下降，表现为稳定优质电源不足、调控能力弱、DER弱可观性、可测性、可控性。
• 分布式能源拥有者面临的挑战：降低用能成本、节能降耗、参与电力市场、提升环保和综合能效，但现有市场机制不成熟，分布式资源难以参与电力市场。
• 可再生能源未来的发展方向：聚沙成塔的虚拟电厂，通过智能电网实现大规模清洁能源的输送和消纳。

虚拟电厂的核心概念与类型

• 虚拟电厂定义：聚合优化“源网荷储售服”清洁发展的新一代智能控制技术和互动商业模式，依托信息通信和智能技术，聚合多类型、多能流、多主体资源，实现电源侧多能互补、负荷侧柔性互动，促进“三流合一”，为电网提供辅助服务，为用户和市场主体提供参与电力市场交易的途径。
• 核心思想：通信与聚合。
• 虚拟电厂类型：
  • 市场型（CVPP）：从经济角度考虑，制定最优发电计划和调度方式，参与电力市场，特点为打包交易，分布式资源的商业模式。
  • 技术型（TVPP）：从电力系统的整体需求考虑，提供灵活调节能力，特点为考虑接入电源、负荷等的物理特性和电网的实际运行情况。

虚拟电厂的框架与技术

• 虚拟电厂框架：包括发电单元、用电单元、通信网络、虚拟电厂控制中心、发电处理中心等。
• 虚拟电厂协调控制技术：
  • 集中控制结构：控制中心掌握完整信息，控制能力强，扩展性和开放性好。
  • 集中-分散控制结构：控制中心把一部分运行控制功能分配到本地控制和处理中心。
  • 全分散控制结构：控制中心简化为数据交换中心，通过智能代理的协同实现控制中心的功能。

虚拟电厂发展历程

• 1990s：分布式电力系统概念提出。
• 1997年：虚拟电厂概念首次提出。
• 2000s：分布式电力系统稳定运营白皮书发布。
• 2005年至今：物联网、云计算、大数据、人工智能等技术应用于虚拟电厂。
• 2006年至今：分布式可再生能源快速发展。
• 2008年至今：电动汽车技术发展。
• 2010年至今：储能技术示范。
• 2011年至今：边缘计算技术研究。
• 2013年至今：区块链技术应用。
• 2016年至今：IEC首批虚拟电厂国际标准立项。
• 2017年至今：虚拟电厂“研创示编”（RIDS）四融合模式推进及2018+示范应用。

国内外虚拟电厂示范工程

• 荷兰PMVPP（2007）：多代理技术，聚合10个微型CHP机组，降低当地配电网峰值需求。
• 澳大利亚光储VPP（2018）：1000套电池储能，跟踪AGC信号，降低用户电费，提高多能源系统稳定性。
• 其他示范工程：英国、西班牙、法国、丹麦、德国、日本、美国等地的多个虚拟电厂示范工程。

冀北虚拟电厂示范工程

• 示范工程概况：涵盖冀北唐山、张家口、承德、秦皇岛、廊坊五地市，包括泛在电力物联网、坚强智能电网、虚拟电厂智能管控平台等。
• 智能管控平台：实现千万级智能能源终端管理、海量能源节点互联、海量数据流通与聚合、精准的源输配荷协同。
• 示范工程参与电网调控：三级调控架构，包括正常态和紧急态下的虚拟电厂参与电网调控。
• 虚拟电厂系统架构：包括资源整合优化和控制、紧急协同控制、分布式资源信息整合优化等。

虚拟电厂与电力市场

• 参与电力市场流程：虚拟电厂聚合内部资源，参与市场报价、交易出清、结算市场。
• 参与市场类型：单一市场、联合市场、多市场。
• 虚拟电厂运营主体决策：综合考虑内部资源备用、调峰等能力，结合市场价格，选择参与市场类型和比例，以利润最大化为目标。

虚拟电厂与国际标准

• IEC国际标准：首批虚拟电厂IEC国际标准获批立项，《未来分布式电力系统的稳定运营》白皮书发布。
• 国际技术研讨会和工作组会：多个国际技术研讨会和工作组会，推动虚拟电厂技术发展。
• 产业联盟与合作：IEC、IEEE、能源区块链联盟、工业互联网产业联盟等，推动虚拟电厂标准化和产业化。