虚拟电厂基本概念及关键技术问题思辨

虚拟电厂基本概念及关键技术问题思辨 高赐威教授 东南大学电力经济技术研究所 团队介绍 发展历程 电力经济技术研究所 东南大学电气工程学院 需求侧管理研究所 创始于1923年成立的国立东南大学电机系，国内最早建立电气工程学科的单位之一，在国内外电气领域是有较高的学术声誉。 面对电力体制改苹的研究需求，顺应电力市场建设的发展趋势根据相关领域的研究基础，建了东南大学电气工程学院电力经济与技术研究所。 成立于1999年，国内最早开展需求侧管理研究的高校之一在国内具有很高的知名度。 研究内容 团队介绍 王蓓蓓 高赐威 李扬 王磊 喻洁 副教授&博士生导师TEEESenior Member江苏省电力市场普通委员会委员，获江苏省六大高峰人才资助，电网技术期刊青年编委，电力需求则管理期刊编委。 教授&博士生导师江苏省青蓝工程学术带头人，IECPC118中国专家委员会成员，中国能源研究会电力发展与改革30人论坛成员，国标TC549专委会委员，中国电机工程学会用电与节电专委会委员。 教授&博士生导师、中国电机工程学会电力市场专委会委员、TC549标委会成员主要研究方向为电力系统运行、电力市场、需求管理 副教授/硕导从事计算机应用技术教学及信息技术在系统中应用电力系统优化运行、需求响应等方面的研究工作， 副教授/硕导北卡罗莱纳州立大学访同学者，致力于电力市场、虚拟发电厂、需求响应机理、电力信息理论的研究。 团队介绍 牟玉亭 讲师东南大学电气工程学院讲师、硕士生导师。博士毕业于比利时（法语）鲁汶大学运筹学与经济计量学研究中心，曾在法兰德斯技术研究院（VITO）能源市场部担任Researcher. 副教授 副研究员 博后 副教授伊利诺伊理工、中佛罗里达大学交流合作和博士后研究，长期从事需求侧管理、电力经济、电力系统安全运行与优化调度等方面的研究。 2018年获美国德州A&M大学电气工程专业博土学位，同年入职美国得克萨斯州电力可壶性委员会（ERCOT)电力市场分析组担任系统运营工程师。多年来直从事电力市场、需求侧响应、大数据分析方面相关研究。 东南大学电气工程学院全职博土后，2017年博士毕业于法国里尔中央理工大学，先后就职于法国上法兰西私立高等工程师学校（博士后研究员）主要研究方向为配网侧分布之资源灵活性以及虚拟电厂 在弗吉利亚理工大学做博士后研究，致力于智能电网电力市场、供需侧管理响应和电力数据分析及智能算法的研究工作。 团队介绍 获奖 教育部科技进步二等奖2022江苏省科技进步二等奖2020广西自治区科技进步二等奖2022上海市科技进步二等奖2020中国电力创新一等奖2020江苏电工技术奖一等奖2019上海电力科技进步一等奖2019南方电网科研院科技进步奖一等奖广西电网科技进步一等奖中国电力创新二等奖上海电力科技进步奖二等奖江苏电工技术技二等奖中国电力科学技术奖三等奖国家能源局软科学奖三等奖 发表论文526篇授权专利55项1篇文章入选全国百篇最具国内影响学术论文6篇文章入选F5000中国精品科技期刊顶尖学术论文9篇论文他引次数超过200次 2010-2023年承担或参与包括过863项目、973项目、国家重点研发、国家自然科学基金、美国能源基金会、英国繁荣基金等机构资助的科研项目近300余项。 虚拟电厂领域的研究工作 研究工作 从2017年起支掌上海虚拟电广研究和建设，承上海、广州、深、国网综能等单位委托虚拟电厂研究项目三十余项，获得省部级奖9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尚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一等奖， 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人参与首批两项虚拟电广国标《虚拟电厂资源配置与评估规范》《虚拟电厂管理规范》国标和一项行标《虚拟电厂可调节性能指标设计与计算方法》、《虚拟电广术语》答辩并成功立项。 团队介绍 智库职能 行业标准建设 担任IECPC118中国国家委员会、IEEEP2783、全国智能电网用户接口标准化技术委员会TC549、全国电力需求侧管理标准化技术委员会TC575等标准化组织委员，虚拟电厂标准工作组组长。参与编制一项IEC国际标准、一项IEEE国际标准、10项国家标准、行业标准。 为国家地方行业经济政策承担智库作用为国家发改委、原国家电监会、国家能源局及其分支机构等政府部门政策决策提供咨询服务。1、江苏现货市场规则编写2、参加全国统一电力市场规划 虚拟电广领域的研究基础 在需求响应基础理论与应用、虚拟电广建设运营、电价制定等方面具有鲜明特色，在虚拟电厂平台开发与商业运营模式研究开发等领域已获得成功应用，是国内虚拟电厂领域的顶尖团队。 国内率先提出了“能效电厂“智能需求侧管理”“自动需求响应”的概念和架构。承担包括863项目、国家重点研发、国家自然科学基金等在内的项目200余项，其中国家自然科学基金项目11项。全面支撑国家发改委首个虚拟电试点上海黄浦区虚拟电厂试点项目、推动虚拟电厂领域首批两项国标和两项行标立项，在需求侧管理领域已颁布2项国际标准：3项国家标准，3项行业标准，发明专利授权70余项。 OUTLINE 虚拟电厂发展背景 、虚拟电厂概念 、虚拟电厂标准体系 四、虚拟电厂国内应用 五、虚拟电厂发展前景 六、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 分布式光伏发展极为迅速，在山东、河北、河南等省严重危险电网安全运行 2030年实现“碳达峰” 凤电、光伏装机12亿千瓦以上！ 用电负荷“尖峰化”“季节性”形势更为严峻 怎么管？ 供给侧灵活调节能力下降 虚拟电厂连接用户侧(分布式)和大电网/批发市场 虚拟电厂标准发展 国家发布系列政策将虚拟电广作为能源转型的重要抓手，国家发改委印发新版《电力需求侧管理办法》《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》等文件明确要遂步将需求侧资源以虚拟电等方式纳入电力平衡。 国内虚拟电厂发展迅速 ◆广州：虚拟电厂管理平台已注册各类用户30家，完成签约15家，邀约响应能力约1250兆瓦，实时响应能力约220兆瓦.>需求响应 ◆上海：商业建筑虚拟电厂，目前已接入楼宇130幢，发电容量59.6MW，节省电力投资2.4亿元减少占地60公顷。>需求响应 ◆翼北：基于泛（FUN）电平台的虚拟电厂示范工程一期实时接入与控制11类19家泛在可调资源，容量约16万干瓦支撑奥运期间100%绿色用电。-->调峰辅助服务 ◆浙江丽水：绿色能源虚拟电厂接入多座水电站，调峰能力43万干瓦。>调峰辅助服务 ◆华北：国网综能虚拟电厂聚合15.4万干瓦可调资源参与华北电力辅助服务市场，可创造日23万干瓦时的新能源电量消纳空间。-->调峰辅助服务 深圳：网地一一体虚拟电厂平台可在10分钟内响应紧急调控需求。->需求响应 ◆湖北武汉：虚拟电厂试点项目可在多区域局部降低监控负荷70万干瓦，折合电网基建投资12.8亿，减少碳排放300万吨。->需求响应 OUTLINE 虚拟电厂发展背景 虚拟电厂概念 三、虚拟电厂标准体系 四、虚拟电厂国内应用 五、虚拟电厂国外应用 六、总结 需求响应的概念 需求响应的模型可以构建为：△L=实际负荷-基线负荷 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-调整量模型 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 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。 虚拟电厂的模型分析 绝对量模型 调整量模型 ·适用于调峰、需求响应，不适用能量交易与调频·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， ，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。 1、虚拟电厂是“电厂”，向系统提供电能量或辅助服务： 2、虚拟电厂是传统电厂的竞争者，应能与常规电厂同台竞价：3、虚拟电厂能实施需求响应（调整量模型），但是是以负荷聚合商的身份：4、需求响应是供电侧（发电/电网）无法满足系统需求，不得已而为之，而虚拟电厂直接参与发电侧的竞争，是常态化的系统运行。 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；7TC549、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： 虚拟电厂的构建 虚拟电广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厂广调度方案，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， 虚拟电厂的运营管理模式 集中管理模式 VPP功能 发电及负荷预测参与市场招投标市场风险管理制定发电计划满足负荷需求实时运行控制辅助服务计划及控制网络安全管理 集中管理模式下，VPP对于所属的资源具有集中优化控制的职能，分布式资源用户向VPP让渡了控制权，VPP与用户间的控制权转让交易还需额外的交易机制安排 DGs功能 上报运行及成本特性与VPP签到合约服从VPP运行计划及控制命令 虚拟电厂的运营管理模式 分散管理模式 VPP功能 数据交换及处理市场价格、气象及负荷预测 DGs功能 制定运行计划参与市场招投标提供辅助服务并参与辅助服务市场风险管理内部DGs签定个性化合约促进就地消纳，减小输电成本协同抵御风险资源优势互补 分散管理模式下，VPP仅为信息的汇聚和转发者，即由所属的分布式资源自主申报容量、性能、意愿，VPP汇总后，并向市场申报，该过程中实际上已经融入了对资源经济层面的管理过程。 OUTLINE 虚拟电厂发展背景 虚拟电厂概念 三、虚拟电厂标准体系 四、虚拟电厂国内应用 五、虚拟电厂国外应用 六、虚拟电厂现实发展路径的思考 虚拟电厂标准 中电联标准化管理中心成立虚拟电厂标准专项工作组构建虚拟电厂标准体系 》2021年11月29日，中电联标准化管理中心组织相关示范应用单位和标准化技术组织共同研讨虚拟电厂标准体