虚拟电厂的典型运营模式和关键技术

1 2虚拟电厂运营模式关键问题 3区块链在虚拟电厂中的应用 国内外工程和商业模式 4 团队及相关研究介绍 5 结语 6 虚拟电厂概述01月 虚拟电厂概述 可再生能源替代化石能源是实现“双碳”目标的主要途径，随着新能源发电占比的快速提升，电力系统面临负荷低谷时段新能源消纳难、尖峰负荷时段电力保供难的困境。虚拟电厂是聚合需求侧各类分布式可调资源以支撑系统保证安全稳定供电实现平稳转型的重要技术手段，具有广阔的发展前景。 虚拟电厂相关政策 ，2021年2月，国家发改委、国家能源局发布《关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见》。2021年7月，国家发改委、国家能源局发布《关于加快推动新型储能发展的指导意见》。 ，2021年10月，国务院发布《2030年前碳达峰行动方案》。 2022年1月，国家发改委、国家能源局发布《关于加快建设全国统一电力市场体系的指导意见》。 ·2022年1月，国家发改委、国家能源局再次发布《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》。 ◆2022年3月，国家发改委、国家能源局发布《"十四五”现代能源体系规划》。 ◆2022年8月，科技部、国家发改委等九部门联合发布《科技支撑碳达峰碳中和实施万案》。 ，2023年6月，国家能源局、电力规划设计总院、中国能源传媒集团有限公司发布《新型电力系统发展蓝皮书》。 ◆2023年6月，国务院发布《关于进一步构建高质量充电基础设施体系的指导意见》。 政策支持一一国家有关部门高度重视，出台多项政策，VPP作为能源管理的先进技术具有良好的发展前景 虚拟电厂运营模式关键问题 ①虚拟电厂对外参与能源市场： 除了常规的电能市场外，还可考虑电力辅助服务市场、碳交易市场、天然气市场...虚拟电厂运营商主要关心如何形成市场竞标策略。 ②虚拟电厂对内形成内部市场： 虚拟电厂运营商可与底层用户形成主从关系，虚拟电厂运营商通过价格信号引导底层用户用能行为；底层用户之间可合作运行，以联盟方式运行，虚拟电厂运营商需根据底层用户的贡献度，完成利润分配。 ③虚拟电厂之间或与其他市场主体点对点交易： 多个虚拟电厂之间或者虚拟电广与其他市场主体之间也可形成非合作或者合作关系。 虚拟电厂对外参与能源市场 问题1：如何计及外部市场环境与内部分布式资源多重不确定因素下形成外部市场竞标策略 虚拟电厂对外参与能源市场 >智能楼宇型虚拟电厂参与调频辅助服务的日前优化竞标策略 建立智能楼宇型虚拟电厂优化调度模型，目标函数为最大化虚拟电厂的运行收益，考虑约束包括电动汽车运行约束、空调负荷运行约束、调频容量约束、调频信号不确定性约束等 采用机会约束规划耦合调频信号不确定性，电动汽车运行状态不确定性，空调负荷运行状态不确定性，气温不确定性。并通过转化为确定性约束的方式进行求解 O-I(NeV?+Nev)E?+080)-INev'E?++Q"(α)NEVPPVBmax -EVPPVBO-(o) -2()(0)?台 k, Rai=11=1(cma") = Nev(@(i)(1-Φ(i)+ (i-m)(1-Φ(i-m)(EyPPVBmax )?=Zo,(PFR) +o+Z(oout) +(om")+(omn)(mm) = Nev(@(i)(1-Q(i)+Φ(i-m)(1-(i-m)(EyPPVBmin) 虚拟电厂对外参与能源市场 问题2：随着电力系统低碳化发展，多种能源之间的耦合关系，缺乏多能耦合虚拟电厂在多能源市场环境下的运营模式 多市场环境 电力市场：除了参与电能量市场或者直接购售电交易以外，虚拟电厂还可提供深度调峰服务与调频服务等电力辅助服务；2、碳交易市场：虚拟电厂被分配初始碳配额，可出售碳配额获利，也需接受惩罚成本；3、天然气市场：虚拟电厂可以在天然气市场补充燃气轮机所需的天然气，并将电转气生产的多余天然气在天然气市场出售。 虚拟电厂对外参与能源市场 问题3：电力辅助服务市场的规模较小，虚拟电厂的策略性行为对出清过程产生影响，如何形成虚拟电厂电力辅助服务竞标策略 策略性行为建模方法 1、鉴于深度调峰服务与启停调峰服务之间的耦合关系，建立双层优化模型描述虚拟电厂在调峰市场中的策略性行为， 2、由于价格配额曲线方法（PQC）的易操作特性，利用PQC描述虚拟电厂在调频市场中的策略性行为。 虚拟电厂对内形成内部市场 问题1：虚拟电厂如何引导内部成员行为，实现自身运行自标 虚拟电厂对内形成内部市场 问题2：虚拟电厂如何通过优选联盟成员，促使成员合作运行 多虚拟电广之间交易市场 >问题1：如何从单个虚拟电厂交易模型拓展至虚拟电厂集群交易模型 2模型构建 1研究方案 ①市场运营商与单个/集群VPP ·博奔类型：非合作博奔（主从博奔）·交互信息：价格信号等 ②VPP之间 利用Shapley值确定边界模型： 基础 类型划分： 3核心要求 促进电力市场良性发展，实现能量流与资金流的统一。 多虚拟电广之间交易市场 >问题2：多个虚拟电厂之间的非合作运行模式如何构建 多虚拟电广之间交易市场 >问题3：多个虚拟电厂之间的合作运行模式如何构建 合作联盟的驱动力：合作剩余 同一时段同时存在余电VPP与缺电VPP;余电VPP出售电能给配电网的价格要低于缺电VPP购电价格；联盟后整体收益大于其每个成员单独经营时的收益之和，即产生合作剩余。 利益分配机制 分布式联盟构造：合并一分裂规则 合并规则：对于包含任意个联盟的集合S.,S...S若US,{S.S..S)则将联盟(S,S,...,S)合并为U,S, ;>分裂规则：对于联盟U-,S，若满足{S,S,...S,DU-S.,则将联盟U"-,S分裂为(S.S,....S)。 联盟与个体支付 虚拟电厂与其他类型市场主体交易市场 问题1：虚拟电厂与其他类型市场主体交易市场如何构建 一方面，虚拟电厂可从风电获得便宜的电能以满足其电能消耗；另一方面，风电可以以较低的价格从虚拟电厂处购买调频容量。资金流》电能 虚拟电厂广与其他类型市场主体交易市场 问题2：如何有效评估主体对联盟贡献度，完成利益分配 ◆确定个体贡献度： 传统的对称纳什谈判的自的是平等地分配合作效益，不能反映每个参与主体对联盟的贡献程度。因此，可利用非对称纳什谈判理论对合作效益进行分配，并引入贡献度PO的定义来识别每个参与主体对联盟的贡献，并据此分配合作效益。 贡献度被定义为参与主体交易的商品与该类交易商品购售差价乘积的总和在整个联盟中所占的比例，具体表达如下： 虚拟电厂新形态增值服务 >共享储能 运营商投资型共享储能模式由专业的第三方运营商负责投资、建设和维护共享储能系统，并为用户提供储能租赁服务，有助于降低用户的风险。虚拟电厂运营商会根据用户提供的需求信息，规划储能电站容量和制定充放电计划，并通过公共母线提供灵活的储能服务。虚拟电厂运营商会综合考虑不同时间的储能需求、设备的运行状况以及不确定因素，以优化实体储能设备容量的配置，同时有效降低运营成本。 共享储能 虚拟储能模型 实体储能模型 采用一阶等效热参数模型来描述变频空调的动态响应特性： 基于松弛闵可夫斯基和将多台电动汽车聚合为虚拟储能，减少计算和管理的复杂性。 温控负荷虚拟储能的能量约束为： 通过合理配置储能设备的容量可以最大程度地满足用户的能量需求，同时降低储能的建设和维护成本，进而提高投资的回报率 虚拟电厂新形态增值服务 共享储能 用户的日均成本包括电网购电成本和储能使用成本两部分，单个典型日优化目标如下所示： 虚拟电厂运营商根据各需求侧资源的调度能力，确定实体储能的最优容量配置： 虚拟电厂运营商需考虑参与调度的电动汽车和温 控负荷用户的满意度补偿： 03区块链在虚拟电厂中的应用 区块链与虚拟电厂契合度 适配分布式能源的结构特征实现能源市场中多元主体点对点可信价值传递支撑交易业务智能化和自动化执行 区块链技术去中心化的属性区块链技术的加密、防篡改区块链的智能合约功能 区块链与虚拟电厂契合度 虚拟电厂分布式能源交易仍是区块链在能源领域的主要应用场景 虚拟电厂交易存在的问题 口虚拟电厂的交易缺乏公平可信、成本低廉的交易平台。虚拟电厂之间的交易以及虚拟电厂与其他用户的交易成本高昂，难以实现社会福利最大化；口虚拟电厂缺之公开透明的信息平台。每家虚拟电厂的利益分配机制并不公开，分布式电源无法在一个信息对称的环境下对虚拟电厂进行选择，增加了信用成本。 区块链技术带来的效益 口运行生态化。分布式信息系统与虚拟电厂架构相匹配，开放的信息发布与交易平台易手接入，便于聚合更多资源口行为认证公平化。市场主体行为能够根据既定规则进行公开公平的认证，保障各参与者利益的合理分配，激发其参与市场交易的积极性。业务智能合约化。流程自动执行降低了信用成本，免去了交易手续费昂贵的中心化机构。信息透明化。公开透明的信息平台有利于分布式电源寻找条件最优的虚拟电厂加入，也为不同虚拟电厂之间提供了定价参考，激励它们降低成本，促进市场竞争。 虚拟电厂区块链关键技术 相关研究工作 国家重点研发计划 虚拟电厂分层互动模式与区块链可信交易技术 课题承担单位：国网上海市电力公司 建立虚拟电厂分层互动型交易架构，提升分布式资源参与电网调控的积极性：重点突破满足交易共识快速达成的区块链可信交易技术，构建可信的市场交易环境。 创新点 提出分层互动、分布协调的虚拟电厂区块链可信交易技术。通过主链交易、侧链记录的方式，实现市场环境下多类型灵活资源主体的分布式自主交易与安全灵活互动 虚拟电厂区块链关键技术 虚拟电厂区块链可信交易技术体系 分层互动、分布协调的虚拟电厂区块链可信交易技术通过主链交易、侧链记录的方式，实现市场环境下多类型灵活资源主体的分布式自主交易与安全灵活互动 国内工程江苏虚拟电厂 典型项目1：通过“云边互联”和云云互联”两种技术方式，建立主配微协同控制体系。微电网与电网之间采用“云边互联”模式，虚拟电厂与电网之间采用“云云互联”模式，结合电网调峰、调频、备用能力不足等业务场景需求，实现省地配微分层、分区、分时、分类协同控制，实现多层级多资源一体化运行调控。 通过“云边互联”支撑电网直接控制用户侧微网灵活性调节资源；基于市场规则通过“云云互联支撑电网通过三等聚合平台间接实现与用户侧微网灵活性调节资源的柔性互动。 国内工程江苏虚拟电厂 纵向穿透省、地公司、边缘层，实现对分布式光伏、储能、充电桩、柔性负荷等负荷侧资源的采集和控制，横向跨越主网、配网、微网以及外部互联网区，通过省调云上统筹决策、地调、配网、微网分层控制全面提升柔性可调可控能力，提升资源配置能力，保障新型电力系统的安全运行。 国内工程冀北虚拟电厂 典型项目2：国网翼北公司研发了基于公有云和边缘协同的虚拟电厂智能管控平台，建立调度、交易营销与用户侧的数据交互接口，实现虚拟电厂持续在线响应电网AGC调控指令，接入蓄热式电锅炉、智慧楼宇、可调节工商业负荷等11类可调资源，有冀北综合能源公司以及一家社会企业接入。 国内工程冀北虚拟电厂 ECB-Dec-25浙江丽水虚拟电厂 典型项目3：浙江公司丽水虚拟电厂对丽水地区小水电、新能源、柔性负荷、电动汽车等全域大多数灵活资源进行聚合管理，打造“超大号电池”。 “空天地全方位感知电源信息 GDP%Y特点：聚合大量小水电资源 综合运用北斗通信、4G+量子、租赁专线等各类通信技术，结合通信采集加密一体化多功能终端，实现全域457座160万干瓦分布式电源数据采集。 网源协同以水为储流域统筹优化 接入水利部门全域水雨情实测数据，测算水电可发电力和电量，基于水系一张图实现上下游联动管理，统筹优化34座库容水电共计50万干瓦出力。 丽水零碳虚拟电厂：对丽水地区小水电、新能源、柔性负荷、电动汽车等全域大多数灵活资源进行聚合管理，打造“超大号电池”特点：聚合大量水电和光伏等清洁能源发电