國(guó)電南瑞科技股份有限公司博士 陳永華  出席論壇并發(fā)表主題演講——《基于虛擬電廠的多元資源與電網(wǎng)互動(dòng)探索實(shí)踐》

 

以下為演講實(shí)錄：

    報(bào)告分為四個(gè)部分：需求、定位、功能、實(shí)踐。

    虛擬電廠對(duì)于國(guó)內(nèi)相關(guān)的行業(yè)來(lái)說(shuō)其實(shí)不是一個(gè)新的概念，學(xué)術(shù)界在2013年左右的時(shí)候，掀起過(guò)研究討論的熱潮。相關(guān)的示范工程是在2017年之后開始加快推進(jìn)，2017年江蘇建設(shè)了包括可中段負(fù)荷、居民類型的虛擬電廠，上海建設(shè)了黃浦的商業(yè)建筑的虛擬電廠，2019年國(guó)家電網(wǎng)公司把冀北和上海列為首批虛擬電廠運(yùn)營(yíng)體系的試點(diǎn)單位，這兩個(gè)地方的虛擬電廠的示范工程也是在2019年同年年底建成。

    從去年開始，虛擬電廠這個(gè)概念就漸漸地?zé)崞饋?lái)，去年山西省虛擬電廠運(yùn)管平臺(tái)和深圳虛擬電廠云管平臺(tái)兩個(gè)省級(jí)的虛擬電廠管理平臺(tái)建成。

    虛擬電廠回應(yīng)了能源電力系統(tǒng)什么樣的痛點(diǎn)？個(gè)人認(rèn)為主要在雙碳的發(fā)展目標(biāo)下，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)加快推進(jìn)。在供給側(cè)主要體現(xiàn)的就是清潔替代，新能源占比提升，在用電側(cè)體現(xiàn)的就是負(fù)荷的總量逐年的提升，同時(shí)用電的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化。有很多的新型的負(fù)荷，包括電動(dòng)汽車，包括儲(chǔ)能，這種雙向的功率流動(dòng)的負(fù)荷大量的接入，無(wú)序的接入，導(dǎo)致電力系統(tǒng)在源和荷兩側(cè)都有非常強(qiáng)的隨機(jī)性。電力供需的矛盾都是非常突出的，電網(wǎng)的調(diào)控是面臨很大的挑戰(zhàn)，在這種背景下就需要挖掘需求側(cè)的資源，參與電網(wǎng)的調(diào)控。

    虛擬電廠作為整合分布式資源參與電網(wǎng)調(diào)度有效的模式，根據(jù)我們的工程實(shí)踐，它的現(xiàn)實(shí)需求是越來(lái)越明顯。

    在需求側(cè)的用戶有降本增效，提升環(huán)保，綜合能效的壓力。但是擁有的資源是規(guī)模小，數(shù)量多，特性差異比較大，無(wú)法直接參與集中的電力市場(chǎng)進(jìn)行交易。用戶側(cè)的資源的商業(yè)模式的缺失使得上述的壓力是難以紓解。虛擬電廠的建設(shè)能夠賦予分布式資源更多地靈活性，因此不管是從整個(gè)電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度，還是從需求側(cè)的資源的有序參與市場(chǎng)交易的角度，虛擬電廠都是一種有效的解決方案。

    概念上，虛擬電廠主要的資源主要是分布式電源、可控負(fù)荷以及分布式儲(chǔ)能。它兼具靈活性和經(jīng)濟(jì)性，靈活性方面是可以作為正電廠向電網(wǎng)提供供電或者是支撐調(diào)峰。又可以作為負(fù)電廠增大負(fù)荷的輸出，配合填谷，提升能源的消納力。經(jīng)濟(jì)性方面，虛擬電廠在建設(shè)運(yùn)營(yíng)激勵(lì)環(huán)節(jié)投資成本相對(duì)傳統(tǒng)火電廠比較低，相關(guān)的數(shù)據(jù)只占傳統(tǒng)的投入的1/8，是電網(wǎng)進(jìn)行削峰填谷成本最低的一個(gè)手段。

    我們前期做的工作主要是定位在地市級(jí)的電力公司層級(jí)，通過(guò)接入廣泛的儲(chǔ)能空調(diào)，充電樁、5G進(jìn)展第三方聚合平臺(tái)以及單體可調(diào)設(shè)備資源，打造電網(wǎng)的可調(diào)資源池，向上對(duì)接調(diào)度，電力公司的負(fù)荷管理平臺(tái)以及交易中心，提供多元的服務(wù)，同時(shí)也為政府提供數(shù)據(jù)報(bào)表，為政府決策規(guī)劃提供決策支撐。

    剛剛各位專家也提到虛擬電廠對(duì)內(nèi)要整合用戶側(cè)的資源，在內(nèi)部實(shí)際上是一個(gè)需要相關(guān)的體制機(jī)制調(diào)動(dòng)各個(gè)主體的積極性，本質(zhì)上是可以看成是要設(shè)計(jì)合理的分布式交易體系。我們?cè)趯?shí)踐過(guò)程中有兩種模式，一個(gè)是代理模式，一個(gè)是在線購(gòu)買模式。

    咱們的平臺(tái)具備多能預(yù)測(cè)、資源聚合、調(diào)配分解三個(gè)核心的功能。

    預(yù)測(cè)模塊，主要是進(jìn)行發(fā)電、負(fù)荷以及電價(jià)的預(yù)測(cè)，這樣將虛擬電廠的內(nèi)外部的隨機(jī)性不確定性的因素進(jìn)行量化，是進(jìn)行多時(shí)間尺度精準(zhǔn)聚合和優(yōu)化調(diào)配分解的一個(gè)基礎(chǔ)。

    資源聚合模塊，對(duì)各類可調(diào)資源對(duì)象的調(diào)節(jié)能力，調(diào)節(jié)速度進(jìn)行建模分析，結(jié)合電網(wǎng)公司的電網(wǎng)拓?fù)浜拓?fù)荷資源動(dòng)態(tài)映射關(guān)系，可以形成分層分級(jí)的資源聚合能力。

    調(diào)配分解模塊，是面向需求響應(yīng)、應(yīng)急支撐、電力交易等業(yè)務(wù)需求。在不同的時(shí)間尺度上對(duì)分層分級(jí)的聚合資源進(jìn)行優(yōu)化組合，生成調(diào)配的分解方案，由計(jì)劃管理模塊進(jìn)行滾動(dòng)的協(xié)調(diào)控制。同時(shí)平臺(tái)提供綜合的評(píng)估工具，在互動(dòng)交易過(guò)程中提供關(guān)鍵的分析指標(biāo)數(shù)據(jù)。

    對(duì)于新能源發(fā)電和負(fù)荷進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)是進(jìn)行可調(diào)節(jié)資源潛力分析的基礎(chǔ)。這個(gè)地方就是有一個(gè)更重要的問(wèn)題，咱們要基于源荷預(yù)測(cè)，對(duì)于負(fù)荷的可調(diào)節(jié)能力多時(shí)間尺度的可調(diào)潛力進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析。

    在實(shí)際的工程實(shí)踐當(dāng)中，我們碰到過(guò)資源聚合對(duì)象有不同的接入方式，不同的投資屬性，以及對(duì)象本身的不同的運(yùn)行的特性。我們總結(jié)了實(shí)際運(yùn)行的20多類的可調(diào)的資源特性，包括儲(chǔ)能、路燈、樓宇、充電樁等等。

    針對(duì)不同的可調(diào)資源進(jìn)行了詳細(xì)的建模分析，并根據(jù)國(guó)網(wǎng)調(diào)度的相關(guān)的要求，對(duì)于不同負(fù)荷的調(diào)控的級(jí)別做了一些相應(yīng)的劃分，分級(jí)。這個(gè)分級(jí)主要是根據(jù)資源的響應(yīng)特性來(lái)的，分成1-6級(jí)。

    這一頁(yè)主要講的是咱們單體資源進(jìn)行聚合的問(wèn)題。主要是基于各類可調(diào)資源的運(yùn)行特性的模型，考慮響應(yīng)速度，調(diào)節(jié)的域度，調(diào)節(jié)的可持續(xù)時(shí)間以及調(diào)節(jié)的成本等多方面的因素，然后結(jié)合設(shè)備的實(shí)施量測(cè)數(shù)據(jù)和電網(wǎng)的拓?fù)溆成潢P(guān)系，對(duì)資源進(jìn)行分類、分層、分級(jí)的多時(shí)間尺度聚合能力分析。

    在具體的架構(gòu)上，分成4級(jí)，首先對(duì)設(shè)備級(jí)的可調(diào)節(jié)資源進(jìn)行精準(zhǔn)的能力分析，再對(duì)多個(gè)虛擬機(jī)組進(jìn)行聚合分析，形成聚合體日前、日內(nèi)實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)能力，最后形成分區(qū)、分類得多時(shí)間尺度的調(diào)控能力。

    在參與不同的業(yè)務(wù)的時(shí)候，虛擬電廠針對(duì)不同的響應(yīng)目標(biāo)進(jìn)行可調(diào)資源的優(yōu)化組合和滾動(dòng)協(xié)調(diào)，并且按照以聚合相反的路徑，將調(diào)控的策略逐級(jí)下發(fā)，分解執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)分區(qū)、分類、分層、分級(jí)的精準(zhǔn)協(xié)調(diào)控制。

    虛擬電廠對(duì)外主要是通過(guò)資源聚合，對(duì)外參與電網(wǎng)的應(yīng)急支撐，需求響應(yīng)、電力交易等電網(wǎng)的互動(dòng)業(yè)務(wù)。

    應(yīng)急支撐的場(chǎng)景主要是電網(wǎng)在特高壓的直流閉鎖，或者主力電源失去的時(shí)候，需要對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行緊急控制、調(diào)頻，消除設(shè)備過(guò)載的情況，虛擬電廠根據(jù)電網(wǎng)的調(diào)控指令快速的改變總體功率的輸出，進(jìn)行響應(yīng)，從而保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。這個(gè)響應(yīng)時(shí)間一般是毫秒或者是千秒級(jí)以內(nèi)。應(yīng)急支撐場(chǎng)景比較適用于用戶側(cè)分布式儲(chǔ)能聚合的虛擬電廠，右圖是在實(shí)際的工程中做的一個(gè)實(shí)際的波形。

    需求響應(yīng)的場(chǎng)景是當(dāng)省級(jí)電網(wǎng)或者是地市級(jí)電網(wǎng)出現(xiàn)供電缺口，或者是（出現(xiàn)）填谷的需求的時(shí)候，由省級(jí)新型負(fù)荷管理平臺(tái)根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度的指令，開展實(shí)時(shí)的需求響應(yīng)或者發(fā)布需求響應(yīng)的邀約。虛擬電廠根據(jù)市場(chǎng)的價(jià)格信號(hào)或者激勵(lì)機(jī)制，協(xié)調(diào)內(nèi)部的可調(diào)資源及時(shí)做出響應(yīng)，為電網(wǎng)提供調(diào)峰填谷，新能源消納等輔助服務(wù)，同時(shí)資源用戶獲得相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)收益。

    這一張圖展示通過(guò)參與電網(wǎng)互動(dòng)或者一些市場(chǎng)化的手段，滿足電網(wǎng)的多時(shí)間尺度的各種應(yīng)用需求。應(yīng)急支撐一般是通過(guò)政策手段或者合約來(lái)實(shí)現(xiàn)，需求響應(yīng)一般通過(guò)市場(chǎng)化的手段實(shí)現(xiàn)，涉及的時(shí)間尺度包括秒級(jí)、分鐘級(jí)或者到小時(shí)、天，這么一個(gè)級(jí)別。

    參與電力市場(chǎng)交易需要咱們?cè)谄脚_(tái)上建設(shè)具備大數(shù)據(jù)并發(fā)處理能力，安全穩(wěn)定，交易流程規(guī)范的電力交易模塊，輔助虛擬電廠在優(yōu)化資源調(diào)節(jié)的同時(shí)，參與電力交易，同時(shí)也對(duì)虛擬電廠接入的各種可調(diào)資源收益和考核進(jìn)行二次分配。

    在互動(dòng)的實(shí)踐方面，第一個(gè)案例是咱們?cè)诔啥冀⒌膬?chǔ)能的聚合平臺(tái)。主要是因?yàn)?022年8月份四川地區(qū)因?yàn)樗娬急缺容^高，剛好碰到長(zhǎng)時(shí)間的高溫，導(dǎo)致大面積的缺電，所以電網(wǎng)的保供的問(wèn)題非常的突出，后來(lái)緊急立項(xiàng)做用戶側(cè)的儲(chǔ)能的接入的聚合，將分布式的儲(chǔ)能納入電網(wǎng)的調(diào)峰資源，統(tǒng)籌調(diào)度。后期這個(gè)平臺(tái)還將進(jìn)一步拓展，接入電動(dòng)汽車等其他的資源。

    這個(gè)是在浙江海寧做的一個(gè)案例，海寧有一個(gè)尖山新區(qū)，這個(gè)新區(qū)光伏的接入占比非常高，可調(diào)資源的容量很大，儲(chǔ)能電站大概5座，光伏電站大概是接近6000座，分布式光伏的可調(diào)可控率非常高，95%，整個(gè)的靈活的負(fù)荷可調(diào)容量大概是11萬(wàn)多，達(dá)到整個(gè)社會(huì)的最大負(fù)荷的40.7%。通過(guò)平臺(tái)的建設(shè)，主要是參與應(yīng)急支撐和需求響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)主網(wǎng)的功率缺額時(shí)候的快速響應(yīng)，提升整個(gè)區(qū)域的電網(wǎng)的彈性。

    這是在南京江北新區(qū)做的一個(gè)案例。南京江北新區(qū)提出一個(gè)口號(hào)要打造百萬(wàn)千萬(wàn)級(jí)的城市虛擬電廠，主要的資源包括域內(nèi)熱泵、能源站，規(guī)模化的儲(chǔ)能電站以及電動(dòng)汽車的智能充電樓宇等等各類的柔性負(fù)荷。這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)完成應(yīng)急支撐、普通固網(wǎng)的調(diào)試以及功能模塊的部署，在江蘇省內(nèi)13個(gè)地市跟這個(gè)類似，我們做到江蘇省的13個(gè)地市的全覆蓋。

    這是國(guó)網(wǎng)公司雄安創(chuàng)新中心的項(xiàng)目，這個(gè)園區(qū)是國(guó)網(wǎng)公司重點(diǎn)打造的雄安新區(qū)首個(gè)成熟落地的智慧零碳園區(qū)成套解決方案，它的資源非常的豐富，包括分布式光伏、冷熱能源站、充電樁、智慧路燈、全電廚房、零碳直流建筑等等。我們通過(guò)建設(shè)這個(gè)平臺(tái)與河北省調(diào)系統(tǒng)對(duì)接，一方面對(duì)電網(wǎng)輔助服務(wù)的要求進(jìn)行響應(yīng)，另外一方面進(jìn)行電網(wǎng)的應(yīng)急支撐。通過(guò)本地的協(xié)控、需求響應(yīng)等綜合策略來(lái)實(shí)現(xiàn)園區(qū)的柔性負(fù)荷和電網(wǎng)的友好互動(dòng)，最大化地挖掘用戶側(cè)的柔性可調(diào)資源。

    以上是我們?cè)谔摂M電廠方面所做的相關(guān)的情況的分享，相信隨著整個(gè)虛擬電廠的外部環(huán)境包括現(xiàn)貨市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)進(jìn)一步推進(jìn)建設(shè)，虛擬電廠相關(guān)產(chǎn)業(yè)有越來(lái)越多的機(jī)會(huì)。另外咱們是平臺(tái)的開發(fā)方和工程實(shí)踐方，我們也希望和高校等相關(guān)單位進(jìn)行合作，前面的報(bào)告像交大做了很多的核心算法理念的深入的研究。

    我的匯報(bào)就到這里，謝謝！