2024年分布式资源虚拟电厂运行控制技术展望报告

一、虚拟电厂背景及概念二、虚拟电厂国内外发展现状三、分布式资源虚拟电厂关键技术展望●中国承诺：力争于2030年前达到碳峰值，2060年前实现碳中和。——2020年9月，第七十五届联合国大会——2021年3月，中央财经委员会第九次会议口传统能源占比显著下降，新能源占比显著提升口需求侧结构性变化，负荷尖峰提升明显，承载力不足口大规模新能源接入，系统惯性与灵活性下降●虚拟电厂(VirtualPowerPlant,VPP):聚合电网调度中原本看不到、控制不了的负荷侧可调节资源，形成可调控、可交易单元，直接参与电网调度控制和电力市场交易的智能控制调度侧调度侧市场川储能VPPO:电网负荷负荷微型燃气轮机广储能设备能量流：…数据流集合体，参与电网运行调控，通过市场手段协调供需矛盾。圆②圆②圆②圆②同回统一电力市场机制(2025年初步建成、2029年全预计“十四五”我国分布式光伏装机超260GW,是“十三五”此前历年之和的3.5倍。2030年新能源汽车保有量超8000万辆。柔性资源为电网提供了额外调节能力，有望广泛参与调峰、调频、备用等辅助服务或平衡市场中。-高耗能企业◆降低峰值负荷需求，调整负荷特性◆差异化商业模式-分布式光伏、风电-储能、电动汽车“聚沙成塔”的虚拟电厂分布式资源聚合调控与交易途径分布式资源急剧增长◆丰富电力市场多层◆丰富电力市场多层次交易品种◆参与市场交易激发分布式资源灵活性源测新能源友好并网荷测柔性灵活调控源测新能源友好并网荷测柔性灵活调控网测柔性灵活输电◆储能、电动汽车欧洲起源企业。欧洲起源高综合能源利用率，Tesla、Powerwall革新储能侧革新储能侧●英、法、西班牙等8国启●德、波兰采用智能●德国、荷兰、西班牙等5国启动全球首个●丹麦、德国等7家公欧洲●挪威公司Statkraft在德欧洲美国美国●颁发《需求响应年度报告》,系统分析其●颁布《需求响应●颁布《美国复苏与再投资法案》,拨45亿$整合需接入2000余家庭用户口市场机制普遍成熟，对以虚拟电厂聚合的分布式能源均出台政策支持，同时以可再生能源为主，均大力推动可再生能源发展口以调频、备用等为代表的辅助市场发展较为成熟交易品种德国美国英国√√批发市场每五分钟确定一次电价，有利于VPP参与√√√√√√VPP可提供需求响应计划，为客户提供财务激励为参与VPP的客户/聚合商提供创新的电价和激励措施/碳排放配额交易差额合约德国实施EEG法案，为可再生能源的提供了经济激励VPP可帮助公司达到可再生能源配额标准(RPS)的要求。VPP可获得碳信用额度并出售VPP可获得可再生能源证书并售出差额合约为投资低碳能源提供了财务激励平衡服务与平衡责任市场的电力市场配套机制/1/(容量市场)/I/参与容量市场时与其他灵活性服务叠加，呈现共同参与的特点纯能源市场，VPP可优化运营以最大化收入///口智能化电气设备公司：拥有帮助企业进行智能化电气化数字化改造的硬件设备和软件解决方案类型大型能源公司智能化电气化大型公司公司名称所属国家德国英国美国德国瑞士聚合资源类型分布式电源、用户侧负荷、储能分布式电源、用户侧负荷、储能分布式电源、用户侧负荷、电动汽车、储能储能分布式电源、用户侧负荷、储能资源管理与优化参与参与参与参与参与电能量交易参与参与参与参与参与辅助服务交易参与参与参与参与参与需求响应(工商业)参与参与不参与参与参与需求响应(家庭)不参与不参与参与参与不参与专题报告，韩正副总理批示至国家能源局章报告，得到章建华局长批示肯定。国家能源局关于印发《电力辅助服务管理办《2021年能源监管工作要点》的通知(国能发监管规【2021】2号关于加快建设全国统一电力市场体系的指导意见(发改体【2022】118号体系规划》(发改能源【2022】210号电力需求响应实信电力【2015】368号)市场规则》(华北监能市场【2019】315号)息化委关于同意开展虚拟电厂参与需求响应市场化交易试点工作的批复》(沪经信运【2020】113号)通知》(华北监能市场白在有性件白在有性件二施方案》(晋能源规【2022】1号)二并网运行管理实施细则》《南方区域电力辅助服引■冀北南方电网国家正从邀约阶段向市场化阶段过渡，常态化市场参与度市场化阶段市场化阶段邀约阶段邀约阶段在没有电力市场情况下，由政府部门或调度机构牵头组织，各个聚合商参与组织资源以可控负荷为主进行响应，共同完成邀约、响应、激励实例：上海、广东、江苏等各省试点虚拟电厂在现货市场、辅助服务市场和容量市场建成后，虚拟电厂作为一个整体参与各类电力市场交易并为电力系统运行提供调峰、调频、紧急控实例：冀北虚拟电厂中心试点(电力辅助服务市场)在市场化虚拟电厂基础上，实现自主调度。除可调负荷、储能和分布式能源等基础资源外，“虚拟电厂”也包含由该类基础资源所整合而成的微电网、实例：欧洲最大虚拟电厂运冀北虚拟电厂电力系统虚拟电厂电力用户输电网控制指令电价激励世控制指令电价激励分布式电源、可调负荷、主动用户、储能系统、多能互补设备交易中心调度中心可调资源需求上报专项试点专项试点综合试点11类资源，容量16万干瓦可调容量4万千话张家口专项试点秦皇息口建设影响口依托平台口运营机制物联网云平台用户冬奥负荷13.7储热式锅炉26绿厚电源可调节工商储能800大工业负荷4汽车充电站280制冷制雪350业负荷3.4万干瓦接入蓄热式电锅炉、智慧楼宇、可调节工商业负荷等11类可调速拉升低谷用电负荷，最大调节电力20.4万千瓦。关键技术状态感知与灵活聚合资源特性分析结果技术经济性能分析信息预测与容量估计数据处理与数据通信补偿结算与效益评估市场交易与优化决策区块链技术、端对端交易技术基础信息预测结果优化交易运营结果补偿结算与效益评估基线负荷估计、收益分配策略、响应评效应评估市场交易与优化决策光伏储能本地通信远程通信虚拟电厂I逆变器逆变器电力无线专网电力无线专网集控设备电力专用基站集控设备骨干网虚拟电厂聚合商平台路由器纤专网虚拟电厂n纵向加密交换机集控设备纵向加密交换机光网络单元端侧边侧配电云主站虚拟电厂电力交易市场云侧基础因素：现有的电力通信网络资源；响应、负荷管理等。三级架构：端侧云侧关键技术1:虚拟电厂物联通信体系构建海量数据处理海量数据处理-信息流Sc通后技术电力市场边缘数据中心边缘数据中心轮机区块链储能人工智能技术确认●●核心问题：计算能力不足、信息处理堵塞、用户隐私防护等；●解决方案：通过边缘计算技术可减轻主站计算压力，实现信息的实时处理，保证数据安全，保护用户隐私。数据通信技术数据通信技术调度需求调度需求出清结果调用信息响应信息骨干层出清结果结算信息接入层虚担电厂A融合接入终编异构物联感知层分布式站能没施异科物联融合接入终端(有线版)出清结果执行认定状态信息实时量测神制执行电厂负荷空理1电动汽车响应终端光纤专网(终端层)等●●平台层：云边协同实现协调调度，引导分散式资源参与市场实现平台-系统互联，完成数据信息的实时交互●接入层：向下适配终端设备，向上转发上传数据、信息●感知(终端)层：数据采集终端和信息终端关键技术2:边缘感知新能源预测U检修计新能源预测U检修计女检分析门区域风也/宽状也结合洲:专影酒福收备仁息州数白发式舒康邻临起修区钟三收样条:·相相别分河信)模型层數据层位机艳度#幸馅处理·学类分性体临机器学习舞法…深度学习望这T应用层场景层N急回洛工置H礼G负荷感知模生应用模生应用颜配构建中期屋测验证型短期摆测性能评站滚动预测网络参数调优超短期用剧网络植参败优化多数调练天然气员荷预测结果验证池程调练流程预测榄型冷热头奇预测结果电力员荷预测结果输入实时数据ES数据库负荷能测特征处理数狱处浮长期预测测试集训炼集能够有力支撑电网调度、检修计划、安全稳定分析、新能源消纳分析等业务开展。因素的影响，难以用精确的关系式表达；了广泛应用。关键技术2:边缘感知一分布式光伏集群时序数据耦合增强方法针对分布式光伏集群多维量测信息的缺失问题，基于双向多阶段循环插补网络初步完成数据重建，采用Seq2Seq-Attention模型进一步增强数据质量。双向循环插补网络双向循环插补网络h,=concat(h;A)h,=concat(h;A)s,=ss马平程值合单瓦/Wiphad预年酒又同增强电网运营商对光伏集廖若思刘友波*沈晓东等.基于双向循环插补网络的分布式光伏集群时序数据耦合增强方法《电网技术》2023算例分析算例分析气象缺失30%—气象缺失50%气象缺失90%鲁棒性分析气象缺失30%修复精度提升了32%以上，口双向多阶段循环修复网络和鲁棒能力关键技术3:数据驱动的需求侧画像研究意义口可反映电力客户研究意义口可反映电力客户基本属性及行为倾向；口能够助力虚拟电厂的个性化、精准化口可依据画像结果制与积极性。用电行为分折电费刚收风院海迪渠道代化电量抄表数据组圳救据分类级联画家识别处理计算m(日抄表(狐配变)用户用营销系玩(议举报短信书而气象首限日信息信息其他数据分析验证画像实体定又丽像标签定又通用标签规明分类群体像客户信用评价异常用电分析95586务盟务展示标笔定支与两律数璐源个体像全体画源聚类分析叫所度耐时山2口用户标签数据获取困难口数据与隐私之间存在矛盾口用电特征难以精确刻画口差异化用电套餐的设计口数据挖掘技术口用户细分技术口相关性分析口聚类分析应用口敏感用户识别口电力套餐推荐口精准营销口用户可调控潜力分析关键技术3:数据驱动的需求侧画像—源荷混合时序分量的动态辨识组合预测◆聚类提取用户负荷曲线相似特征◆基于小波分解获取源荷时序分量高、低频特征◆利用最小二乘支持向量机重构源荷时序低频趋势集试R组合预测◆聚类提取用户负荷曲线相似特征◆基于小波分解获取源荷时序分量高、低频特征◆利用最小二乘支持向量机重构源荷时序低频趋势集试R1招分成■基于经验模态分解获取本征模态函数■利用深度信念网络提取时序特征、预测时序分量■通过多目标预测结果加权得到净负荷预测结果分声声电力系统自动化2021,45(24):57-64[2]吴浩，刘友波等.基于小波包分解与最小二乘支持向量机的用户侧净负荷预测[J].现代电力2023,40(02):192-200.关键技术4:分布式资源动态聚合与精准建模可平移可转移可中断可转移可拉负荷电，调度周期内负荷曲线可变，总量●可中断负荷：具备灵活调控能力，具有瞬间断电特性，可用于系统调压、调频、调峰等；3232聚合管理高级量测系统光伏云储能云高级量测系统光伏云储能云充电云南合甘pV甘pV微电网能量管理系统微电网能量管理系统 能源EVCS:电动汽车充电桩(站)--pHV&AC:暖通空调进行实时控制。的状态进行动态估计。的状态进行动态估计。关键技术4:分布式资源动态聚合与精准建模■异构负荷：在负荷种类、固有属性、运行参数、影响因素等多方面具有差异化特性的负荷群体。■负荷特性：具备调节弹性、不确定性等常规特征，以及负荷群体之间调节互补性。等效热容等致热明等效热容等致热明用电功丰也能转化丰单位产品能耗异构等效热阴制冷功半应改比辅异构利冷功率蓝效比屯泡容量空调断2等效恐容等效鸡回电动汽车群2荷载状态大用户E用电功率也能转化电动汽车群2荷载状态大用户E用电功率也能转化类型制执创冷功率能效比制执创冷功率能效比施效比产品能等效群体类型异构：不同种类的负荷形成的异构资源参数异构：相同种类但调节参数不同的负荷形成聚合资源现实需求现实需求异构特征时间互补性功能互补性抽象等效性场录需求异构特征时间互补性功能互补性抽象等效性场录需求削峰新能源消纳态势感知数据降维态势感知协同优化灵活调控策略灵活调控策略生现多交异构生现多交异构负弹丝一钢控>电网调控需求与负荷特性匹配可通过协同优化控制实现灵活场景的资源配置。应厘断应厘断壤谷层可调节容量分析行为分所、态势推酒临接层临接层>聚合商起到中心枢纽作用。关键技术4:分布式资源动态聚合与精准建模1)虚拟电厂与电力系统的可信互动(资源模型)口虚拟电厂高效管控分布式资源随机性提供可信口电网实时状态交互下保证安全约束的分布式资源协调控制口多维调度需求下分布式资源与电力系统的主动协同优化控制运行策略可信安全约束可信调节能力可信运行策略可信安全约束可信调节能力可信冷热行为辨识模型库生成特征提取底层数据：资源形态多样化价格响应特性分析资源调节能力模型生成的心而的而见的心而的而见标面电网安全约束考虑资源电气位置的协同优化资源调节能力随机概率分布生成电网安全约束考虑资源电气位置的协同优化关键技术4:分布式资源动态聚合与精准建模口基于机理数据融合的分布式资源行为模式辨识及响应特性分析口位置分散、高随机性异构资源动态聚合响应能力量化评估历史行为数据+影响因素数据02020价格激励+牛t鼻才才响应能力评估模型s.t.GF⁰=FEβ⁺20.G=0虚拟电厂业务支撑虚拟电厂业务支撑边缘能量管理计量采集计量采集PMU搭载PMU搭载管储能电动汽车储能监测单元智能电表多种通信多种通信商业负荷工业负荷商业负荷工业负荷预测、分析、控制预测、分析、控制关键技术5:分布式资源边缘智能00云端-调度中心EC-SaaS智能服务本地决策智能应用边缘数据砥时延安全可靠边缘节点终端设备高算力用户反馈全局决策从边缘至终端边缘层云层关键技术关键技术多态协同异质数据管理多态协同异质数据管理通信安全肥应用场景多主体自肥应用场景网分布式运行控制边缘流数据学习活需求边缘流数据学习活需求通信模式、安全隐私、智能算法、云边协同、业务场景陈永东，刘友波，沈晓东，许立雄.面向城市能源系统分布式资源的边缘智能技术综述[J].电力系统自动化，2022,46(17):142-152.关键技术5:分布式资源边缘智能—分布式共享储能在线边缘智能控制1.共享储能交互响应数值映射模型比例忧先级回放Qsa,8)BPmax主见争Q网络Q系城环填共享绪能充放电动作预交易电量Ca2.考虑互动协调的边缘智能强化学习fP46与控制精度更高i与控制精度更高iiNl3.数据驱动的共享储能边缘智能趋优策略共享储能边缘智能共享储能边缘智能自趋优运行，促进个体与全局激励相融[1]H.Song,Y.Lin,PrioritizedReplayDuclingDDQNBasedGrid-EdgeControlofCommunityEnergy关键技术5:分布式资源边缘智能—社区能源市场与批发市场衔接框架，采用市场代理模型在线估计端对