基于新型电力系统的虚拟电厂解决方案

基于新型电力系统的虚拟电厂解决方案基于新型电1新型电力系统下的虚拟电厂新型电力系统推动传统电力从u源随荷动"向"源-网·荷-储"四方联动过渡,其与直购电、容改需、综合能源以及省内需求侧响应有着本质区别。1、辅助服务市场:通过虚拟电厂参与电力辅助调节，将辅助服务费用从火电侧转移到用户侧。加储NW储外部控制指令执行反馈结果外部控制指令执行反馈结果控储”储”22虚拟电厂背景分析目录/CONTENTS05虚拟电厂的应用与展望3一、新能源高渗透情况的下挑战1.“双高双峰”特征明显，消纳困难、惯量降低、保供压力剧增新能源引起总体功率波动大、预测难，对系统调节能力提出更高要求；长时间低出力和高出力，给供电保障和储能技术带来挑战；电力电量不确定性大，增加系统规划难度；尖峰出力功率大、电量小，全额消纳代价大；系统惯量降低、电源支撑能力弱，系统稳定问题突出。出力出力占装机的比例0.80.70.60.50.40.30.20.1012-2306:302018-12-22:152018-12-2018-12-05:45P…1.暂态过程中新能源发电的功率控制策略影响加减速面积大小2.新能源对电压支撑能力影响静稳极限3.新能源降低系统惯量，影响极限切除时间4.新能源接入位置影响超前、滞后机群相对运动f…1.暂态过程中新能源发电的功率控制策略影响加减速面积大小2.新能源对电压支撑能力影响静稳极限3.新能源降低系统惯量，影响极限切除时间4.新能源接入位置影响超前、滞后机群相对运动fab283.7万千瓦890.5万千瓦283.7万千瓦364.4万千瓦4一、建设背景2.源侧调节能力发展遭遇“瓶颈”随着电源侧调峰工作的不断推进，火电机组灵活性改造空间几乎用尽，调节成本不断增加，机组调节速率、稳定运行能力受到极大挑战，无法支撑新能源可持续发展。300MW机组600MW机组1000MW机组1.41.2 0.80.60.40.200.350%40%30%20%同时，考虑新能源电力承载极限，单一的电源侧调节，无法同时实现新能源利用率水平和发电量占比进一步提升的双重目标，源网荷储协同互动成为必然选择。5一、建设背景3.湖北网内荷储侧调峰资源丰富储能电站工业用户充电桩自备企业分析华中地区各类负荷特性可知，部分充电桩、空调、钢铁、化工、建材等工商业用户、及自建分布式发电企业具有强调节能力和高电价敏感性，属于优质调峰资源。同时，随着用电经济化、智能化发展，电动汽车等新兴负荷的调节能力逐步增大。储能电站工业用户充电桩自备企业①用户和电网之间无交互系统，仅通过邮件、电话等方式进行信息上报和出清结果下发，信息收发不及时，效率低，影响用户参与市场的及时性和积极性。②缺乏对用户用能特性及调节能力感知，同时对多元、海量主体无法进行系统性整合和优化。③用户对电网需求感知不足，不能精细化优化用电方案，高效参与电网调节。色、友好互动。6目录/CONTENTS01目录/CONTENTS05虚拟电厂的应用与展望7二、国内外虚拟电厂定义虚拟电厂(virtualpowerplant,vpp)：根据国际电工委员会标准定义，虚拟电厂是一种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技术和商业模式。虚拟电厂的发展分为邀约、市场化、自主调度3个阶段，目前国内虚拟电厂市场以第1阶段为主，逐步向第2阶段过渡。度8二、负荷聚合商定义“虚拟电厂”•承上启下：帮助工业、用户储能、商业负荷等用户灵活参与调峰。并负责与电网的复杂模型对接，大幅度消纳新能源，深度参与电力供需平衡响应。•聚合资源：统一集成用户侧负荷资源，通过电力用户负荷监控平台分析的需求响应潜力，聚合分散的用户负荷资源参与电力系统运营。9二、虚拟电厂的定义和关系狭义广义侧的可控负荷、各类储能、需 二、电力市场分类电力市场体系组成电能量市场：促进发用电资源优化配置，反映电能供求关系，形成价格信号。辅助服务市场：辅助服务市场通过竞价进行出清，后续会被现货持续融合，通过市场竞争确定调频。备用等辅助服务资源，保障电网安全稳定运行。容量市场：促进回收发电能量成本、激励电源建设投资、保障系统电力供应容量充足。输电权市场：与电能量交易配套，锁定合同内电量所需传输能力，对冲现货市场阻塞风险。二、功能集成需求资源监测：虚拟电厂管理运营平台对下经有线、无线等多种方式接入可调源、荷、储资源，实现区域内接入、资源监测和管理。资源评估：虚拟电厂管理运营平台对下接入聚合资源及对内接入电网网架资源，通过数据中台获取电网模型，从而实现虚拟电厂调控对象的分层分级汇集，并动态评估电网各层级的相应能力。支撑服务：虚拟电厂同时支持数据增值服务，对外数据发布，辅助政府决策以及赋能企业能效提升能力。功能场景：虚拟电厂管理运营平台对上对接新型电力负荷管理系统的需求响应和应急支撑，对接电力交易中心的现货交易、中长期交易以及辅助服务业务，实现虚拟电厂的市场化能力。各类可调节资源接入通信规范、数据交互规范和安全防护规范负控终端、物联聚合控制网关及通信模块研发统一信息接口服务可调资源可观可测可调资源精细化管理可调资源精细化管理基于可调节属性的可调资源聚合控制区域电网可调裕度精确评估全网中压、低压可调资源分层分区管理虚拟电厂参与电网优化运行调度虚拟电厂参与电网优化运行调度各类分布可调资源的协调优化控制基于主配网贯通的电网优化运行基于源网荷储协同优化的虚拟电厂低碳经济调度二、虚拟电厂需求场景用户电力用户市场组织机构虚拟电厂运营商需求响应调峰辅助服务现货、绿电痛点l技术与能力不足规模小、分散的分布式资源因技术与能力不足无法参与电能量与辅助服务等市场，投资回报率低:l分布式绿电权益无保障l监测能力不足负荷侧资源管摸排不到位，监测能力不足，用户参与意愿低;l调节灵活性差；现阶段参与需求响应的负荷侧资源单一，调节灵活性差；l分布式资源监测难分布式能源点数量庞大且分散，多为用户侧资源，无法监测及评估分布式电源点出力情况;l交易复盘困难、风险防控手段单一交易执行过程无法实时跟踪;市场风险监控防控手段单一;l资质可靠性低无法实现对虚拟电厂运营商资质的动态评估；l市场活跃度低用户侧分布式清洁能源无法入市影响市场活跃度l缺少技术认定标准和统一接入服务机构无法以标准技术平台的身份参与市场化交易(现货、调峰等)解决途径l聚合与调节能力实现用户侧资源参与市场化交易，获取收益;l分布式清洁能源发电计量从生产到消纳的计量与跟踪，使用户侧资源具备参与绿电市场的条件l建立调节能力模型通过虚拟电厂资源勘测，实现负荷侧资源摸排l接入与协同优化通过负荷聚合商、虚拟电厂对各类资源的接入与协同，发挥更高的聚合潜力l智慧采集设备和技术实现对分布式电源点出力监测与调控;l智慧采集设备和技术实现对分布式资源发用电能力的监测；l分布式绿电数据可计量；l构建技术认证标准体系l建设和统一接入服务平台规范虚拟电厂运营商技术和能力校核认定标准；l建立负荷特征和调节能力特征提高对不同缺口参与意愿分析能力;建设模式l作为新型电力负荷管理系统的子系统或子模块，同步建设和推广l孵化虚拟电厂运维业务，建设配套应用，配置属地化运维团队;成效l增加市场运营收益提供标准化接入服务，降低分布式能源接入门槛，提供多元市场竞争机会:l促进清洁能源消纳辅助用户侧分布式清洁能源获取绿色权益价值，促进分布式清洁能源建设和消纳;l保障电网运行，降低建设成本提高精益化负荷资源潜力挖掘能力l发挥负管数据价值，提高建设成效；l具备参与调峰市场条件l具备参与市场的条件使合规的分布式资源和分布式清洁能源具备参与现货和绿电市场条件l保证现货市场交易可靠性l精确的负荷调控能力l高效组织能力l提升市场签约能力获取更高的收益，提高投资回报率获取更多优质资源；目录/CONTENTS01目录/CONTENTS05虚拟电厂的应用与展望三、虚拟电厂关键技术定位对外作为一个整体参与大用户电力直接交易、跨省跨区交易、合同电量转让交易对外作为一个整体参与大用户电力直接交易、跨省跨区交易、合同电量转让交易，现货交易、辅助服务交易、需求响应等。对内对内以电力市场配置电力资源运行为驱动，通过协调、优化和控制由分布式电源、储能、可控负荷等柔性负荷聚合而成的分布式能源集群。虚拟电厂运营框架图三、VPP内外体系构建嵌套闭环n弹性调度：以虚拟电厂与电网的分界线，对内构建完整的系统闭环储荷源电网储荷源电网••••••••••••鄂州虚拟拟电厂管统筹管理拟电厂；对外采用接入第三鄂州虚拟拟电厂管统筹管理拟电厂；对外采用接入第三统；对内采用接入电动光伏等自以统一的参与湖北辅助服务电厂在省级虚理系统基础上区域内各类虚厂国网电动汽车公司电方虚拟电厂系......云端数据采集基座强隔离装置虚拟电厂前置强隔离装置虚拟电厂前置虚拟电厂互联网大区前置接口有资源；市场主体方式省需求响应、市场。储能管理平台储能管理平台电三、虚拟电厂系统架构云端平台云端平台下达控制指令!下达控制指令!下达控制指令!计算物联感知可控电力负荷可控电力负荷充电桩/电动汽车储能/冷热电微网系统三、虚拟电厂功能架构虚拟电厂系统共规划七大部分，分别为虚拟电厂管理，资源管理，基线管理，调度申报出清，能力校核，监测，执行监测。实时电厂监测实时聚合资源监测单三、虚拟电厂技术架构RestfulwebServiceRestfulwebServicecsshtmlvuejavascriptcsshtmlvuejavascript三、参与互动的市场品种电网调峰资源：工业产生负荷、电动汽车、办公楼宇及储能等。电网调峰目标：参与电网调峰，提升电网调峰能力，支撑清洁能源消纳。顶峰保供资源：工业产生负荷、电动汽车、办公楼宇及储能等。顶峰保供目标：削减电网尖峰负荷，节省或延缓电网设备投资。容量备用资源：电动汽车、储能、精准负荷控制、办公楼宇等。容量备用目标：解决大功率失去后备用不足，减少或避免调度拉限电，保障电网安全。虚拟转动惯量资源：储能、精准负荷控制、办公楼宇等虚拟转动惯量目标：解决局部断面、设备过载，减少或避免调度拉限电，保障电网安全。电网调频资源：储能、电动汽车等。电网调频目标：参与电网调频，提升电网频率调节能力。资源：储能、电动汽车及生产负荷等。目标：参与电力现货交易，通过价格预测，实现市场博弈套利，帮助用户实现用电成本最小。三、虚拟电厂平台通讯及安全架构VPP平台整合具有灵活调节能力的各类资源，以综合用能成本最低为目标，利用现货、辅助服务等市场机制及备用、生产效能等管理机制，实现负荷侧源、网、荷、储各环节的精准协同匹配，提升湖北地区清洁能源消纳水平，保证大电网安全、高效、经济运行。荷源荷源储网储网三、虚拟电厂平台通讯及安全架构管理信息大区互联网生产控制大区防火墙市场需求数据出清结果数据调控指令数据三四区防火墙可调能力数据实时负荷数据计划申报数据需求响应平台管理信息大区互联网生产控制大区防火墙市场需求数据出清结果数据调控指令数据三四区防火墙可调能力数据实时负荷数据计划申报数据需求响应平台大用户（自备电厂等）大用户（自备电厂等）虚拟电厂VPP主站数据交互互动子站三、虚拟电厂关键技术-一次聚合与二次分解①分布式电源②商业/工业负荷③储能④电动汽车……各类型分散资源曲线类型负荷预测及用电曲线。优化后的曲线、实现可调度性聚合曲线平滑、可控建模三、虚拟电厂建设目标VPP互动智能APC调控平台建设定位为：用户侧资源智能调控的业务支撑，与现有辅助服务市场平台进行互联互通。业务功能平台有四大建设目标、六大业务功能，具体如下：业务功能建设目标全景感知全景感知服务用户侧资源灵活便捷接入资源建模资源建模智慧决策服务用户侧资源参与电网调节智慧决策服务用户侧资源参与电网调节协同调控协同调控服务用户提高市场认知、提升经营水平服务用户提高市场认知、提升经营水平分析评估信息发布分析评估信息发布服务电网对用户资源的持续挖掘三、虚拟电厂业务功能在保证电网安全运行和辅助服务市场可靠运营的前提下，鼓励湖北本省各类资源接入平台，支持源网荷储的实时全景感知和运行调控监视，实现所有互动资源的可观、可测。资源接入资源接入运行运行监视、告警数据数据上链三、虚拟电厂业务功能分析各主体的负荷特性，构建各类市场主体的调控信息模型；按照省间、省内、重要断面进行负荷聚合分析，构建多层级、多时序的资源组合（类似SCUC模型用于负荷侧资源聚合的智慧决策和协同调控。主体用能主体用能特性分析主体主体信息模型建模构建资源组合方案构建资源组合方案三、虚拟电厂业务功能完成市场主体申报的调节能力在线稽查；计及网省通道、重要断面，提供用户市场申报信息的安全校核；完成基于性能优先、容量优先的资源组合方案优化；远期将提供用户侧调节资源潜力挖掘的智慧决策。数据数据在线稽查资源组合方案优化资源组合方案优化安全校核安全校核调节资源调节资源潜力挖掘三、虚拟电厂业务功能梳理交易中心、调度中心、营销部门的调控业务流程，打通电网与用户交互通道，提供数据申报、及协同计划、市场信息接收等功能，实现三大部门业务和用户侧互动响应的闭环协同。交易、调度、营销协同调控交易、调度、营销协同调控三、虚拟电厂业务功能基于不同对象的信息发布需求，提供面向市场主体的市场准入、需求发布、交易公告、出清结果、结算信息；及面向能监机构、交易中心的市场运营情况的信息披露，实现市场信息的互动共享。面向市场主体的私有、公有信息披露面向市场主体的私有、公有信息披露面向能监机构、交易机构的信息披露面向能监机构、交易机构的信息披露三、虚拟电厂业务功能基于平台运行大数据，建立市场主体的调峰性能、调峰效益、行业发展前景、及电力市场运营分析，指导用户提高自我认知、提升市场活力，助力市场科学发展。调峰性能分析调峰性能分析调峰收益分析调峰收益分析行业前景分析行业前景分析市场运营评估市场运营评估目录/CONTENTS01目录/CONTENTS05虚拟电厂的应用与展望 按照实用化原则，将调度中心、营销负荷管理中心、电力交易中，通过生产控制大区将辅助服务、需求响应、现货交易等需求接入平台；将负荷聚合商、用户涉及自备电源、分布式新能源、用户侧储能、电动汽车充电桩、智能楼宇、智慧园区等可调资源实时有功、用能状态、用电量等数据通过内外网安全接入区接入平台。运营商平台运营商平台心VPPVPP互动智能APC调控平台 监视源、网、荷、储各类市场主体运行数据，建立合理阈值，实现对用户、储能运行数据中的异常数据识别告警，为平台后期实现大数据分析及辅助决策打下基础。源放电电压放电电压充电时间放电时间荷运行数据监视网储可视化大屏 1.全景感知为解决平台数据安全及存储问题，利用边缘网关（节点）、5G通信、云边协同等技术手段，建立基于调控云的协同调控区块链，为以后碳交易、绿证交易等做准备。!!!2.资源建模根据实际运行数据，总结用户用能特点，如分时段特征、季节性特征、节假日特征等，从资源类型、所在地区、电价等多维度开展负荷特性分析，并提取波形、峰值、裕度等各类特征值，为建立主体信息模型提供依据。同时通过分析各资源主体的用能特性，计算各主体可调能力置信区间。N为修正系数2.资源建模应对不同主体和多种物理场景，以资源响应能力为最终目标函数，运用聚类分析法、马尔科夫链等多种建模方法，搭建多种用户主体的模型。资源建模算法：数据录入特征分析数据录入特征分析训练模型2.资源建模辅助服务市场发展后期，根据细化后的分区调节需求，设计考虑省内、重要断面等不同层级、及多时序的资源组合方案，为市场提供可出清范围的参考。同时可为地区电源规划提供辅助决策。 3.智慧决策基于用户调控信息模型和用户可调能力置信区间，开展用户申报调节能力的在线稽查，并通过“人机互动”的方式进行修正。当目标曲线在边界范围内，平台直接确认上报，当超出调节范围时，平台发送驳回信息由人工确认后方能上报。在线校核识别调节能力是否异常3.智慧决策当主体调峰价格相同时，依据资源响应性能、可调容量等调峰相关性指标，对主体进行优先级排序，根据调峰需求梯级调用，生成优化后的调控组合方案并出清，实现用户侧调峰的智慧调度。性能评估矩阵K值调速1调速2调速3参与度1参与度2参与度3报价1报价2报价3稳定性1稳定性2稳定性3…..调速6参与度6报价6稳定性6对应敏感度参数A1到An权重系数α容量优先对应敏感度参数B1到资源综合评估In=An∗α+Bn∗βI1=A1∗α+B1∗βI2=A2∗α+B2∗βI6=A6∗α+B6∗β根据In值大小优先级排序：I3>I2>I6>I1>I5>I4403.智慧决策当主体调峰价格相同时，依据资源响应性能、可调容量等调峰相关性指标，对主体进行优先级排序，根据调峰需求梯级调用，生成优化后的调控组合方案并出清，实现用户侧调峰的智慧调度。响应速率：指标权重数据标准化熵权法熵权法DjAjCj信息熵标准差冲突系数综合衡量指标413.智慧决策平台将优化后的组合方案数据，发送至交易、调度、营销系统（三区由三级机构按照调管关系开展安全校核，校核通过后可认定为有效数据参与市场。后期可开放数据接口，与省、地调相关校核程序互联互通，实现自动安全校核。110KV配电网在线模型无约束 断面1断面2有约束42423.智慧决策根据负荷资源运行监视，建立“采、存、查、智”的数据管理库，积累有效数据。深化业务应用场景分析，采用电网物理约束的决策树、均值聚类、最大期望等大数据挖掘算法，最大限度挖掘负荷侧每个资源的调节潜力。基于电网约束的决策树均值聚类分析均值聚类分析43434.协同调控以交易、调度、营销自动化系统为基础，现货交易、辅助服务、需求响应三级市场体系为支撑，开展VPP互动智能APC调控平台的部署和应用。市场出清市场结算信息管理交易执行申报与稽查湖北省综合能源公司市场出清市场结算信息管理交易执行申报与稽查市场结算审核数据稽查执行统计调度、交易市场出清安全校核市场结算审核数据稽查执行统计调度、交易市场出清安全校核数据校准结算执行交易、营销数据校准结算执行交易、营销执行结算信息市场成员执行结算信息市场成员信息申报数据负荷聚合商用户接收出清结果申报数据负荷聚合商用户接收出清结果4444445.信息发布平台负责市场信息的收集、汇总、分析，并面向市场主体进行私有信息和公有信息的披露，实现市场信息的公开、透明。其中私有信息包括用户的出清结果和月度结算结果，公有信息包括市场需求发布、交易公告以及定期发布的市场统计分析报告。公有信息公有信息私有信息平台信息客户端信息私有信息平台信息客户端信息455.信息发布向能监机构和交易中心定期发布运营商及用户参与市场情况，包括市场出清价格、调节电量、用户收益等。湖北调度中心湖北调度中心市场运营报告营销负管中心市场运营报告营销负管中心电力交易中心电力交易中心466.分析评估基于平台业务的开展和后期功能完善需求，建立多层级市场运营评估体系，包括用户性能评估，收益分析，行业发展前景以及电力市场运营分析等。 市场运营评估体系 …………47…4747应次数应次数6.分析评估从互动响应次数、响应合格率、负荷调节幅度、调节速率等方面构建评估指标体系，对用户的互动响应能力进行性能评估，为申报阶段的数据稽查和出清阶段的资源组合优化提供有效的数据支撑，形成闭环管理。同时分析评估结果可帮助用户提升自我认知，提高调节水平。负荷波动幅度负荷波动幅度负荷偏离度负荷偏离度互动响应次数互动响应次数486.分析评估着重分析用户参与市场的情况，包括调节容量占比、调节收益构成、调节贡献率、交易达成率和价格敏感度等多个方面；相关分析结果发布给用户后，可助力其调整经营模式，提升经营水平。基于市场运营数据，开展湖北辅助服务市场主体的画像分析，引导用户侧精细化负荷调控。496.分析评估通过综合评价分析方法，从市场占比、调节可靠性、调节速率以及调节能力增长率等角度，研究已参与市场的行业用户资源的可拓展性和可持续性；结合外部政策变化、产业发展等分析其他行业用户资源参与市场的可行性。行业市场占比分析行业调节能力增长率分析目录/CONTENTS01目录/CONTENTS05虚拟电厂的应用与展望五、西北跨区调峰应用效果-业务形态国家电网公司国家电网公司是什么？国家能监局是什么？国家能监局!!虚拟电厂虚拟电厂调峰用户投入与配合用户投入与配合全部投入签署合同能源管理全部投入签署合同能源管理调整生产负荷08:00-18:0008:00-18:00四、虚拟电厂业务应用-源网荷储协同在湖北某工业园区内实现虚拟电厂三次接力调峰在湖北某工业园区内实现虚拟电厂三次接力调峰，既不影响生产又可以通过内部联动响应电网调节互动。荷