2025年虚拟电厂与数字能源报告-华南理工大学（蔡泽祥）

虚拟电厂与数字能源华南理工大学2025年10月26日天津大学40届电自年会华南理工大学_目录目录4结语华南理工大学一新型电力系统的基本形态与虚拟电厂l华南理工大学SouthChinaUniversityofTechnology华南理工大学SouthChinaUniversityofTechnology√当前，我国一次能源消费总量61.6亿吨标煤，煤炭52.5%、石油17.2%、天然气9.2%、非化石能源21.1%;2060年，非化石能源占比80%,化石能源占比20%,其中煤占比5%。华南理工大学华南理工大学√当前我国电力系统的形态是以集中式电源+大电网+统一调度+统一大市场为主。这种模式对于(分布式)新能源的消纳能力已接近极限，这就是136号文出台的底层逻辑。那么,另外一个10万亿kWh的增量电力系统会是什么模式?1事a西藏电网网a西藏电网台湾省电网台湾省电网真森加方方森华南理工大学SouthChinaUniversityofTechnology华南理工大学SouthChinaUniversityofTechnology136号文件：推动新能源上网电价全面由市场形成直流电136号文件：推动新能源上网电价全面由市场形成交流电太阳能发电B智能配电盘转换器20%设备20%设备长尾特性V九电站长尾特性中央委服务器绿电直供0零碳园区20%电量80%设备光储充一体站需求响应新能源发电网等需求响应新能源发电稳定消纳电力现货辅助服务稳定消纳电力现货辅助服务调控模式主网中调主网电¥O羊¥O羊资源池资源池立绿电直供零碳园区增量配电网绿电直供零碳园区增量配电网光储充一体化SouthChinaUniversityofTechnology√分布式智能电网关键技术：设备制造技术和√设备制造技术：过去十几年，我国的新能源设备制造技术领先世界，把度电成本降到了火电价格以下，因此未来新能源最大竞争力不是双碳情怀而是经济优势。√系统运行技术：分布式新能源的系统运行技术却进展甚微，基本仍然停留在大电√所谓“系统运行技术”的核心就是电力电量平衡问题，对于分布式智能电网，一√分布式智能电网系统运行的特征：源网荷储一体化对应的电网形态就是微电网(电力电量自平衡),电力系统调控手段就是虚拟电厂(物理分散、逻辑聚合),电力市场主体就是售电公司/综合能源服务商(分散决策应对不确定性)。华南理工大学一虚拟电厂虚拟电厂智能计量技术光伏以数据为“燃料”资源的合理优化配置及利用本地控制集控平台储能电力市场可调容量合大电网可控负荷能量交互充电桩“虚拟电厂”是通过数字化技智能计量技术光伏以数据为“燃料”资源的合理优化配置及利用本地控制集控平台储能电力市场可调容量合大电网可控负荷能量交互充电桩——~~电价(元)峰1.06536875谷0.259668750尖谷价差尖平价差1.0651元 电价(元)峰1.06536875谷0.259668750尖谷价差尖平价差1.0651元 放电电力市场电力市场电能量交易品种现货削峰填谷备用日前邀约峭应时间15分钟15分钟15分钟2小时内/时间1小时11小时1小时12小时11小时12小时12小时12小时1需求侧响应机制价格型需求响应机制激励型需求响应机制DR信号.价格水平DR信号.系统状态华南理工大学SouthChinaUniversityof华南理工大学SouthChinaUniversityofTechnology平平台交易层服务层接入层采集层解决方案广重置旋酶场广重置旋酶场源网荷储协同互动虚拟电厂管理平台需求侧响应平台/聚合商平台交易/“电一碳”耦合平台7结今精准监测、精确计量，多时间尺度智能采集网荷数据用户资产低压回路测控“HPLC+”通信用户资产低压回路测控光伏南网科技公司的产品规划SouthChinaUniversityofSouthChinaUniversityofTechnology生产工艺(荷)仅调整生产流程生产工艺(荷)仅调整生产流程耗电5-55度/地投料、耗能1400-2000约100J/g产品坯体干燥烧成抛光电力市场电能量现货降备用响应时间15分钟15分钟15分钟/时间1小时小时1小时2小时11小时12小时10:002:004.006:008.0010:0012:00140016:0018:0020:光光储充充约束，使得这一问题的优化算法、闭环控制通信和设SouthChinaUniversityofSouthChinaUniversityofTechnology①陶瓷厂生产机组约束s(t+1)=s(t)+△s+(1)-△s(1)②陶瓷厂储仓容量约束P-P%”=Pᴄ1)-(1+Pg(⑦)0.1S≤s(t)≤0.9S决策变量：陶瓷厂生产机组启停和功率△P₁(t)、储能充放电功率Pch/dis(t)、购售电功率Psell/buy(t)虚拟电厂全电量负荷类机组虚拟电厂全电量负荷类机组电表1电表2商业负荷充电桩电表1电表2商业负荷充电桩元/Mwh实时电价曲线状都踏监蕊77峰平谷电价4)生产约束下可调能力分解算法(平台与终端)6)智能合约(区块链技术)堪盔电力市场电力市场、越希1-2000焕成焕成他光能源领域的华南理工大学SouthChinaUniversityofTechnology华南理工大学SouthChinaUniversityofTechnology√用电“生产成本”转为“能源资产”运营将用能主体(生产工艺)、光伏、水蓄冷、储能、充电桩(站)以虚拟电厂的形态进行构建或改造升级，从降低用电成本的方式向盘活能源资产运营增加资产收益的方式转变，具备参与电力市场现货、需求侧响应、辅助服务、碳资产交易等能力，还原其能源资产属性。传统模式下，光伏“自发自用、余电上网”、水蓄冷“谷期蓄冷、峰期供冷”、储能“峰谷价差”、充电桩(站)“基本电费+服务费”、用电主体“生产成本”为主要的设计、投资、运营理念，各要素之间相对独立、割裂。而“虚拟电厂+”需要将各要素整合成源网荷储一体运营的能源资产，边界条件和约束发生了剧变，在不影响生产的前提下，获得资产利益最大化。“虚拟电厂+”,能源资产的规划、投资、建设、运营、运维有完全不同的商业模式和运营模式。华南理工大学一虚拟电厂的数字能源技术与生态工程_电力化维设备供应造电公可金融饥构边(边(数字能源终端)端(能源实体)碳能一体化平台微电网控制系统EMS虚拟电厂聚合平台高级应用：碳能流足迹、资产LCA,负荷预测、有序群充、EMS、功率预测、三相平衡、柔性负控、数字巡检、源荷互动、电费核收第三方接口：虚拟电厂、负荷聚合、购售电、碳资产、碳金融专家系统/知识库：知识图谱、算法组件引擎：容器引擎、虚拟机引擎专家系统/知识库：知识图谱、算法组件引擎：容器引擎、虚拟机引擎微服务开发平台：编译、发布、部署、监测公有云/私有云/混合云/数据机房/云边协同*基础模块：数据采集、分析算法、智芯加密、规约适配*边缘智能、物联代理、边缘智能、物联代理、双向互动、边缘计算、自由聚合SoC:专用芯片，数字能源PaaS,保护测控自动化一体化。系统设计针对强实时性应用和弱实时性应用分类处理数据。工程数据分析：物理模型、统计分析、边缘智能底层系统：专用操作系统、通讯服务、实时数据库、SOE、任务调度、能量调度、保护控制、数据存储电网公司管制业务：调度/输变电管理市场化业务：电力交易/光伏云网/车联网/国网电商/风光储/虚拟电厂/柔性负荷调控政府/监管能耗/碳排放/监管平台其他机构碳交易中心开放平台第三方碳核查机构产品碳足迹/企业碳排放认证各市场主体能源投资运营/运维/节能/负荷聚集/售电碳管理/碳金融/碳交易服务企业能源管理平台华南理工大学SouthChina华南理工大学SouthChinaUniversity源资产的数字化集成管理，“比特管理瓦特”门户。值匹配难题，从传统的“源随荷动”消纳的关键技术。微电网、能源管理、智慧运维赋能，促进新业态和新市场模式落地。“数字能源+”赋能能源电力行业各要素、主体，打破能源和产业边界，性、开放性、交互性、经济性、共享性等特性。边罐公有云/混合云/云边协同服务醒采互联网其他专网三里马达机电控制PLC.104g/GDW3761工业园区任务策整综合数据网北斗短报文宽带接入网三联供设备散来集，通PCs解析选择变流器端云商业建筑边光伏控制器存储边洞?新型电力系统(用户侧)数字化技术特征：互联网理念、技术与机制构建基于电力物联网“云管边端”的自动化技术架构，支撑海量对象接入充分发挥“云一边”协同系统优构建边缘计算终端的分区自治机构建基于云原生技术的边缘计算建立资源弹性分配机制，在不同时空尺度满足各类业务应用的实建立适用于并发场景的数据读写可靠性机制和数据加密认证机制,提高业务的可靠性和安全性华南理工大学SouthChinaUniversityofTechnology华南理工大学SouthChinaUniversityofTechnology配电主站软件配电主站软件①控制器软件主站硬件资源配电主站配电主站②Linux内核+终端操作系统+LXC容器软软件智能配电终端智能配电终端③边缘计算操作系统核心处理模块数据平台开发商硬件硬件独立硬件开发商核心板及操作系统管理运行管理运行业务FAN管理业务通道1虚拟化容器1业务通道2管理通道管理进程固件管理APP管理率y率y智能配变终端集中器台区总保台区总表华南理工大学SouthChinaUniversityofTechnology华南理工大学SouthChinaUniversityofTechnology规则驱动APP化数据平台微服务容器操作平台意味着从源端实现数字化，是与生俱来的“数字孪生”。数据终端但具有相同的硬件，终端硬件可靠性、运维、备品备件等SouthChinaUniversityofSouthChinaUniversityofTechnology数据读写同步问题云边数据云边数据算力优化资源供需算力优化匹配问题操作系统云平台匹配问题操作系统共享内存FPGACPUDSP其他硬件华南理工大学SouthChinaUniversityofTechnol华南理工大学SouthChinaUniversityofTechnol开总点开入点指乐灯以太网couuLaRa战接口ar城换口√OS原生t类P.P√通用宽覆盖：可覆盖各电压等级的源网荷储电站、微网、配用电√通用宽覆盖：可覆盖各电压等级的源网荷储电站、微网、配用电√产品形态多元：可集成，也可被集成。可替代现有各类数采、保√专业高智能：市场上同时覆盖“电力市场+智能配电+新能源+智能制造”组合，高可靠性、易升级维护。配电网保护控制边缘计算终端一.华南理火拿虚拟机1虚拟机操作系线虚拟机2NPAPPAPP返拟机绕作东综C现货市场调频市场云(计算)服务理灵活性调节服务调频计算资源2计算资源1计算资源2计算资源N服务器存储资源1存储资源2存结责源N资源设施层微网/配用电网类储能光储充一体2参考俞庆文章“虚拟电厂是个什么产品?”,特此致谢!SouthChinaUniversity√物理资源层：对云计算，是物理的各种计算机资源，如存储、处理器、内存、网络等。对虚√数字能源终端，连接分布式资源物理设备与虚拟电厂聚合平台，向上反馈物理设备状态，同VPPk数字能藻售墙k光热18销虚拟机软件PLS--PersistentL计算机管理器华南理工大学SouthChinaUniversityofTechnology√对云计算来说，虚拟服务器操作系统(如VMWare、ESXi),把物理资源按属性抽象成√这个逻辑抽象、虚拟化、池化、动态调度的过程，实现了物理资源与逻辑资源的解耦，使用者无需关心一个字节的数据，是在哪个存储器上存储，由哪个CPU计算的。因为数√与云计算操作系统类似，虚拟电厂操作系统要实现各层级分布式能源对象的聚合、抽象,把分散在电网末端的各类可调度的分布式能源对象的物理资源，按照不同的属性抽象√数字能源终端本质上是连接分布式能源对象与聚合平台之间的入口，不同的对象的要求都不一致，因此需要适应不同的场景和不断涌现的新业务，其架构应具备硬件模块化、华南理工大学SouthChinaUniversityofTechnology华南理工大学SouthChinaUniversityofTechnology源网调序调序虚拟电厂EMS操作系统虚拟电厂EMS操作系统华南理工大学虚拟电厂调控特性的建模：AI华南理工大学√数据采集模型：电流、电压、功率、设备“减”功率命令等。√理论上，如果针对任何一个源网荷储对象，实现了其“四遥”的采集，那么所有针输出。√市场交易模型：申报交易品种、交易量、交易价格等。√经济测算模型：调用经济成本、能耗/碳排放约束等。√协同控制模型：生产过程约束、输送路径阻塞、设备容量约束等。华南理工大虚拟电厂垂直行业模型：AI华南理工大原料球磨喷雾干燥一成形耗电-6度/地粉料耗能1400-2X0约205g声品抛光抛光II.仅调整生产流程负荷特性0:002:004:006.008:0010.0012:0014:0016:0018:0020:电力电能量交易品种备用时间5分钟内15分钟15分钟15分钟2小时内1小时1I小时交易目标函数：虚拟电厂运营收益最大F=∑-∑Ie"△P,“(1)r5-c""△P,¹“(1)z/+[%(1)P(1)-c%"(2)PO出∑c(1)△P(1)A1约束条件：陶瓷厂、电网、市场约束)③陶瓷厂期望产量约束0≤P()≤P_..⑤出力约束s(1+1)=s()+△s'()-△(1)②陶瓷厂储仓容量约束P-P=P(1)-P(1)+P()④功率平衡约束…决策变量：陶瓷厂生产机组启停和功率△P₂(t)、储能充放电功率Pch/dis(t)、购售电功率Psett/buy(t)tP(Pzz“光储充”系统多市场能力-时间耦合模型√虚拟电厂在发电侧及用户侧扮演着自组织、自平衡的方式，而不同禀赋与种类的资源根据特性形成物理和虚拟两种约束边界的结构，通过电力市场不同交易品种实现安全稳定与效益最大化，需要构造与之相适应的多级调华南理工大学SouthChinaUniversity华南理工大学SouthChinaUniversity车网互动：充/换电市场与电力市场的耦合。④电算协同：算力市场与电力市场的融合。功率p1如5300kW,容量15-30min⑥③①1通过削减尖峰负荷，降低新增发电容量建设和输配电网升级改造成本2电量价值削峰：1.02元干瓦时负荷高峰和低谷时段的效率，减少发电机启停次数，降低边际发电成本和运维成本3旋转备用务，在紧急情况下降低系统负虚拟电厂的场景资源协同：√虚拟电厂的资源池依赖于被控源网荷储对象的用电/用能特性，与、行业特征等强相关，适合虚拟电厂的行业包括：数据中心、充电场站、电子、化工、(陶瓷、钢铁、有色)加工制造、商业(空调)、冷链物流 (冷库)等。资源池，如：调频资源池、调峰资源池、容量备用资源池等等，供负荷聚合商及电网调度调用。这其中的关键技术包括：行业垂直大模型、基于AI的场景分析技术(电力供需、电量、实时出力、现货价格、电力故障监测声负荷特性见2.EMS操作系统：所有要素(模型、数据、工具)理论上。如果针对任何一个源网荷储对象，实现了其“四道”的采集，那么所有针对这一对象的调度控利都能够实现，从虚拟电厂系统看，温粥信为输入，遥啤控为调控顺力模型：上下可调节容量、调节速率、可中断特续时间等.市场交易模型：申报交易品肿、交易里、交易价格等.经济算模型：调用归济成本、能耗碳排放约束等，协网控制模型：生产过程约束，输送路径担塞、设备容量约