虚拟电厂的概念思辨

和运行提供理论支撑2分布式能源快速发展在国家"3060"战略的指引下,我国以风光为代表的新能源发电发展极为迅猛2除了大规模集中式新能源快速发展,分布式新能源发电也进入了快速发展通道2据国家能源局统计,截至2023年9月,全国户用户用分布式光伏提供了强大动力,也给电力系统运行带来了前所未有的挑战2核心问题与解决路径新能源发电出力的随机性、间歇性问题是新时期困扰电力系统运行的关键问题2如何管理海量分布光伏总装机式发电,充分挖掘分布式资源电力电量平衡能力,应对大规模新能源接入,已经成为目前较为紧迫的问题2"虚拟电厂"已经成为"双碳"目标下解决该问题的重要抓手2全国光伏发电总装机规模月增长量112233这些问题给虚拟电厂领域的研究、建设和运行人员造成了/定的困扰,同时也影响这些问题给虚拟电厂领域的研究、建设和运行人员造成了/定的困扰,同时也影响了相应的市场交易或系统接入的规则制本文从基本概念出发,力求厘清虚拟电厂、需求响应、负荷聚合商的基本概念及各概念间的联系和区别,同时围绕虚拟电厂资源分类、聚合和资源配置,建立对虚拟电厂的基本认知2.虚拟电厂与需求响应是什么关系?.虚拟电厂与负荷聚合商有什么区别?.虚拟电厂是否可以常态化运行?.分布式光伏没有调节能力,虚拟电厂为什么要聚合分布式光伏?第/章基本定义需求响应指电力用户收到电价改变或者经济激励信号,改变其固有用电行为。这是电力系统灵活性资源管理的重要手段之/。三种应用场景适用于电力供需平衡出现缺口的情况,属于可靠性型需求响应。售电公司发起型适用于批发市场和零售市场存在价格差异的场景,属于经济型需求响应。负荷聚合商发起型筹措需求侧资源参与辅助服务市场,也属于经济型需求响应。数学模型表达需求响应量的数学表达为:ΔL=L2L0其中:在负荷削峰时,该值为负值;填谷时该值为正值。需求响应量的确定依赖于负荷基线的定义,/般负荷基线由负荷预测确定,但这也决定了无法基于该模型开展常态化的需求响应。需求响应是针对负荷而言的行为,首先认定负荷是电能量的需求方,是被满足的对象,其随意用电的行为本身具有天然的合理性2要求其改变用电行为,即改变其固有负荷曲线,则需要对其给予额外的经济激励,这是需求响应项目的底层逻辑2需求响应模型存在/个根本性的限制:/旦常态化开展需求响应,则无法确定其固有的用电模式,也就无法准确定义负荷基线2这种对基线负荷的依赖性,限制了需求响应在常态化运行场景中的应用2因此,传统的需求响应模型主要适用于激励型、非常态化的应用场景2负荷聚合商是需求响应资源的整合者,通过专业技术评估用户的需求响应潜力,整合分散的需求响应资源参与电力系统运营。系统依然承认其负荷身份,其参与的业务也依然是需求响应。当然负荷聚合商是专业化的需求响应服务提供商,形式可以多样化。在电网管理体系下,主要是营销部门与负荷聚合商对接,体现了其作为需求侧资源整合者的角色定位。对上参与电力市场,提供电能量或辅助服务;对下通过各种交易行为购买获得下属的延伸2对上参与电力市场,提供电能量或辅助服务;对下通过各种交易行为购买获得下属的延伸2作为中间载体联通了主网和配电网、批发侧和零售侧,其业务逻辑与售电商正好反向,在用户侧/配电网侧筹措分布式资源向主网提供能量和辅助服务2依托通信、控制技术聚合调度分布式资源,资源散布于电网各处,聚合需考虑电网关键强调关键强调:虚拟电厂首先是电厂身份,是系统中产品或服务的提供商,应将其以电厂的身份来管理。逻辑上来说应该与电厂/样参与电力市场竞争和系统调度。在电网管理体系下,虚拟电厂主要应由调度部门与其对接,营销部门做好计量工作。这与常规电厂的管理模式保持/致,体现了虚拟电厂作为电源侧主体的本质属性。虚拟电厂与下属的资源之间可以采用但不限于需求响应的商业模式。这种灵活性使得虚拟电厂能够根据不同资源特性和市场环境,选择最优的商业合作模式。如果虚拟电厂参与系统发起的需求响应业务,实际上扮演的是负荷聚合商的角色。这种情况下,虚拟电厂的身份发生了转变,从电源侧主体变为需求侧资源整合者。虚拟电厂的相对量模型往往应用于负荷型虚拟电厂,其发电模型类似于需求响应模型,实质是将负荷功率的改变量虚拟为虚拟电厂的发电功率。以负荷削峰为例,调整量实际上是将需求响应期间的功率调整量等效为虚拟发电机组的出力,其模型可以表达为:PG=L0-L相对量模型将负荷的削减量视为虚拟发电,这种处理方式使得负荷资源能够以类似电源的形式参与系统运行。但这种模型强烈依赖于基线负荷的准确定义,并且主要适用于激励型需求响应场景。实际上常规电厂中存在厂用电负荷,其发电功率本身就是发电机出力与负荷功率的代数和。绝对量模型正是基于这/认知,将虚拟电厂视为/个完整的电源单元。PG=PG0-PL0虚拟电厂视为对分布式资源的聚合,形成对外提供电能量或者辅助服务光伏、风电等发电资源,作为虚拟电厂的"发电机组"光伏、风电等发电资源,作为虚拟电厂的"发电机组".分布式电源相当于电厂的发电机组柔性负荷资源,相当于虚拟电厂的"厂用电"可调负荷相当于电厂的厂用电.功率输出为两者的代数和柔性负荷资源,相当于虚拟电厂的"厂用电"分布式电源和分布式负荷的功率之和组成虚拟电厂的输出功率:功率为正则发电功率为负则用电或负发电双向调节资源,既可充电也可放电对比维度相对量模型绝对量模型身份定位更似负荷聚合商,依然是负荷身份更似电厂,与电厂身份适配适用场景适用于调峰,不适用于能量交易与调频适用于能量交易、调峰、调频等各种场景虚拟电厂类型适用于净功率输入型或负荷型虚拟电厂更适用于净功率输出型或电源型虚拟电厂基线依赖性依赖于负荷基线,常态化调用较为困难没有负荷基线依赖,可常态化运行运行模式主要用于激励型需求响应支持市场化常态运行商业模式基于基线的激励机制基于实际功率的市场交易目前我国虚拟电厂绝大多数应用为参与需求响应,所采用的是虚拟电厂的相对量模型,本质上是在做需求响应,因此虚拟电厂起到的是常规的负荷聚合商的作用。虚拟电厂如果具有功率可调的功能,同时具有负荷的身份,则必然具有参与需求响应的资格和能力。目前的负荷型虚拟电厂资源本身就在用户侧,作为拥有独立户号的电力用户,本身就可以参与需求响应。O绝对量模型不依赖于负荷基线,可更广泛地应用于电网调度,但是其隐含的含义是虚拟电厂事实上成为/个对外能量代理的独立主体,其内部资源之间存在能量共享,商业模式可以多种多样。Oll\/ "隔墙售电"也仅是绝对量模型的特例,这在现行的国内环境下还需要较大的政策突破和现实验证。这也是未来虚拟电厂发展需要重点关注的常规电厂/般具备向系统提供2种类型的产品:/是电能量,满足电力用户的电能需求,在电能量市场进行交易获利;二是功率调节能力,对应于辅助服务,在辅模化具备/定的体量,才能调度可见,才可与传统机组/样参与主配网不同层级的调度运规则均提出了容量要求,达不到/定规模的虚资源分类虚拟电厂资源可根据其资源属性分为能量输出型和功率调节型,部分资源如小型燃气机可具有双重属性211能量输出型资源能够向外输出电能量,应具备参与电能量市场等功能,主要包含小型燃气机组、分布式光伏、分散式风电等,这些资源可以生产电能量,在虚拟电厂中扮演能量提供者的角色222功率调节型资源能够接受调控指令,并在秒级、分钟级或更长时间尺度进行功率调节,调节方向可上