虚拟电厂的应用场景及关键技术

高赐威教授一、虚拟电厂发展背景三、虚拟电厂交易运行四、虚拟电厂应用场景案例32030年实现“碳达峰”最高负荷：3352万千瓦最大峰谷差：1212万千瓦电力供需实时平衡困难电力系统运行视角虚拟电厂连接用户侧(分布式)和大电网/批发市场5一、虚拟电厂发展背景三、虚拟电厂交易运行四、虚拟电厂应用场景案例7空调空调电动汽车充电储能灵活性电能量灵活性可调节负荷、负荷型虚拟电厂?虚拟电厂电源型虚拟电厂?(可调度、消耗电功率)(可调度、输出电功率)(不可调度、输出电功率)辅助服务市场(功率平衡能力)能量市场需求响应8作为买方参与，但是此时还能称为虚拟电厂吗?实质上是购辅助服务市场(功率平衡能力)能量市场需求响应8√由中电联组织，TC575牵头TC564、TC549、TC82等全国8家标委会成立“虚拟电√TC549、TC575编制了二十余项有关“需求响应”的国标行标，涉及了需求响应信息模型、需求响应系统与终端、负荷聚合商需求响应平台、需求响应效果评估等√国调牵头制定了一系有关“可调负荷”的行业标准，可调节负荷不一定需要聚合，但可以包括聚合。概念本身是用于做区分的，明确而清晰的概念使得人们对事物的认识和描述更为准确，倾向于下面的区分：辅助服务能量市场9能量市场辅助服务市场0以盈利作为目标是如何聚合不同从而形成虚拟电虚拟电源配置成本收益市场机制的重要性：市场缺什么,应该反映到价格上，同时也决定了虚拟电厂的收√分布式光伏上网按目前江浙沪批发价√分布式光伏上网按目前江浙沪批发价格大致相当于基准价上浮20%。性在市场中意味着√基于成本收益分析 此);剧领剧领集中管理模式集中管理模式柔性负荷柔性负荷柔性柔性上报运行及成本特性与VPP签到合约服从VPP运行计划及控制命令分散管理模式DER辅助服务交易信息预测信息DERDER柔性负荷柔性负荷个性化合约柔性负荷数据交换及处理市场价格、气象及负荷预测提供辅助服务并参与辅助服务市场风险管理内部DGs签定个性化合约提供辅助服务并参与辅助服务市场风险管理内部DGs签定个性化合约一、虚拟电厂发展背景三、虚拟电厂交易运行四、虚拟电厂应用场景案例对国内外需求侧及虚拟电厂参与市场交易机制进行调研，研究适宜不同场景的市场化交易机制设计。对当前上海电力交易现状进行调研，研究在当前体制下，基于中长期电量市场的虚拟电厂交易方法。在现有电力交易体制框架下，研究虚拟电厂参与能量和辅助服务市场化交易考虑未来现货市场发展，提出现货市场环境下考虑虚拟电厂参与的典型设计方案。维度中长期电量市参与现货市场参与现货市场辅助服调峰辅助服务的二级市场参与高峰调峰交易电力电力维度(原有序用电用户自愿向虚拟电厂购买电能)系统调频辅助服务交易直接购买方式和与常规电厂捆绑模式一、虚拟电厂发展背景三、虚拟电厂交易运行四、虚拟电厂应用场景案例背景背景可再生能源协会清洁能源委员会(CEC)在其《2022年澳大利亚清洁能源报告》中透露，2021年，澳大利亚总共增加了1209MW的规模超逾5MW太阳能项目，并且可再生据显示，截至2021年12月，澳大利亚国家电力市场(NationalElectricityMarket,NEM)发电装机总量约为65吉瓦，其中分布式光伏约为14GW。虚拟电厂被认为是澳大利亚NEM未来能源组合的重要组成部分。通常，虚拟电厂作为用户侧可调节负荷资源、储能设备、分布式能源、新能源汽车等灵活性资源集成聚合的主要形式，对海量灵活性资源进行感知监测、状态估计、聚合互动，从能量、空间、时间三个维度实现需求侧资源集群参与电网调峰、新能源消纳、市场交易等多场景应用。试点目标试点目标澳大利亚虚拟电厂(VirtualPowerPlant,VPP)蓬勃发展，项目规模不断扩大，为此澳大利亚开展了一系列电力市场改革措施研究，探索如何能够将可再生能源、储能技术、分布式能源和需求响应等20资源与电力市场运行进行有效整合，其中的一个环节是为期两年的虚拟电厂参20以用户侧家庭电池储能系统为主的VPP运行模式及其参与FCAS市场提供服务的技术规范，AEMO与澳大利亚可再生能源机构、AEMC、AER以及分布式能源整合计划辅助服务(FCAS)、为配网提供电压支撑等方面的能力，检验虚拟电厂是否具备增值潜力及增值空间，为虚拟电厂纳入电力市场体系规则制定和技术要求积累经验。AustralianEnergyMa并网的VPPs侧重于协调屋顶光伏、电池储能和可控负载设备。TransmissionDistribution虚拟电厂示意图概览位置规模(兆瓦)维多利亚州新南威尔士州1共计8家虚拟电厂市场主体注册参与试点运行的虚拟电厂的技术设备都是“光伏+储能电池”总容量合计为31兆瓦，绝大部分(27兆瓦)在南澳大利约7150用户签约参与试点虚拟电厂项目，几乎占安装储能电池用户的口需要在NEM适当注册为市场客户或市场辅助服务提供商，或成为其中一个申请人适当注册的集团的一部分)口具备符合所要求的两份技术规范文件：最低技术规范数据规范√聚合的VPP数据集——每个VPP的预期有功功率流的能预测)√设备数据集——一组以每5分钟采集频率分辨率采样的DER系统变量。试点运行实施方案还规定虚拟电厂的最小规模为1兆瓦，不得包含集中式储能电池。AEMO采取了三种虚拟电厂参与市场试点运行的方式：口一是虚拟电厂与售电公司合作同时参加调频辅助服务市场和实时电力市场；在这种情况下，虚拟电厂要与售电公司签订协议，虚拟电厂不必进行注册，交易机构与售电公司进行结算。口二是售电公司拥有的虚拟电厂参加调频辅助服务市场和实时电力市场交易。口三是虚拟电厂可以单独注册，但仅能参与调频辅助服务市场。参加试点运行的虚拟电厂市场主体在注册时需提交用户表计标识码和电表技术参数，注入频率测试数据，无须缴纳注册费。RetailerengageswithVPPoperatorAEMOAEMOAEMO参与电能量市场VPP电力现货市场价格响应澳大利亚VPP可以作为电网连接点处的财务责任市场参与者(FinanciallyResponsibleMarketParticipant,FRMP)即电力零售商，或是与FRMP签订商业合同根据目前监管要求，容量规模超过100兆瓦的VPP可以不参与电力现货市场集中调度，导致AEMO缺少VPP响应电力现货市场电价的运行状态监测信息。为进一步提高VPP运行状态可观测性、可预测性与可协调性，AEMO提出可以通过借鉴WDR相关规地区新南威尔士州昆士兰州阈值(兆瓦)辅助服务交易品种虚拟电厂可参与其中六种应急恢复用调频辅助服务品种交易：分别为快速向上恢复，快速向下恢复，慢速向上恢复，慢速向下恢复，延迟向上恢复，延迟向·受技术条件限制，试点运行期间虚拟电厂不参与由AGC调控的修正用调AEMO对虚拟电厂提供调频辅助服务的技术要求进行了相应规定，其中包括数据采集装置的技术标准、有功功率和频率计量点、数据采集时间颗粒度、计量精确度、计量数据的同步性、虚拟电厂对计量点频率偏移响应的时间等，并印发了测试虚拟电厂对频率偏移响应功能的操作规程。澳大利亚虚拟电厂运行情况澳大利亚虚拟电厂运行情况调频辅助服务市场调频辅助服务市场试点运行期间出现了几次突发事件，对于应急恢复频率需求，多数虚拟电在2020年4月至2021年4月期间，VPP在应急调频市场份额从0.6%增加到3%,VPP提供应急调频服务平均响应水平从2兆瓦增加到14兆瓦。测技术上传的数据。28澳大利亚虚拟电厂运行情况电能量市场口市场分析显示，即使在实时价格高于10000澳元/兆瓦时、低于负500澳元/兆瓦时这样的极端情况下，虚拟电厂的反应并不存在趋同行为。在实时价格极高时，有三家虚拟电厂在39%的时间内做出相应反应。上与虚拟电厂每天中午充电时间重合。在其他负价格时间，虚拟电厂充电是非常有限的。54000PowerofMany欧洲最大的虚拟电厂(VPP)运营商之一。不仅仅是电力交易商、能源服务提供商或清洁技术公司，而是新能源占比不断提高新能源占比不断提高Q1大力发展可再生能源是实现德国气候目标的重要路径。德国在2021年对其气候目标作出修改，将气候中和目标提前到2045年，2030年德国可再生能源占比计划从目前的46%提高到80%,占一次能源的比例从目前的20%提高到30%,2022年德国新增光伏装机量达7.29GW。由于电网规划和扩建滞后于可再生能源的发展，德国TSO的电网备用和弃风弃光服务成本近几年呈增虚拟电厂是系统灵活性的解决方案德国的能源聚合市场和灵活性市场规模为75GW,虚拟电厂通过聚合并集中调度分布式能源，成为提升电力系统灵活性的解决方案。德国电力市场高度自由化，《能源经济法》《可再生能源法》等从法律上鼓励、推动虚拟电厂发展。德国虚拟电厂主要业务包括在批发市场销售100kW以上可再生能源电厂的发电量，以及利用灵活性参与日内市场和平衡市场。发展历史发展历史Volumeoftradedenergyofbatteries&PowertoNetworkedCapacityConnecinGermny聚合资源聚合资源了庞大的资源池(Next·水力发电厂为清洁能源发电企业提供平稳出力服务，将不可控的风电、光伏和可控的燃气机组、生物质发电等资源整合从而降低可再生能源的波动性，参与日前日内市场、期货市场及OTC交易，助力新能源消纳。可访问万余资源的实时数据，包括与天气相关的风光出力等。充足的数据能有效提升预测准确率。各类数据会根据自有的气象分析、各交易所市场信息滚动更新，以稳步减少预测误差。通过预测和控制系统，可在任何场景下平衡发电出力，帮助避免风光发电不确定性带来的市场惩罚损失。35盈利模式电力计划套利——充分利用灵活性通过VPP聚合分布式资源，可在平衡电网波动方面发挥至关重要的作用。NextKraftwerke在其VPP中将小规模发电商、储能单元和工商业用户联网，提供进入辅助服务市场的途径。灵活资源需要满足以下要求：·具备快速响应能力。控制系统控制系统是VPP的核心，通过M2M联网与自动化。TSO、电力市场、发电商和用户之间的数据交换是高度加密的。控制系统实现了大规模信息的采集存储，包括VPP当前运行情况及各资源的状态，继而根据来自EPEXSpot的实时价格信号，每15分钟调整所有灵活发电资源。冗余服务器结构确保虚拟电厂持续运行。使用IEC60870-5-104遥控协议，将分布式资源连接到VPP控制系统，使得VPP能够像一个单独的发电厂一样操作所有连接的单元，收集资源信息，使设Box符合TSO传输规范和德国联邦信息安全办公室(BSI)的要求。能源交易管理系统特斯拉研发的Autobidder能源交易管理系统特斯拉研发的Autobidder是智能的能源交易管理系统，可以提供基于价值的资产管理和投资组合优化，使所有者和运营商能够根据业务目标和风险偏好配置最大化收入的运营策略；具有优化能源产品能效及实现智能交易功能，可以为客户提供日前、日内、实时电力交易与运营服务。40√2012年，特斯拉开始研发家用储能设施Powerwall和中型商用储能设施Powerpack,进军能源领域；随之布局光伏发电与深化光储协同；√2017年推出智慧能源管理平台Autobidder,实现了“车+桩+光+储+荷+智”生态系统整合，成为特斯拉布局分布式能源的核心与枢纽。Autobidder平台托管在Tesla高度可靠且安全的云基础架构上，可执行大规模复杂计算，通过安全的WebAPI与市场运营商和客户进行对接。Autobidder市场数据算法库投标服务市场数据预测优化指令与控制预指令与控制预测与报警开源数据开源数据8分布式日志服务端批发市场，包括能源、辅助服务和容量输配电水平的电网服务可再生能源平稳出力双边合同安排其他投资组合需求Autobidder作为虚拟电厂实时交易和控制平台，聚合资源种类主包括EV、储能、光伏等特斯拉生态系统。其作为分布式数据库和算力平台，与能源产品进行双向通信，提供负荷和发电量预测共享功能，与各级资源的信息和计算数据互联共享，为虚拟电厂实现精准预测、快速调度、智慧响应功能。特斯拉虚拟电厂生态产能市场汽车产能私有能源调度数据分析能源调度Autobidder汽车电池负荷预测负荷预测价格预测调度优化特斯拉新能源汽车充电网商业电网特斯拉能源光伏发电电网特斯拉能源光伏发电特斯拉充电网络实践案例Autobidder项目进展时间时间澳洲将多余的电能汇集到中大型储能设施Powerpack和Megapack,并出售给电网公司获得收益，实现了光伏业主、特斯拉2019特斯拉位于澳大利亚南部的HornsdalePowerReserve储能电站在高频电力交易中取得成功，仅2年多就收回投资2020特斯拉已在线上拥有了1000个Powerwall,同时也已得到下阶段新增3000个储能产品的合约拥有者定制了能源管理计划，并将其特斯拉能源计划和特斯拉虚拟电厂扩展到维多利亚州虚拟电厂计划美国试验结果表明，设备能够在几秒钟内激活空闲的电池容量，并为电网提供输电服务，进而减轻德州电网的压特斯拉目前正在呼吁德州的主要电网营运商改变规则，就住宅电池如何参与电力市场和获得收益制定规则。若该计划得到德州电力可靠性委员会(ERCOT)的批准，将在一年内推出住宅发电计划与美国加州公共事业公司PG&E合作在加州创建新的虚拟电厂(VPP),向符合条件的Powerwall用户提供2美元每kWh的报酬激励，以便在电网发生紧急状况时向其输送额外电力，从而保障电网稳定，避免停电事件发将有5万个Powerwall用户符合补贴条件，累计500MWh的能源容量可以在电力紧急状况下调配。根据市场电力需求系统越大，收益越多。随着PowerwallVPP项目的成功推进，特斯拉将建成世界最