虚拟电厂关键技术剖析与发展模式探索 陈宋宋

口截至2024年3月底，全国可再生能源装机约15.85亿千瓦，新能源出力波动性、随机性，加口按照2025年波动性可再生能源发电规模10亿千瓦测算，考虑火电灵活性改造、天然气发电国家能源局发布1-3月份全国电力工业统计数据512341电化学储能2求755国家国家发展改革委国家能源局(发改能源〔2022〕210号)国家发展改革委国家能源局国家发展改革委国家能源局场建设工作的通知》(发改办体改〔2023〕813号)山西能源局行)》(宁发改运行〔2023〕269号)(穗工信规字〔2021〕4号)鼓励开展“聚合式”虚拟电厂和“微网式”虚和3元/千瓦，次(2小时以上)。2023年度夏期间，国内共出现三轮高温，全国用电负荷快速攀升并创下新高。其中，第三产业公建筑、商业楼宇中空调负荷占比较大，约40-60%,因此亟需通过楼宇建筑用电系统工业负荷可调节潜力巨大：依据当前高耗能工业负荷规模估算，蕴藏的可调潜力约1.08亿分行业(中类)削峰节负荷前15行业资源情况用户数(户)容量(万千瓦)占资源库的比例(%)分布式电源、储能，可在园区内形成局部平衡自洽模式(1,也可以主动参与电网需求响应与辅助光储荷互动控制运行技术导则I机组I分布式电源分布式电源协同控制策略研究[J交通节能与环保.2022.18(88):15-218感知监测感知监测◆信息获取不全，资源动态评估准确度低。潜力评估涉及气候、地域、用户行为等多种因素，如用户生产工艺流程和安排涉及商密核心数据，获取困难。信息不全导致动态潜力评估准确度。◆标准应用范围小，电网互动工作仍处于起步阶段。各类设备、系统交互接口设计存在标准空白92.虚拟电厂技术架构-电源型·控制时效性：秒级实时控制；20%调节容量/min;·参与交易品种：实时电能量交易、日前现货市场、备用辅助服务、调频辅助服务、营销数据调控信息响应信息出清结果执行认定营销数据信、控制终端2.虚拟电厂技术架构-负荷型·控制时效性：秒级、分钟级、小时级；易、日前现货市场、备用辅助力，多由用户自行调节，可靠营销系统营销系统营痛数据↓新型负荷管理系统(虚拟电厂运营服务模块)信、控制终端物联管理平台L工业负荷楼宇空调_电动汽车铁搭基站2.虚拟电厂技术架构-混合型20%调节容量/min;·调节精度：以每15分钟为一个时段计算偏差率，不超过±10% (山西)。营销数据调控信息响应信息出清结果①执行认定营销数据无线专网公网互联网2.虚拟电厂技术架构-指标要求备用能力电压控制时间1级≤1分钟≤1分钟2级20秒-1分钟1分钟-1小时1分钟-1小时20秒-1分钟3级1分钟-5分钟1分钟-5分钟1级2级3%-20%/分钟1%-10%/分钟1%-10%/分钟3级1%-3%/分钟10%-25%/分钟1级2级3级注1s代表秒，min代表分，h代表小时，d代表天，m代表月，y代表年。注2"响应时间为20s-1min“表示"20s<响应时间≤1min”,"响应时间为1-5min“表示"1min<响应时间≤5min”等。力预测技术适应调峰调频场景面向多元电力市场电力用户节约电力长等多维度提出不同类型用户可调节负荷多时间尺度潜力测算方法。以全网市场调用成本最低为优化目标，基于短期/超短期负荷预测，综合考虑系统平衡约束等常规约束基础上，设计可调节负荷日前计划/日内调节用电功率控制策技术(1)基于模拟概率生成可再生能源出力预测技术。通过贝塔分布拟合、威布尔分布拟合等 贝塔分布核密度估计法长短期记忆学习算法商业负工作日节假日极端可再源出力概率模型线时间序列分析算法典型日分析聚类蒙特卡洛模拟(1)分析典型工业用户生产流程、商业用户经营规律、居民生活特性与典型分布式电源发用户约束及影响因素,聚合形成行业用户可调节潜力评估模型。用户约束及影响因素行业可调节潜力用户参与设备互动响应率行业可调节潜力用户参与设备互动响应率限限限限关键用电设备经营时间用电模式发展规模情况情况用电及调数据驱动的虚拟电厂可调节潜力评估过程：(1)分析考虑行业及分布式电源发用电特性的宏观负荷及出力特性。横向聚类分析不同行业/企业的用电负荷、多种类分布式电源出力特性数据，纵向聚类分析行业/用户年负荷数据、分布式电源长期出力数据，得到其可移峰、移时、参与削峰填谷的潜力。(2)开展工业企业生产工序与分布式电源单机数据挖掘，分析工艺级设备级微观负荷出力特性。构建生产企业生产工序网络图，对每道工序的可调节时间、容量潜力进行分析；通过设备调研和行业专家调研，开展分布式电源设备级出力特性分析。(3)典型行业典型用户可调节潜力聚合计算。典型行业可调节潜力可由行业内多个典型企业的可调节潜力进行聚合计算得到，通过取并集获得可调节潜力的上包络线和下包络线，通过取交集获得置信度较高的可调节潜力值(或区间)。避峰迎峰特性不不工序级设备级可调潜力分布式电源设备级特性曲线分析潜力推算潜力推算荷聚合商上报的实际报价和负荷用户聚合后的实际可用容量(考虑用户意愿)等信息，引入火电机组调峰约束及可调节负荷资源的耗能或电池电短期/超短期短期/超短期系统负荷预测优化目标·调峰成本最大消纳约束条件·系统平衡储能约束短期/超短期新能源预测市场报价信息电动汽车相关数据分布式储能相关数据常规机组发电计划电动汽车充放电理想计划分布式储能充放电理想计划日前/日内全局优化通过制定新能源出力和常规机组出力计划，根据计算出的控制区调节需求，并下发可调节负等控制技术对用户侧设备进行调节控制，构建适应调峰调频场景的设备级、用户级、区域级负荷调控策略。以铁合金为例，铁合金矿热炉通常采用恒电压控制、生产电流在一定范围内波动不会缩电耀平丝伯电超商业楼宇负荷 电网调度中心电网调度中心根据实际运行情况进行正式出清参与日前申报基于预测出清电价的策略易的历史数据修正预测模型，并将电力市场出清电价的预测值提交给虚拟电厂参考；口第二步：虚拟电厂以略低于预测出清电价来制定竞标时刻的报价，确保自身机组发电容量能够全部参与市场交易，同时保证自身利润达到最大化。等效为一个竞争虚拟电厂，根据现有的竞价博弈模型估计竞的策略集；手反应调整报价策略，使自己作为边际报价，博弈模型的纳什均衡策略组合即为虚拟电厂口第一步：虚拟电厂依据交易的历史数据，判断电力市场实时状态，制定有利于自身利益的报价策略。程。依据此自适应学习模型，预测竞争虚拟电厂可能采取的行为，有效避免虚拟电厂在竞价过程中对市场状态的错误判断，进一步完善报价机制，提高报价效率。上海黄浦区商业建筑虚拟电厂参与削峰需求响应甘肃某碳化硅企业参与削峰需求响应在工作日，选取用户参与电网互动日或参与电网互动月份第一个互动日前N天，从上述N天中再剔除电力用户日最大负荷最大、最小的两天，剩余 在非工作日，选择用户参与电网互动日前最近的3个非工作日为典型日，其中需剔除电力中断以及用户参与电网互动日，剔除后不足3天的部分向前对于用电负荷受气候等因素影响较大的商业用户、居民用户等，应对基线负荷进行修正，第二步：结果修正辅助决策用户管理辅助决策结算管理>10.虚拟电厂标准编制情况主要涉及方向包括虚拟电厂架构与功能、用例、管理规范、资源配置与评估、系统建设、电源和储能资源接入、终端安全、性能指标、电源聚合与互动、负荷型虚拟电厂平台功能、硬件架构与设备终端、运营系统建设、参与调峰辅助服务等。口信息通信方面：信息交互功能规范、网络安全防护规范、通信协议规范；1国际电工委员会已发布是2国际电工委员会3国际电信联盟456中电联能源互联网标准化技术委员会78否9是否中电联能源互联网标准化技术委员会是负荷侧虚拟电厂管控平台功能导则中国电工技术学会否电化学储能系统接入虚拟电厂技术规范中关村储能产业技术联盟是否国家电网公司是北京国能国源能源科技有限公司否烟台开发区德联软件有限责任公司国电南京自动化股份有限公司国电南京自动化股份有限公司国电南京自动化股份有限公司南京磐能电力科技股份有限公司南京磐能电力科技股份有限公司中长期省内多采用邀约单边报量固组织交易。实际出清情况相应顺延。中长期分钟，最短持续时间为30分钟。报价上限值为400元/MW重庆调频：市场初期暂定调频容量价格为日前3元/MW,日内10元/MW。电能中长期双边协商、挂牌、集中暂无，该品种应主要考虑分布式电源聚合参与交成现货运行日用电计划曲线。301.虚拟电厂参与交易品种-需求响应资源组织用户宣传用户需求响应潜力分析响应参数登记需求响应响应资源认响应资源入库需求响应项目需求响应项目审核项目发布响应资源选取事件通知计算响应容量确定响应计划审批下发计划执行通知用户功率数据监测新计划新计划执行需求响应激励发放单次响应有用户响应有效次数统计响应资源库更新根据基线计算节约/消纳电力(量)分成计算1.虚拟电厂参与交易品种-辅助服务(调峰)辅助服务市场由调度中心组织，通常对需求侧资源(虚拟电厂、储能等)设独立交易品种，包括调峰和调频辅助服务，部分地区将调峰进一步细分为调峰(升负荷)和顶峰(减负荷)辅助服务。动态预测负荷需求动态预测负荷需求行情交易申报负荷曲线出优化调控策略与用电计划编制优化调控策略与用电计划编制市场决策与量(曲线)价申报效果考核跟踪交易结果效果考核参考《第三方独立主体参与华北电力调峰辅助服务市场规则》(试行)1.虚拟电厂参与交易品种一现货市场(日红利=中长期电费-批发电费批发电费=(中长期量×价+日前量×价+实时量×价)/实*盈利红利须传导给用户，运营商盈元MMh元MMh元MMh元MMh虚拟电厂运营商与代理用户约定固定交易结算价格的代理套餐。的代理套餐。能源服务商模式能源服务商模式主要参与方：能源服务商、电力用户。资源类型：可调节负荷、分布式发电资源、储能等。投资方：能源服务商。收益渠道：能源管理、节能服务、电网互动。第三方独立运营模式第三方独立运营模式资源类型：用户侧发电资源、可调节负荷。投资方：第三方运营公司。电网公司共建平台运营模式电网公司共建平台运营模式主要参与方：电网企业、灵活资源所有方、虚拟资源类型：可调节负荷、储能、分布式电源等。投资方：电网公司、其他社会资本。收益渠道：电网互动、系统租赁、数据服务、增值服务、减少通道投资等。垂直模式(发电侧+用户侧)垂直模式(发电侧+用户侧)主要参与方：发电企业、售电公司、电力用户。储能、电动汽车、可调节负荷等。投资方：发电企业及其售电公司。机组启停节约、减少机组投资等。控制容量控制容量交易市场核心优势发展中核心优势发展中专注于运营市场和其他价值链中的可调节资源市场价值预测和优化市场价值预测和优化基本不涉及和优化运营和和优化运营和本地控制设备6.虚拟电厂交易实践案例-浙江2023年1月，浙江首次开展第三方独立主体参与电力辅助服务结算试运行工作，按需组织高载能用户、存储、负荷聚合商等市场主体参与削峰填谷、填谷调峰和旋转备用等三个辅助服务品种交易。截至1月31日，共组织开展11场填谷调峰交易，13日14目15日16日17日13日14目15日16日17日19日110日113日114日116日117日119日120日试运行期间辅助服务出清平均量价出清平均容量出清平均价格囟在出清容量方面，受春节假期影响，市场主体在申报容量和出清容量上基本呈现逐次降低。截至1月底，填谷调峰辅助服务日前累计出清容量为1977.7兆瓦，日均出清容量为49.4兆瓦。(最大99兆瓦，最小25.5兆瓦。)凶在出清价格方面，大多数独立主体基本接近填谷调峰最大申报价格320元/兆瓦时开展申报，整体出清价格偏高6.虚拟电厂交易实践案例-浙江1月填谷调峰日均响应容量67兆瓦，平均响应比例为67%,最大日均响应容量177.4兆瓦。根用9.4万元。结算费用(元)公司#1公司#2公司#3公司#5公司#6公司#7公司#8公司#9