上海交通大学：虚拟电厂的典型运营模式和关键技术

虚拟电厂的典型运营模式和关键技术2可再生能源替代化石能源是实现“双碳”目标的主要途径，随着新能源发电占比的快速提升，电力系40000分布式电源40000分布式电源市场信息能源绿色低碳转型、电力系统安全可靠运行需要虚拟电厂可调节负荷1来源：国家能源局2022年能源绿色低碳转型、电力系统安全可靠运行需要虚拟电厂可调节负荷1来源：国家能源局2022年一拳度网上新面发布会文字实录2来源：图网能源研究院《中国电力佛分市报接万生物质2030年新能源占比达502虚拟电厂运营模式关键问题交易交易反馈反馈热负荷热负荷热电机组电能燃气机组1、电力市场：除了参与电能量市场或热电机组电能燃气机组碳捕集控制信号2、碳交易市场：虚拟电厂被分配初始碳捕集控制信号天然气需求响应E天然气需求响应E能源转换调峰市场锅合关系深度调峰服务曲线0锅合关系深度调峰服务曲线0启停调峰服务启停二元变量俱应双层优化价格配额曲线竞标童调频服务竞标量2、由于价格配额曲线方法(PQC)价格配额曲线竞标童调频服务竞标量辅助服务市场虚拟电厂控制中心上层问题Max虚拟电厂控制中心上层问题灵活负荷转移策略灵活负荷电价制定1)上层问题约束：灵活负荷转移策略灵活负荷电价制定1)上层问题约束：市场购/售电量约束：可控机组约束；储能设备约束；功率平衡约束；灵活负荷代理下层问题Min灵活负荷代理下层问题2)下层问题约束：可转移负荷功率范围约束：f(x.y³)=inf{f(x.y')-2,h,(x.y联盟效益分配联盟成员谈判1“阶段：联盟效益预估可再生能源预测出力外部市场信息：备用价格虚拟电厂优化组合机制计算单独运行效益列出所有可能组合虚拟电厂优化组合机制计算单独运行效益建立虚拟交易模型计算所有联盟组合计算所有联盟组合3“阶段：联盟成员谈判对比分析个体单独收益与虚拟组合分配收益3“阶段：联盟成员谈判对比分析个体单独收益与虚拟组合分配收益确定最佳虚拟电厂联盟结构不同组合下的虚拟收益分配并传递至各联盟成员确定最佳虚拟电厂联盟结构整体性分析用户对外状态优化和训练VPP结盟信息：完全不平衡功率竞标电价调度出力竞标电价调度出力目标：个体利益过网费上级电网(公共服务企业)合作联盟的驱动力：合作剩余互用电力购电价格购电成本售电收益售电价格互用电力互用电力购电价格购电成本售电收益售电价格互用电力将联盟{S₁,S₂,…,S,}合并为U_S,;分裂规则：对于联盟U_S,若满足{S,S₂……S,}>U₋1S,则将联盟U_S分问题1:虚拟电厂与其他类型市场主体交易市场如何构建风电与虚拟电厂的电能、调频容量交易量。交易量。调频容量远程控制资金流电调频容量远程控制远程通讯共享平台远程通讯第二阶段：根据风电与虚拟电厂的无线通讯确定个体贡献度作为谈判因子，即分配收益的依据。第三阶段：基于共享平台协调确定风电与虚拟电厂的资金收支情况。第四阶段：上报交易结果至TSO,日前交易完毕。第四阶段：上报交易结果至TSO,日前交易完毕。◆确定个体贡献度：传统的对称纳什谈判的目的是平等地分配合作效益，不能反映每贡献度被定义为参与主体交易的商品与该类交易母线主动配电网实体储能电站共享储能调度中心主动配电网实体储能电站共享储能调度中心TCL聚合控制器虚拟储能运营商投资型共享储能模式由专业的第三方运营商负责投资、建设和维护共享储能系统，并为用户提供储能租赁服务，有助于降低用户的风险。虚拟电厂运营商会根据用户提供的需求信息，规划储能电站容量和制定充放电计划，并通过公共母线提供灵活的储能服务。虚拟电厂运营商会综合考虑不同时间的储能需实体储能设备容量的配置，同时有效降低运营温控负荷虚拟储能的能温控负荷虚拟储能的能可以最大程度地满足用户的能量需求，同时降低储能的建设和维主从博弈优化流程主从博弈优化流程开始开始日下的储能需求是否读取所有用户是基于Wasserstein距离生输出优化结果结束用户储能需求优化模型优化配置模型否03区块链在虚拟电厂中的应用需求侧响应侧分布式存储分布式存储产销用多主体以独立节点形式接入大数据去中心化虚拟电厂区块链技术地位平等且分散虚拟电厂区块链技术地位平等且分散云计分布式交易分布式交易负荷聚合智能化自动化安全可信智能合约聚合商1聚合商2聚合商n聚合商1聚合商2资源聚合主体身份密码技术密码技术认证成本风力发电常规发电机组辅助服务辅助服务分布式光伏计量交辅助服务辅助服务电动汽车分布式燃机弹性负荷分布式储能智能居民负荷智能工业负荷相关研究工作相关研究工作市级平台市级平台市交易中心大容量储能市交易中心大容量储能市级平台课题承担单位：国网上海市电力公司市级平台建立虚拟电厂建立虚拟电厂分层互动型交易架构，提升分布式资源参与电网调控的积极性；重点突破满足交易共识快速达成的提出分层互动、分布协调的虚拟电厂区块链可信交易技术。通过主链交易、侧链记录大系0虚拟电厂可信交易架构04国内外工程和商业模式蓝微电网蓝欲电网纵向穿透省、地公司、边缘层，实现对分布式光伏、储能、充电桩、柔性负荷等负荷侧资源的采管理信息大区青青公图地市公同经错经错2部部执执其它业务翼北电力交易中心华北辅助服务市场虚拟电厂物联网、大数据专属云计算冀北虚拟电厂智能管控平台华北调控中心(京津唐)审核VPP运营商入市资格公布VPP运营商入市名单及代理可调节资源明细虚拟称、统一信用代码虚拟等·VPP代理可调节资源明细，包括容量、负荷预测、调·申报聚合后的96点功率曲线(MW).调节能力(MW)、运行划等·分解至各可调节资源每15分钟完成市场出清市场出清结果作为实时功率计划下发每15分钟功率计划·分解至各个可调节资源等核定VPP基准功率结算信息等·VPP运营商按照合同约定将收益分解至各个可调节典型项目3:浙江公司丽水虚拟电厂对丽水地区小水电、新能源、柔性负荷、电动汽车等全域大多数灵电动电动灵活资源聚合管理丽水零碳虚拟电厂：对丽水地区小水电、新能源、柔性负荷、电动汽车等全域大多数灵活资源进行聚合管理，打造“超大号电池”。““空天地”全方位感知电源信息网源协同以水为储流域统筹优化网源协同以水为储流域统筹优化虚拟电厂技术支持系统虚拟电厂技术支持系统应用场景二：新能源消纳困难应用场景二：新能源消纳困难拟电厂整体的灵活性调节，让出新能源消纳空间50万千瓦，达到“以水为储”国内工程—上海虚拟电厂国内工程—上海虚拟电厂典型项目4:上海超大型城市统一虚拟电厂示范工程聚合工业、商业楼宇、三联供、电动汽车、铁电力交易平台虚拟电厂运行管理与监控平台电力交易平台虚拟电厂运行管理与监控平台用户屋聚合协调新能源发电曲线调节交易及替代调峰交易。设备店设备店国内工程—上海虚拟电厂国内工程—上海虚拟电厂丰富实践经验：管理上海市电力需求响应管理平台、充电站星级评定车网互动效果认定平台，已实施需求响应24次，其中削峰17次，填谷7次，最大填谷111万千瓦，最大削峰56万千瓦，市场结算规模1593万元。,所有100千瓦以上可再生能源发电项目必须参与电力市场交易销售，因此很多分布式可再生能源项目服务。统运营商的招标。降低了参与再调度的最低门槛，即从10MW降低到100kW,售。灵活性的法律基础和先决条件。能源资源组合发电侧、需求侧，储能需求侧发电侧、需求侧发电侧、需求侧发电侧电厂规模(2021年)(2018年)3000MW以上(2015年)(2019年)资源管理与优化√√√√√√√√√√√√直接销售√√√√√需求响应(工商业)√√√√√需求响应(家庭)√向消费者/产消者供电√√√独立虚拟电厂电力公司新型市场参与者虚拟电厂虚拟电厂等全链条能源服务，因而获得了海量的响应资源(2021年其电厂规模已达9800MW)。标杆案例1:德国西部鲁尔地区OBO公司的短期柔性储能业务。Next-Kraftwerke公司帮助OBO公司向电网提供柔性储能服务，为OBO安装了两台紧急备用发电机，当电网频率发生过度偏移时，Next-Krafttwerke虚拟电厂的控制系统将激活这20%的电力，而20%的电力占据了发电量60%-70%的总收入。公司将美国虚拟电厂主要以负荷侧灵活性资源为主，需求响应整体分布式能源(DER)“虚拟“单元参与电力市场交易内可持续输出能量市场：最低聚合容量不小于0.5MW;旋转备用市场：最低聚合容量不小于20MW;(单个分布式资源容量不超过1MW)2)每4s提供状态信息；能量市场：10MW以下无需遥测辅助服务市场(旋转和非旋转备用):1)无论任何容量都需要遥测；2)每4s提供状态信息；1)无论任何容量都需要遥测；2)每4s提供状态信息典型运营商及案例：特斯拉以其Autobidder实时交易和控制平台为核心，依托其“车+桩+光+储+荷+智”的闭环产业生态，形成超强的虚拟电厂服务能力，通过与电网公司合作、独立运营等方式在能源调度能源调度汽车电池负荷预测负荷预测光伏发电标杆案例1:1度电2美元，加州公共事业公司PG&E借助Powerwall向择以每月55美元分期10年或一次性5500美元(2017年Powerwall原电网公司——需求主体政府机构——监管主体42国外从事虚拟电厂业务的典型厂商目前国外如NextKraftwerke、Tesla、Sonnen等厂商已进入商业化运营的快车道，其商业模式可以下述维度分析：从盈利模式来看，虚拟电厂可通过提供灵活性服务、电价套利，降低调峰成本、负荷平衡成本等运行成本，优化基础设施投资等方式获利。从组织实施来看，电网公司、售电企业、发电企业、专业运营商都可以主导运营虚拟电厂。从激励模式来看，虚拟电厂运营商为吸引用户接入主要采取包括电价优惠、固定费用、利润分成三种方式。国外从事虚拟电厂业务的典型厂商简介网电价，以换取用户设备的控制使用权即类似于固定月租形式对参与调节的总利润优点营业务捆绑开展，便于推广虚拟电厂运营商因为没有向用户提供固定激励，所以在市场劣势应用范围受限，虚拟电厂与用固定费模式下对提升用户的积商承担主要风险应用实例DISCOVERENERGY公司：吸引零售客户以固定上网电价厂平台公司：向Vermont地区的零售客户每月支付15美元以将其储能电池接入网平衡市场竞标的利润我国电力市场建设仍在加速推进，虚拟电厂这类第三方主体参与市场交易仍在逐步探索，因此我国电力市场建设仍在加速推进，虚拟电厂这类第三方主体参与市场交易仍在逐步探索，因此目前虚拟电厂可通过参与电力市场交易(目前仅调峰辅助服务市场、部分试点现货市场)或者政策性(市场渠道)·第三方运营商(技术、平台提供商)虚拟电厂)虚拟电厂(主流)·现货(很少)(降低系统峰值、提高低谷新能源消纳、提供系统调节能力)(政策补贴)·第三方运营商(技术、平台提供商的需求侧响应交易应(削峰为主)体的能源服务模式是关键。鉴于虚拟电厂仅提供调节能力获取的收益成长空间受限，且单一参与电网调节的业务布局难以培养足够的客户粘性，把握虚拟电厂发展的核心——客户资源，因此国内外大部分运营商核心特色，也是现阶段重点趋势②:平台模式成为虚拟电厂规模化发展的关键。现阶段，虚拟电厂主要发展的是基于状态信息感知的物联网平台模式，对负荷侧可调节资源发挥数据采集、聚合调控、交易结算、运营分析等作用，典型的如冀北虚拟电厂平台模式等。未来，随着虚拟电厂规模不断提升，物联网平台将作为虚拟电厂运转的基本底座，而具备交易撮合、征信、产业链金融、专业化运维、宣传推广等功能的供需对接类生态平台将为发展重点，为用户、虚拟电厂运营商、金融企业、专业运维公司、设备软件厂商等提供交互和赋能服务，技术：IT技术主导，与物①用户倒智能终端篮、能漆资产组合.运①用户倒智能终端篮、能漆资产组合.运②边缘智能网关双重属性双重属性强业务趋势③:具体可以从平台类型、技术发展、商业模式三方面解构平台模式的发展阶段特征。平台类型模式上，当前以提供专业服务为主，未来功能订阅、金融服务、应用商店分成等模式将会兴起，在产品交未来趋势未来趋势项目级物联网平台、能源服务电商平台有机链接的层次化平台体系项目级物联网平台、能源服务电商平台技术发展趋势④:在上述发展阶段分析的基础上，提出未来虚拟电厂平台模式发展重点为覆盖交易服务、专业