高赐威-虚拟电厂、需求响应和负荷调度的概念思辨

虚拟电厂、需求响应和负荷调度东南大学电气工程学院电力经济技术研究所虚拟电厂领域的研究工作研究工作研究工作•从2017年起支撑上海虚拟电厂研究和建设，承担上海、广州、深圳、国网综能等单位委托虚拟电厂研究项目三十余项。•城市商业建筑虚拟电厂系统关键技术及示范应用，2020年上海市科技进步二等奖；•面向需求响应的海量柔性负荷聚合运行关键技术及应用，教育部高等学校科学研究优秀成果奖二等奖；标准化工作标准化工作•TC575全国电力需求侧管理标委会虚拟电厂标准工作组组长；•作为主答辩人参与首批两项虚拟电厂国标《虚拟电厂资源配置与评估规范》《虚拟电厂管理规范》国标和一项行标《虚拟电厂可调节性能指标设计与计算方法》答辩并成功立项。OUTLINE新能源大规模发展带来的重大挑战随着“双碳”目标的提出，能源转型不断推进，高比0202120302021203014151052030年实现“碳达峰”风电、光伏装机12亿千瓦以上!负荷（万千瓦）330032503300325032003150310017508750012345175235045256700887600持续时间（小时）超过97%最高整点负荷：15小时400030002000100001月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月0最高负荷：3352万千瓦最大峰谷差：1212万千瓦供给侧灵活调节能力下降需求侧负荷不确定性增加电力系统运行视角用户侧资源的尚待开发电动汽车电动汽车商业负荷工业负荷商业负荷工业负荷 电源侧灵活性资源发展受限双碳目标下，新能源大规模发展，传统火电调节资源逐步下降，预计2030年下降至50%，系统灵活性缺乏问题凸显。需求侧灵活性资源规模庞大需求侧海量具有调节性能的用电设备，规模庞大，未得到有效发掘。传统的考虑方式：需求响应（DemandResponse，简称），的诱导性减少负荷的直接补偿通知或者电力价格上升或下降信号后，改变其固有的习惯用电模式，促进供需平衡，从而保障电网稳定的短期行为。OUTLINE55需求响应：需求响应：电力用户收到经济信号，改变其固有用电行为。••基于价格的需求响应：用户根据收到的价格信号，包括分时电价（TimeofUsePricing，TOU）、实时电价（RealTimePricing，RTP）和尖峰电价（CriticalPricing，CPP）等，相应地调整电力需求。•基于激励的需求响应：用户参加经济激励项目，包括可中断电价、直接负荷控制、需求侧竞价，并进行用电行为的改变。可靠性需求响应可靠性需求响应 •电网作为发起方：当出现了电力供需平衡缺口；•售电公司作为发起方：当出现了批发市场和零售市场价格差异；•负荷聚合商作为发起方：筹措需求侧资源参与辅助服务市场；经济性需求响应功率功率时间需求响应：•需求响应是针对负荷而言，负荷是电能量的需求方，是被满足的对象；•改变用电行为，即改变其固有负荷曲线，需要获得额外的经济激励。交易的载体交易的载体—通过“聚合”和“通信”进行管理和运行控制•虚拟电厂可看作是在传统电网物理架构上，利用先进技术把分布式发电、分布式储能设施、可控负荷等不同类型分布式资源进行整合协同开展优化运行控制和市场交易的载体,使之呈现出电厂的特性，实现电源侧的多能互补和负荷侧的灵活互动，对电网提供电能或调峰、调频、备用等辅助服务。虚拟电厂虚拟电厂大电网互联网为“厂房”，以数据为“燃料”调整量模型：虚拟发电机组等效出力时间G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。ppoutput=G=ΔL绝对量模型：功率//时间功率//时间G分布式发电机组虚拟电厂厂用电虚拟电厂•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的“电厂”，具有电厂的身份，是市场的供应者。•在虚拟电厂内部，分布式电源即电厂的发电机组，分布式可调负荷即电厂的厂用电。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。绝对量模型•适用于能量交易、调峰、调频、等各种场景；•绝对量模型•适用于能量交易、调峰、调频、等各种场景；•更适用于净功率输出型/电源型；•没有负荷基线依赖，可常态化运行；调整量模型•适用于调峰；•不适用于能量交易与调频；•适用于净功率输入型/负荷型；•依赖于负荷基线，常态化调用较为困难。负荷调度打破了传统电力系统运行模式，以电力供需平衡为目标，将负荷也作为到提供平衡能力的资源来看待，实现供需的动态平衡。定义（可调节负荷）定义（可调节负荷）-DL/T2473.1~2473.13•电力系统中具备技术条件参与电网调度的负荷资源，可以是满足准入条件的大用户、也可以是聚合后的主体。•通过车联网平台（电动汽车）、智慧能源服务平台（营销）、第三方独立主体（虚拟电厂）聚合平台、大用户模式接入负荷调控系统，具备按照电网调度指令或既定控制策略参与调节的能力。自动功率控制（自动功率控制（APC）•采用信息通信和自动控制技术，通过调度侧向发电厂、大工业负荷或聚合商平台接入的可调节负荷下达实时调节指令，实现对电网调控范围内发电机、可调节负荷等“源-网-储-荷”各环节调节资源有功的目标计算分配和自动跟踪调节，达到满足电网实时平衡及频率调节等要求，维持系统频率和联络线交换功率在计划偏差范围内的闭环控制过程，是传统的自动发电控制（AGC）功能进一步深化拓展。分布式、用户侧传统来说对于大电网完全不可见，通过负荷预测作为系统运行的边界条件。互联网为“厂房”，以数据为“燃料”虚拟电厂大电网虚拟电厂的技术特征要称之为电厂，要称之为电厂，二者至少必居传统电厂其一虚拟电厂概念隐含的•发出电功率能量市场是能够被系统调度？控制是必须的吗？多大规模才集中型电站不是，监测+预够格呢？市+分布式资测也是管理场准入容量源可以吗？门槛•虚拟电厂聚合对象，•聚合分布式资源的目•虚拟电厂是分布式资源的可以是分布式电源、的是可管理，即监测+规模化体现，只有规模化柔性负荷、储能或其预测+控制。才可与传统机组一样参与组合，但应该是分布式，否则谈不上“虚拟”。分布式可管理规模化ll虚拟电厂参与需求响应有负荷基线的问题；l此时其实际扮演的是负荷聚合商的角色，并非虚拟电厂。虚拟电厂调用下属负荷资源可基于需求响应虚拟电厂不存在负荷基线问题。需求响应是虚拟虚拟电厂发挥负荷聚合商作用，参虚拟电厂发挥负荷聚合商作用，参虚拟电厂参与主网交易和调度虚拟电厂与可调负荷由中电联组织，TC575牵头TC564、TC549、TC82等全国8家标委会成立“虚拟电厂”标准工作组，规划了22项虚拟电厂标准，目前两项国标立项、一项行标立项；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方面。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OUTLINE55从分布式资源到虚拟电厂、可调节负荷的基本认识可调节负荷、负荷型虚拟电厂？可调节负荷、负荷型虚拟电厂？虚拟电厂（可调度、消耗电功率可调度、输出电功率）作为买方参与，但是此时还能称为实质上是购买方。分布式光伏分散式风电...（不可调度、输出电功率）灵活性辅助服务市场（功率平衡能力）小型燃机能量市场储能虚拟电厂的构建市场机制的市场机制的重要性：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类型规模地理/电气位置成本能量市场辅助服务市场价格价格虚拟电厂的资源配置以盈利作为目标是如何聚合不同类型分布式资源从而形成虚拟电厂的依据。分布式电源柔性可调负荷储能虚拟电厂构建虚拟电厂中不同资源的配比问题分布式光伏特定场景下为什么要聚合成为虚拟电厂分布式光伏特定场景下为什么要聚合成为虚拟电厂分布式光伏上网按基准价结算；格大致相当于基准价上浮20%分布式光伏上网按基准价结算；格大致相当于基准价上浮20%。目前江浙沪批发价•对分布式光伏而言虚拟电厂参与批发市场有可能获得更高价格（批发售电价格>分布式光伏上网电价对照一般商品本应如此）；目前江浙沪批发价•对电力系统而言虚拟电厂对调度可见，成为被调度管理和考核的对象，有利于系统安全运行。光伏出力的不确定性在市场中意味着光伏出力的不确定性在市场中意味着损失和风险；基于成本收益分析计算确定配储容量。集中光伏配储能“建而不调”问题的引申集中光伏配储能“建而不调”问题的引申•集中光伏配储能应是光伏场站自身参与市场运行扩大收益、减小损失的需要合理市场机制设计;•分布式光伏聚合形成虚拟电厂，其配储能也是由于配储可以获得更大的收益。OUTLINE551.集中管理模式（分布式交易-代理控制权转让模式）VPP功能虚拟电厂的运营管理模式（离线分布式交易）1.集中管理模式（分布式交易-代理控制权转让模式）VPP功能发电及负荷预测参与市场招投标市场风险管理制定发电计划满足负荷需求实时运行控制辅助服务计划及控制网络安全管理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集中管理模式下，VPP对于所属的资源具有集中优化控制的职能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虚拟电厂的运营管理模式（在线分布式交易）数据交换及处理市场价格、气象及负荷预测2.数据交换及处理市场价格、气象及负荷预测制定运行计划参与市场招投标内部DGs签定个性化合约OUTLINE55虚拟电厂是一个技术平台虚拟电厂是一个技术平台•依托通信、控