国电南瑞科技股份有限公司博士 陈永华  出席论坛并发表主题演讲——《基于虚拟电厂的多元资源与电网互动探索实践》

 

以下为演讲实录：

    报告分为四个部分：需求、定位、功能、实践。

    虚拟电厂对于国内相关的行业来说其实不是一个新的概念，学术界在2013年左右的时候，掀起过研究讨论的热潮。相关的示范工程是在2017年之后开始加快推进，2017年江苏建设了包括可中段负荷、居民类型的虚拟电厂，上海建设了黄浦的商业建筑的虚拟电厂，2019年国家电网公司把冀北和上海列为首批虚拟电厂运营体系的试点单位，这两个地方的虚拟电厂的示范工程也是在2019年同年年底建成。

    从去年开始，虚拟电厂这个概念就渐渐地热起来，去年山西省虚拟电厂运管平台和深圳虚拟电厂云管平台两个省级的虚拟电厂管理平台建成。

    虚拟电厂回应了能源电力系统什么样的痛点？个人认为主要在双碳的发展目标下，以新能源为主体的新型电力系统加快推进。在供给侧主要体现的就是清洁替代，新能源占比提升，在用电侧体现的就是负荷的总量逐年的提升，同时用电的结构也发生了变化。有很多的新型的负荷，包括电动汽车，包括储能，这种双向的功率流动的负荷大量的接入，无序的接入，导致电力系统在源和荷两侧都有非常强的随机性。电力供需的矛盾都是非常突出的，电网的调控是面临很大的挑战，在这种背景下就需要挖掘需求侧的资源，参与电网的调控。

    虚拟电厂作为整合分布式资源参与电网调度有效的模式，根据我们的工程实践，它的现实需求是越来越明显。

    在需求侧的用户有降本增效，提升环保，综合能效的压力。但是拥有的资源是规模小，数量多，特性差异比较大，无法直接参与集中的电力市场进行交易。用户侧的资源的商业模式的缺失使得上述的压力是难以纾解。虚拟电厂的建设能够赋予分布式资源更多地灵活性，因此不管是从整个电力系统的安全经济运行的角度，还是从需求侧的资源的有序参与市场交易的角度，虚拟电厂都是一种有效的解决方案。

    概念上，虚拟电厂主要的资源主要是分布式电源、可控负荷以及分布式储能。它兼具灵活性和经济性，灵活性方面是可以作为正电厂向电网提供供电或者是支撑调峰。又可以作为负电厂增大负荷的输出，配合填谷，提升能源的消纳力。经济性方面，虚拟电厂在建设运营激励环节投资成本相对传统火电厂比较低，相关的数据只占传统的投入的1/8，是电网进行削峰填谷成本最低的一个手段。

    我们前期做的工作主要是定位在地市级的电力公司层级，通过接入广泛的储能空调，充电桩、5G进展第三方聚合平台以及单体可调设备资源，打造电网的可调资源池，向上对接调度，电力公司的负荷管理平台以及交易中心，提供多元的服务，同时也为政府提供数据报表，为政府决策规划提供决策支撑。

    刚刚各位专家也提到虚拟电厂对内要整合用户侧的资源，在内部实际上是一个需要相关的体制机制调动各个主体的积极性，本质上是可以看成是要设计合理的分布式交易体系。我们在实践过程中有两种模式，一个是代理模式，一个是在线购买模式。

    咱们的平台具备多能预测、资源聚合、调配分解三个核心的功能。

    预测?？椋饕墙蟹⒌?、负荷以及电价的预测，这样将虚拟电厂的内外部的随机性不确定性的因素进行量化，是进行多时间尺度精准聚合和优化调配分解的一个基础。

    资源聚合?？?，对各类可调资源对象的调节能力，调节速度进行建模分析，结合电网公司的电网拓扑和负荷资源动态映射关系，可以形成分层分级的资源聚合能力。

    调配分解?？?，是面向需求响应、应急支撑、电力交易等业务需求。在不同的时间尺度上对分层分级的聚合资源进行优化组合，生成调配的分解方案，由计划管理模块进行滚动的协调控制。同时平台提供综合的评估工具，在互动交易过程中提供关键的分析指标数据。

    对于新能源发电和负荷进行精准预测是进行可调节资源潜力分析的基础。这个地方就是有一个更重要的问题，咱们要基于源荷预测，对于负荷的可调节能力多时间尺度的可调潜力进行预测和分析。

    在实际的工程实践当中，我们碰到过资源聚合对象有不同的接入方式，不同的投资属性，以及对象本身的不同的运行的特性。我们总结了实际运行的20多类的可调的资源特性，包括储能、路灯、楼宇、充电桩等等。

    针对不同的可调资源进行了详细的建模分析，并根据国网调度的相关的要求，对于不同负荷的调控的级别做了一些相应的划分，分级。这个分级主要是根据资源的响应特性来的，分成1-6级。

    这一页主要讲的是咱们单体资源进行聚合的问题。主要是基于各类可调资源的运行特性的模型，考虑响应速度，调节的域度，调节的可持续时间以及调节的成本等多方面的因素，然后结合设备的实施量测数据和电网的拓扑映射关系，对资源进行分类、分层、分级的多时间尺度聚合能力分析。

    在具体的架构上，分成4级，首先对设备级的可调节资源进行精准的能力分析，再对多个虚拟机组进行聚合分析，形成聚合体日前、日内实时的调节能力，最后形成分区、分类得多时间尺度的调控能力。

    在参与不同的业务的时候，虚拟电厂针对不同的响应目标进行可调资源的优化组合和滚动协调，并且按照以聚合相反的路径，将调控的策略逐级下发，分解执行，实现分区、分类、分层、分级的精准协调控制。

    虚拟电厂对外主要是通过资源聚合，对外参与电网的应急支撑，需求响应、电力交易等电网的互动业务。

    应急支撑的场景主要是电网在特高压的直流闭锁，或者主力电源失去的时候，需要对电网进行紧急控制、调频，消除设备过载的情况，虚拟电厂根据电网的调控指令快速的改变总体功率的输出，进行响应，从而保障电网的安全稳定运行。这个响应时间一般是毫秒或者是千秒级以内。应急支撑场景比较适用于用户侧分布式储能聚合的虚拟电厂，右图是在实际的工程中做的一个实际的波形。

    需求响应的场景是当省级电网或者是地市级电网出现供电缺口，或者是（出现）填谷的需求的时候，由省级新型负荷管理平台根据电网调度的指令，开展实时的需求响应或者发布需求响应的邀约。虚拟电厂根据市场的价格信号或者激励机制，协调内部的可调资源及时做出响应，为电网提供调峰填谷，新能源消纳等辅助服务，同时资源用户获得相应的经济收益。

    这一张图展示通过参与电网互动或者一些市场化的手段，满足电网的多时间尺度的各种应用需求。应急支撑一般是通过政策手段或者合约来实现，需求响应一般通过市场化的手段实现，涉及的时间尺度包括秒级、分钟级或者到小时、天，这么一个级别。

    参与电力市场交易需要咱们在平台上建设具备大数据并发处理能力，安全稳定，交易流程规范的电力交易模块，辅助虚拟电厂在优化资源调节的同时，参与电力交易，同时也对虚拟电厂接入的各种可调资源收益和考核进行二次分配。

    在互动的实践方面，第一个案例是咱们在成都建立的储能的聚合平台。主要是因为2022年8月份四川地区因为水电占比比较高，刚好碰到长时间的高温，导致大面积的缺电，所以电网的保供的问题非常的突出，后来紧急立项做用户侧的储能的接入的聚合，将分布式的储能纳入电网的调峰资源，统筹调度。后期这个平台还将进一步拓展，接入电动汽车等其他的资源。

    这个是在浙江海宁做的一个案例，海宁有一个尖山新区，这个新区光伏的接入占比非常高，可调资源的容量很大，储能电站大概5座，光伏电站大概是接近6000座，分布式光伏的可调可控率非常高，95%，整个的灵活的负荷可调容量大概是11万多，达到整个社会的最大负荷的40.7%。通过平台的建设，主要是参与应急支撑和需求响应，实现主网的功率缺额时候的快速响应，提升整个区域的电网的弹性。

    这是在南京江北新区做的一个案例。南京江北新区提出一个口号要打造百万千万级的城市虚拟电厂，主要的资源包括域内热泵、能源站，规?；拇⒛艿缯疽约暗缍档闹悄艹涞缏ビ畹鹊雀骼嗟娜嵝愿汉?。这个项目已经完成应急支撑、普通固网的调试以及功能模块的部署，在江苏省内13个地市跟这个类似，我们做到江苏省的13个地市的全覆盖。

    这是国网公司雄安创新中心的项目，这个园区是国网公司重点打造的雄安新区首个成熟落地的智慧零碳园区成套解决方案，它的资源非常的丰富，包括分布式光伏、冷热能源站、充电桩、智慧路灯、全电厨房、零碳直流建筑等等。我们通过建设这个平台与河北省调系统对接，一方面对电网辅助服务的要求进行响应，另外一方面进行电网的应急支撑。通过本地的协控、需求响应等综合策略来实现园区的柔性负荷和电网的友好互动，最大化地挖掘用户侧的柔性可调资源。

    以上是我们在虚拟电厂方面所做的相关的情况的分享，相信随着整个虚拟电厂的外部环境包括现货市场、辅助服务市场进一步推进建设，虚拟电厂相关产业有越来越多的机会。另外咱们是平台的开发方和工程实践方，我们也希望和高校等相关单位进行合作，前面的报告像交大做了很多的核心算法理念的深入的研究。

    我的汇报就到这里，谢谢！