國電南瑞科技股份有限公司博士 陳永華  出席論壇并發表主題演講——《基于虛擬電廠的多元資源與電網互動探索實踐》

 

以下為演講實錄：

    報告分為四個部分：需求、定位、功能、實踐。

    虛擬電廠對于國內相關的行業來說其實不是一個新的概念，學術界在2013年左右的時候，掀起過研究討論的熱潮。相關的示范工程是在2017年之后開始加快推進，2017年江蘇建設了包括可中段負荷、居民類型的虛擬電廠，上海建設了黃浦的商業建筑的虛擬電廠，2019年國家電網公司把冀北和上海列為首批虛擬電廠運營體系的試點單位，這兩個地方的虛擬電廠的示范工程也是在2019年同年年底建成。

    從去年開始，虛擬電廠這個概念就漸漸地熱起來，去年山西省虛擬電廠運管平臺和深圳虛擬電廠云管平臺兩個省級的虛擬電廠管理平臺建成。

    虛擬電廠回應了能源電力系統什么樣的痛點？個人認為主要在雙碳的發展目標下，以新能源為主體的新型電力系統加快推進。在供給側主要體現的就是清潔替代，新能源占比提升，在用電側體現的就是負荷的總量逐年的提升，同時用電的結構也發生了變化。有很多的新型的負荷，包括電動汽車，包括儲能，這種雙向的功率流動的負荷大量的接入，無序的接入，導致電力系統在源和荷兩側都有非常強的隨機性。電力供需的矛盾都是非常突出的，電網的調控是面臨很大的挑戰，在這種背景下就需要挖掘需求側的資源，參與電網的調控。

    虛擬電廠作為整合分布式資源參與電網調度有效的模式，根據我們的工程實踐，它的現實需求是越來越明顯。

    在需求側的用戶有降本增效，提升環保，綜合能效的壓力。但是擁有的資源是規模小，數量多，特性差異比較大，無法直接參與集中的電力市場進行交易。用戶側的資源的商業模式的缺失使得上述的壓力是難以紓解。虛擬電廠的建設能夠賦予分布式資源更多地靈活性，因此不管是從整個電力系統的安全經濟運行的角度，還是從需求側的資源的有序參與市場交易的角度，虛擬電廠都是一種有效的解決方案。

    概念上，虛擬電廠主要的資源主要是分布式電源、可控負荷以及分布式儲能。它兼具靈活性和經濟性，靈活性方面是可以作為正電廠向電網提供供電或者是支撐調峰。又可以作為負電廠增大負荷的輸出，配合填谷，提升能源的消納力。經濟性方面，虛擬電廠在建設運營激勵環節投資成本相對傳統火電廠比較低，相關的數據只占傳統的投入的1/8，是電網進行削峰填谷成本最低的一個手段。

    我們前期做的工作主要是定位在地市級的電力公司層級，通過接入廣泛的儲能空調，充電樁、5G進展第三方聚合平臺以及單體可調設備資源，打造電網的可調資源池，向上對接調度，電力公司的負荷管理平臺以及交易中心，提供多元的服務，同時也為政府提供數據報表，為政府決策規劃提供決策支撐。

    剛剛各位專家也提到虛擬電廠對內要整合用戶側的資源，在內部實際上是一個需要相關的體制機制調動各個主體的積極性，本質上是可以看成是要設計合理的分布式交易體系。我們在實踐過程中有兩種模式，一個是代理模式，一個是在線購買模式。

    咱們的平臺具備多能預測、資源聚合、調配分解三個核心的功能。

    預測模塊，主要是進行發電、負荷以及電價的預測，這樣將虛擬電廠的內外部的隨機性不確定性的因素進行量化，是進行多時間尺度精準聚合和優化調配分解的一個基礎。

    資源聚合模塊，對各類可調資源對象的調節能力，調節速度進行建模分析，結合電網公司的電網拓撲和負荷資源動態映射關系，可以形成分層分級的資源聚合能力。

    調配分解模塊，是面向需求響應、應急支撐、電力交易等業務需求。在不同的時間尺度上對分層分級的聚合資源進行優化組合，生成調配的分解方案，由計劃管理模塊進行滾動的協調控制。同時平臺提供綜合的評估工具，在互動交易過程中提供關鍵的分析指標數據。

    對于新能源發電和負荷進行精準預測是進行可調節資源潛力分析的基礎。這個地方就是有一個更重要的問題，咱們要基于源荷預測，對于負荷的可調節能力多時間尺度的可調潛力進行預測和分析。

    在實際的工程實踐當中，我們碰到過資源聚合對象有不同的接入方式，不同的投資屬性，以及對象本身的不同的運行的特性。我們總結了實際運行的20多類的可調的資源特性，包括儲能、路燈、樓宇、充電樁等等。

    針對不同的可調資源進行了詳細的建模分析，并根據國網調度的相關的要求，對于不同負荷的調控的級別做了一些相應的劃分，分級。這個分級主要是根據資源的響應特性來的，分成1-6級。

    這一頁主要講的是咱們單體資源進行聚合的問題。主要是基于各類可調資源的運行特性的模型，考慮響應速度，調節的域度，調節的可持續時間以及調節的成本等多方面的因素，然后結合設備的實施量測數據和電網的拓撲映射關系，對資源進行分類、分層、分級的多時間尺度聚合能力分析。

    在具體的架構上，分成4級，首先對設備級的可調節資源進行精準的能力分析，再對多個虛擬機組進行聚合分析，形成聚合體日前、日內實時的調節能力，最后形成分區、分類得多時間尺度的調控能力。

    在參與不同的業務的時候，虛擬電廠針對不同的響應目標進行可調資源的優化組合和滾動協調，并且按照以聚合相反的路徑，將調控的策略逐級下發，分解執行，實現分區、分類、分層、分級的精準協調控制。

    虛擬電廠對外主要是通過資源聚合，對外參與電網的應急支撐，需求響應、電力交易等電網的互動業務。

    應急支撐的場景主要是電網在特高壓的直流閉鎖，或者主力電源失去的時候，需要對電網進行緊急控制、調頻，消除設備過載的情況，虛擬電廠根據電網的調控指令快速的改變總體功率的輸出，進行響應，從而保障電網的安全穩定運行。這個響應時間一般是毫秒或者是千秒級以內。應急支撐場景比較適用于用戶側分布式儲能聚合的虛擬電廠，右圖是在實際的工程中做的一個實際的波形。

    需求響應的場景是當省級電網或者是地市級電網出現供電缺口，或者是（出現）填谷的需求的時候，由省級新型負荷管理平臺根據電網調度的指令，開展實時的需求響應或者發布需求響應的邀約。虛擬電廠根據市場的價格信號或者激勵機制，協調內部的可調資源及時做出響應，為電網提供調峰填谷，新能源消納等輔助服務，同時資源用戶獲得相應的經濟收益。

    這一張圖展示通過參與電網互動或者一些市場化的手段，滿足電網的多時間尺度的各種應用需求。應急支撐一般是通過政策手段或者合約來實現，需求響應一般通過市場化的手段實現，涉及的時間尺度包括秒級、分鐘級或者到小時、天，這么一個級別。

    參與電力市場交易需要咱們在平臺上建設具備大數據并發處理能力，安全穩定，交易流程規范的電力交易模塊，輔助虛擬電廠在優化資源調節的同時，參與電力交易，同時也對虛擬電廠接入的各種可調資源收益和考核進行二次分配。

    在互動的實踐方面，第一個案例是咱們在成都建立的儲能的聚合平臺。主要是因為2022年8月份四川地區因為水電占比比較高，剛好碰到長時間的高溫，導致大面積的缺電，所以電網的保供的問題非常的突出，后來緊急立項做用戶側的儲能的接入的聚合，將分布式的儲能納入電網的調峰資源，統籌調度。后期這個平臺還將進一步拓展，接入電動汽車等其他的資源。

    這個是在浙江海寧做的一個案例，海寧有一個尖山新區，這個新區光伏的接入占比非常高，可調資源的容量很大，儲能電站大概5座，光伏電站大概是接近6000座，分布式光伏的可調可控率非常高，95%，整個的靈活的負荷可調容量大概是11萬多，達到整個社會的最大負荷的40.7%。通過平臺的建設，主要是參與應急支撐和需求響應，實現主網的功率缺額時候的快速響應，提升整個區域的電網的彈性。

    這是在南京江北新區做的一個案例。南京江北新區提出一個口號要打造百萬千萬級的城市虛擬電廠，主要的資源包括域內熱泵、能源站，規模化的儲能電站以及電動汽車的智能充電樓宇等等各類的柔性負荷。這個項目已經完成應急支撐、普通固網的調試以及功能模塊的部署，在江蘇省內13個地市跟這個類似，我們做到江蘇省的13個地市的全覆蓋。

    這是國網公司雄安創新中心的項目，這個園區是國網公司重點打造的雄安新區首個成熟落地的智慧零碳園區成套解決方案，它的資源非常的豐富，包括分布式光伏、冷熱能源站、充電樁、智慧路燈、全電廚房、零碳直流建筑等等。我們通過建設這個平臺與河北省調系統對接，一方面對電網輔助服務的要求進行響應，另外一方面進行電網的應急支撐。通過本地的協控、需求響應等綜合策略來實現園區的柔性負荷和電網的友好互動，最大化地挖掘用戶側的柔性可調資源。

    以上是我們在虛擬電廠方面所做的相關的情況的分享，相信隨著整個虛擬電廠的外部環境包括現貨市場、輔助服務市場進一步推進建設，虛擬電廠相關產業有越來越多的機會。另外咱們是平臺的開發方和工程實踐方，我們也希望和高校等相關單位進行合作，前面的報告像交大做了很多的核心算法理念的深入的研究。

    我的匯報就到這里，謝謝！