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

 

以下為演講實(shí)錄：

    報(bào)告分為四個部分：需求、定位、功能、實(shí)踐。

    虛擬電廠對于國內(nèi)相關(guān)的行業(yè)來說其實(shí)不是一個新的概念，學(xué)術(shù)界在2013年左右的時候，掀起過研究討論的熱潮。相關(guān)的示范工程是在2017年之后開始加快推進(jìn)，2017年江蘇建設(shè)了包括可中段負(fù)荷、居民類型的虛擬電廠，上海建設(shè)了黃浦的商業(yè)建筑的虛擬電廠，2019年國家電網(wǎng)公司把冀北和上海列為首批虛擬電廠運(yùn)營體系的試點(diǎn)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?zé)崞饋恚ツ晟轿魇√摂M電廠運(yùn)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(yīng)了能源電力系統(tǒng)什么樣的痛點(diǎn)？個人認(rèn)為主要在雙碳的發(fā)展目標(biāo)下，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)加快推進(jìn)。在供給側(cè)主要體現(xiàn)的就是清潔替代，新能源占比提升，在用電側(cè)體現(xiàn)的就是負(fù)荷的總量逐年的提升，同時用電的結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化。有很多的新型的負(fù)荷，包括電動汽車，包括儲能，這種雙向的功率流動的負(fù)荷大量的接入，無序的接入，導(dǎo)致電力系統(tǒng)在源和荷兩側(cè)都有非常強(qiáng)的隨機(jī)性。電力供需的矛盾都是非常突出的，電網(wǎng)的調(diào)控是面臨很大的挑戰(zhàn)，在這種背景下就需要挖掘需求側(cè)的資源，參與電網(wǎng)的調(diào)控。

    虛擬電廠作為整合分布式資源參與電網(wǎng)調(diào)度有效的模式，根據(jù)我們的工程實(shí)踐，它的現(xiàn)實(shí)需求是越來越明顯。

    在需求側(cè)的用戶有降本增效，提升環(huán)保，綜合能效的壓力。但是擁有的資源是規(guī)模小，數(shù)量多，特性差異比較大，無法直接參與集中的電力市場進(jìn)行交易。用戶側(cè)的資源的商業(yè)模式的缺失使得上述的壓力是難以紓解。虛擬電廠的建設(shè)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(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度，還是從需求側(cè)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(fù)荷以及分布式儲能。它兼具靈活性和經(jīng)濟(jì)性，靈活性方面是可以作為正電廠向電網(wǎng)提供供電或者是支撐調(diào)峰。又可以作為負(fù)電廠增大負(fù)荷的輸出，配合填谷，提升能源的消納力。經(jīng)濟(jì)性方面，虛擬電廠在建設(shè)運(yùn)營激勵環(huán)節(jié)投資成本相對傳統(tǒng)火電廠比較低，相關(guān)的數(shù)據(jù)只占傳統(tǒng)的投入的1/8，是電網(wǎng)進(jìn)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(diào)，充電樁、5G進(jìn)展第三方聚合平臺以及單體可調(diào)設(shè)備資源，打造電網(wǎng)的可調(diào)資源池，向上對接調(diào)度，電力公司的負(fù)荷管理平臺以及交易中心，提供多元的服務(wù)，同時也為政府提供數(shù)據(jù)報(bào)表，為政府決策規(guī)劃提供決策支撐。

    剛剛各位專家也提到虛擬電廠對內(nèi)要整合用戶側(cè)的資源，在內(nèi)部實(shí)際上是一個需要相關(guān)的體制機(jī)制調(diào)動各個主體的積極性，本質(zhì)上是可以看成是要設(shè)計(jì)合理的分布式交易體系。我們在實(shí)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(yù)測、資源聚合、調(diào)配分解三個核心的功能。

    預(yù)測模塊，主要是進(jìn)行發(fā)電、負(fù)荷以及電價(jià)的預(yù)測，這樣將虛擬電廠的內(nèi)外部的隨機(jī)性不確定性的因素進(jìn)行量化，是進(jìn)行多時間尺度精準(zhǔn)聚合和優(yōu)化調(diào)配分解的一個基礎(chǔ)。

    資源聚合模塊，對各類可調(diào)資源對象的調(diào)節(jié)能力，調(diào)節(jié)速度進(jìn)行建模分析，結(jié)合電網(wǎng)公司的電網(wǎng)拓?fù)浜拓?fù)荷資源動態(tài)映射關(guān)系，可以形成分層分級的資源聚合能力。

    調(diào)配分解模塊，是面向需求響應(yīng)、應(yīng)急支撐、電力交易等業(yè)務(wù)需求。在不同的時間尺度上對分層分級的聚合資源進(jìn)行優(yōu)化組合，生成調(diào)配的分解方案，由計(jì)劃管理模塊進(jìn)行滾動的協(xié)調(diào)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(guān)鍵的分析指標(biāo)數(shù)據(jù)。

    對于新能源發(fā)電和負(fù)荷進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測是進(jìn)行可調(diào)節(jié)資源潛力分析的基礎(chǔ)。這個地方就是有一個更重要的問題，咱們要基于源荷預(yù)測，對于負(fù)荷的可調(diào)節(jié)能力多時間尺度的可調(diào)潛力進(jìn)行預(yù)測和分析。

    在實(shí)際的工程實(shí)踐當(dāng)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(yùn)行的特性。我們總結(jié)了實(shí)際運(yùn)行的20多類的可調(diào)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(diào)資源進(jìn)行了詳細(xì)的建模分析，并根據(jù)國網(wǎng)調(diào)度的相關(guān)的要求，對于不同負(fù)荷的調(diào)控的級別做了一些相應(yīng)的劃分，分級。這個分級主要是根據(jù)資源的響應(yīng)特性來的，分成1-6級。

    這一頁主要講的是咱們單體資源進(jìn)行聚合的問題。主要是基于各類可調(diào)資源的運(yùn)行特性的模型，考慮響應(yīng)速度，調(diào)節(jié)的域度，調(diào)節(jié)的可持續(xù)時間以及調(diào)節(jié)的成本等多方面的因素，然后結(jié)合設(shè)備的實(shí)施量測數(shù)據(jù)和電網(wǎng)的拓?fù)溆成潢P(guān)系，對資源進(jìn)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(gòu)上，分成4級，首先對設(shè)備級的可調(diào)節(jié)資源進(jìn)行精準(zhǔn)的能力分析，再對多個虛擬機(jī)組進(jìn)行聚合分析，形成聚合體日前、日內(nèi)實(shí)時的調(diào)節(jié)能力，最后形成分區(qū)、分類得多時間尺度的調(diào)控能力。

    在參與不同的業(yè)務(wù)的時候，虛擬電廠針對不同的響應(yīng)目標(biāo)進(jìn)行可調(diào)資源的優(yōu)化組合和滾動協(xié)調(diào)，并且按照以聚合相反的路徑，將調(diào)控的策略逐級下發(fā)，分解執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)分區(qū)、分類、分層、分級的精準(zhǔn)協(xié)調(diào)控制。

    虛擬電廠對外主要是通過資源聚合，對外參與電網(wǎng)的應(yīng)急支撐，需求響應(yīng)、電力交易等電網(wǎng)的互動業(yè)務(wù)。

    應(yīng)急支撐的場景主要是電網(wǎng)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(wǎng)進(jìn)行緊急控制、調(diào)頻，消除設(shè)備過載的情況，虛擬電廠根據(jù)電網(wǎng)的調(diào)控指令快速的改變總體功率的輸出，進(jìn)行響應(yīng)，從而保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。這個響應(yīng)時間一般是毫秒或者是千秒級以內(nèi)。應(yīng)急支撐場景比較適用于用戶側(cè)分布式儲能聚合的虛擬電廠，右圖是在實(shí)際的工程中做的一個實(shí)際的波形。

    需求響應(yīng)的場景是當(dāng)省級電網(wǎng)或者是地市級電網(wǎng)出現(xiàn)供電缺口，或者是（出現(xiàn)）填谷的需求的時候，由省級新型負(fù)荷管理平臺根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度的指令，開展實(shí)時的需求響應(yīng)或者發(fā)布需求響應(yīng)的邀約。虛擬電廠根據(jù)市場的價(jià)格信號或者激勵機(jī)制，協(xié)調(diào)內(nèi)部的可調(diào)資源及時做出響應(yīng)，為電網(wǎng)提供調(diào)峰填谷，新能源消納等輔助服務(wù)，同時資源用戶獲得相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)收益。

    這一張圖展示通過參與電網(wǎng)互動或者一些市場化的手段，滿足電網(wǎng)的多時間尺度的各種應(yīng)用需求。應(yīng)急支撐一般是通過政策手段或者合約來實(shí)現(xiàn)，需求響應(yīng)一般通過市場化的手段實(shí)現(xiàn)，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(shè)具備大數(shù)據(jù)并發(fā)處理能力，安全穩(wěn)定，交易流程規(guī)范的電力交易模塊，輔助虛擬電廠在優(yōu)化資源調(diào)節(jié)的同時，參與電力交易，同時也對虛擬電廠接入的各種可調(diào)資源收益和考核進(jìn)行二次分配。

    在互動的實(shí)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?yàn)?022年8月份四川地區(qū)因?yàn)樗娬急缺容^高，剛好碰到長時間的高溫，導(dǎo)致大面積的缺電，所以電網(wǎng)的保供的問題非常的突出，后來緊急立項(xiàng)做用戶側(cè)的儲能的接入的聚合，將分布式的儲能納入電網(wǎng)的調(diào)峰資源，統(tǒng)籌調(diào)度。后期這個平臺還將進(jìn)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(qū)，這個新區(qū)光伏的接入占比非常高，可調(diào)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(diào)可控率非常高，95%，整個的靈活的負(fù)荷可調(diào)容量大概是11萬多，達(dá)到整個社會的最大負(fù)荷的40.7%。通過平臺的建設(shè)，主要是參與應(yīng)急支撐和需求響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)主網(wǎng)的功率缺額時候的快速響應(yīng)，提升整個區(qū)域的電網(wǎng)的彈性。

    這是在南京江北新區(qū)做的一個案例。南京江北新區(qū)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(nèi)熱泵、能源站，規(guī)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(fù)荷。這個項(xiàng)目已經(jīng)完成應(yīng)急支撐、普通固網(wǎng)的調(diào)試以及功能模塊的部署，在江蘇省內(nèi)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(wǎng)公司雄安創(chuàng)新中心的項(xiàng)目，這個園區(qū)是國網(wǎng)公司重點(diǎn)打造的雄安新區(qū)首個成熟落地的智慧零碳園區(qū)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(shè)這個平臺與河北省調(diào)系統(tǒng)對接，一方面對電網(wǎng)輔助服務(wù)的要求進(jìn)行響應(yīng)，另外一方面進(jìn)行電網(wǎng)的應(yīng)急支撐。通過本地的協(xié)控、需求響應(yīng)等綜合策略來實(shí)現(xiàn)園區(qū)的柔性負(fù)荷和電網(wǎng)的友好互動，最大化地挖掘用戶側(cè)的柔性可調(diào)資源。

    以上是我們在虛擬電廠方面所做的相關(guān)的情況的分享，相信隨著整個虛擬電廠的外部環(huán)境包括現(xiàn)貨市場、輔助服務(wù)市場進(jìn)一步推進(jìn)建設(shè)，虛擬電廠相關(guān)產(chǎn)業(yè)有越來越多的機(jī)會。另外咱們是平臺的開發(fā)方和工程實(shí)踐方，我們也希望和高校等相關(guān)單位進(jìn)行合作，前面的報(bào)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(bào)就到這里，謝謝！