虚拟电厂的概念思辨与现实发展路径

水至善 第五届东南电力经济论坛暨东南大学电气工程学科头100F 南京2023-09-23 虚拟电厂的概念思辨与现实发展路径 高赐威教授 东南大学电气工程学院电力经济技术研究所 Email:ciwei.gao@seu.edu.cn 个人介绍 高赐威，教授，博士生导师，东南大学电力经济技术研究所所长， EEEseniormember，江苏省肯监工程学术带头人，中国电机工程 学会智慧用能与节能专业委员会委员、电力需求侧管理学组副组长 全国电力需求侧管理标准化技术委员会TC575委员，虚拟电厂标 准工作组组长，中国电科院国网电力市场技术实验室学术委员会委员、广西电力市场管理委员会专家委员会委员，多年从事有关电力 市场与监管、虚拟电厂、智能调控技术、电力需求侧管理、电力需 Cell:13851782219 Email:ciwei.gao@seu.edu.cr求响应的相关基础理论和实践的研究工作。获教育部高等学校就科技进步二等奖、江苏省科技进步二等奖、上海市科技进步二等奖各 一项（均排名第一），中国电力创新一等奖一项（排名第二）。 虚拟电厂领域的研究工作 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 ·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》国标和两项行标《虚拟电厂可调节性能指标设计与计算方法》《虚拟电厂术语》答辩并成功立项。 OUTLINE 背景 虚拟电厂、需求响应与负荷调度虚拟电厂的构建 虚拟电厂的现实发展路径 总结 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 例新能源接入电力系统已成必然趋势。 2030年实现“碳达峰” 风电、光伏装机12亿干瓦以上！ 用电负荷“尖峰化”、“季节性”形势更为严峻 R(F) 上海用电负满待续时辆（最高负药年）上海全年用电负药（最高负药年） 40 0123451252EE()8710 超过97%B亮蓝点负幕：15小时量两负费：3352万千高量大博谷差：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供需实时平衡困难 电力系统运行视众号电力建设 用户侧资源的尚待开发 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，未得到有效发据。 传统的考虑方式： 需求响应（DemandResponse，简称DR），是指电力用户接收到供电方发出 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。 OUTLINE 背景 虚拟电厂、需求响应与负荷调度虚拟电厂的构建 虚拟电厂的现实发展路径 总结 需求响应的概念 需求响应：电力用户收到经济信号，改变其固有用电行为。重了价倍而求啊应，用收划时价信 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 需求响应的应用场景： 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：免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 需求响应的概念 功本负荷基线 实际负荷曲线 需求响应调节量时间 盖求响应的模型可以构建为：AL三实际负荷-基线负荷 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。 虚拟电厂的概念 交易的载体一通过“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 储能 互联网为“厂房”，以数据为“燃料市场信息电力市场 盗环的合理优化配及利 可调容量 协调优化集控平台大电网 可控负荷能量交互 充电桩 虚拟电厂的概念-调整量模型 调整量模型： 实际负荷曲线 功率 G 虚拟电厂调整量 负荷基线时间 完拟发电机组等效出力 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。 Poutput=G=L 虚拟电厂的概念-绝对量模型 绝对量模型： 功率 虚拟电厂出力曲线虚拟电厂发电量 分布式 虚拟电厂 虚电拟 时 发电机组厂用电 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 5 (=1/=1 虚拟电厂的应用场景 调整量模型绝对量模型 ·适用于调峰；·适用于能量交易、调峰、调 ·不适用于能量交易与调频频、等各种场景； ·适用于净功率输入型/负荷·更适用于净功率输出型/电 型；源型； 依赖于负荷基线，常态化调·没有负荷基线依赖，可常态 用较为困难。化运行； 负荷调度/可调负荷的概念 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。 定叉（可调节负荷）-DLT2473.1~2473.13 ·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（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。 负荷调度/可调负荷性能要求 负荷调度是用户根据调度指令调节其功率取用情况。 负荷调控系统 ·基于调度机构调度控制系统平台部署，承 担与聚合商平台间交互监视、控制和电力市场等相关数据的功能模块和系统级应用，是调度自动化系统的重要组成和功能拓展。 负荷 聚合 实时调控(DL/T2473.1~2473.13)平台 ·聚合商应向运营范围内负荷终端下发APC 实时指令或计划曲线，其中具备实时指令虚拟 或计划值接收能力的负荷终端数量及总容电厂 量占比均不应低于80%。 大用户负 可调节负荷的APC等效调节性能荷 可调节负荷聚合后的APC等效调节性能应满足所接入调度机构的最低要求，指标计算方式和实时调节 补偿方式参照各区域现有“两个细则”。 虚拟电厂的概念困惑 交易的载体一通过“聚合”和“通信”进行运行控制 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，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。其核心在于“聚合”和“通信” 虚拟电厂和需求响应有什么关系？虚拟电厂有基线问题吗？ 虚拟电厂聚合分布式光伏 的意义何在？ 虚拟电厂与负荷聚合商有虚拟电厂和负荷调度（可 什么区别？调负荷）是什么关系？ 虚拟电厂的技术特征 传统电厂 要称之为电厂 者至少必居 发出电功率能量市场 虚拟电厂概念隐含的 是能够被系统调度？ ·功率可调>辅助服务市场是必须的吗？ 控制是必须的吗？天规模才 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 虚拟电 源可以吗？门槛 一聚合对象，。聚合分布式资源的目·虚拟电厂分布式资源的 可以是分布式电源，的是可管理，即监测规模化①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”。 大系统运行调度。 分布式可管理规模化 虚拟电广与需求响应 虚拟电厂可以做需求响应 参与系统的需求响应是目前大多数虚拟电厂的实际业务 ·这意味着这些虚拟电厂具备需求响应的能力，可以提供需求响应服务， 虚拟电厂参与需求响应有负荷基线的问题； 此时其实际 虚拟电厂不仅做需求响应扮演的是负 需求响应不应该是虚拟电厂的主要功能荷聚合商的 *需求响应是负荷聚合商的主要职能角色，并非 虚拟电厂。 虚拟电厂应该被当做“电厂”来看待 *虚拟电厂聚合的负荷为其“厂用电”；虚拟电厂不 一股而言，虚拟电厂应该具备功率输出和功率可调的特征：存在负荷基 ·虚拟电厂的聚合功率如果为负荷即为负的电源，也即可调节负荷线问题。 需求响应是虚拟虚拟电厂调用下 于需求响应 电厂的基础技术？属负荷资源可基 虚拟电广与需求响应 激励型需求响应是基于事件触发的 电网出于电网安全运行考虑提出需求响应邀虚拟电厂发 约;挥负荷聚合 ·激励型需求响应项目应是基于事件触发，一般不存在长时间常态化的情况： 长期的局部供应短缺应反映到电价 商作用，参 与需求响应。 虚拟电厂参 ·市场环境下可以反映为节点价格偏高与主网交易 ·可以借助行政措施解决硬缺口问题（有序用电），可以转化为用电权分配或者交易； 和调度 虚拟电厂与可调负荷 V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： VTC549、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。 V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： 业务部门平台业务 ·营销·调度 负荷聚合平台 虚拟电厂平台 需求响应可调度负荷 辅助服务 虚拟电厂 +能量市场 OUTLINE 背景 虚拟电厂、需求响应与负荷调度虚拟电厂的构建 虚拟电厂的现实发展路径 总结 从分布式资源到虚拟电厂、可调节负荷的基本认识 空调电动汽车充电储能小型燃机分布式光伏分散式风电 灵活性电能量 可调节负荷、负荷型虚拟电厂？虚拟电厂电源型虚拟电厂？ （可调度、消耗电功率）（可调度、输出电功率）（不可调度、输出电功率） 作为买方参与，但是此 需求响应 辅助服务市场时还能称为 （功率平衡能力）虚拟电厂吗？ 实质上是购 买方。 能量市场 虚拟电厂的构建 配置某类型资源 多寡及其提供产 品的情况 能量市场辅助服务市场类型 价格价格 虚拟电规模 厂的资地理/电气位置 以盈利作为且标源配置 是如何聚合不同成本 收益 类型分布式资源从而形成虚拟电 虚拟电厂构建厂的依据。 分布式电源柔性可调负荷储能 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