2024年分布式資源虛擬電廠運行控制技術展望報告

一、虛擬電廠背景及概念二、虛擬電廠國內外發(fā)展現狀三、分布式資源虛擬電廠關鍵技術展望●中國承諾：力爭于2030年前達到碳峰值，2060年前實現碳中和。——2020年9月，第七十五屆聯(lián)合國大會——2021年3月，中央財經委員會第九次會議口傳統(tǒng)能源占比顯著下降，新能源占比顯著提升口需求側結構性變化，負荷尖峰提升明顯，承載力不足口大規(guī)模新能源接入，系統(tǒng)慣性與靈活性下降●虛擬電廠(VirtualPowerPlant,VPP):聚合電網調度中原本看不到、控制不了的負荷側可調節(jié)資源，形成可調控、可交易單元，直接參與電網調度控制和電力市場交易的智能控制調度側調度側市場川儲能VPPO:電網負荷負荷微型燃氣輪機廣儲能設備能量流：…數據流集合體，參與電網運行調控，通過市場手段協(xié)調供需矛盾。圓②圓②圓②圓②同回統(tǒng)一電力市場機制(2025年初步建成、2029年全預計“十四五”我國分布式光伏裝機超260GW,是“十三五”此前歷年之和的3.5倍。2030年新能源汽車保有量超8000萬輛。柔性資源為電網提供了額外調節(jié)能力，有望廣泛參與調峰、調頻、備用等輔助服務或平衡市場中。-高耗能企業(yè)◆降低峰值負荷需求，調整負荷特性◆差異化商業(yè)模式-分布式光伏、風電-儲能、電動汽車“聚沙成塔”的虛擬電廠分布式資源聚合調控與交易途徑分布式資源急劇增長◆豐富電力市場多層◆豐富電力市場多層次交易品種◆參與市場交易激發(fā)分布式資源靈活性源測新能源友好并網荷測柔性靈活調控源測新能源友好并網荷測柔性靈活調控網測柔性靈活輸電◆儲能、電動汽車歐洲起源企業(yè)。歐洲起源高綜合能源利用率，Tesla、Powerwall革新儲能側革新儲能側●英、法、西班牙等8國啟●德、波蘭采用智能●德國、荷蘭、西班牙等5國啟動全球首個●丹麥、德國等7家公歐洲●挪威公司Statkraft在德歐洲美國美國●頒發(fā)《需求響應年度報告》,系統(tǒng)分析其●頒布《需求響應●頒布《美國復蘇與再投資法案》,撥45億$整合需接入2000余家庭用戶口市場機制普遍成熟，對以虛擬電廠聚合的分布式能源均出臺政策支持，同時以可再生能源為主，均大力推動可再生能源發(fā)展口以調頻、備用等為代表的輔助市場發(fā)展較為成熟交易品種德國美國英國√√批發(fā)市場每五分鐘確定一次電價，有利于VPP參與√√√√√√VPP可提供需求響應計劃，為客戶提供財務激勵為參與VPP的客戶/聚合商提供創(chuàng)新的電價和激勵措施/碳排放配額交易差額合約德國實施EEG法案，為可再生能源的提供了經濟激勵VPP可幫助公司達到可再生能源配額標準(RPS)的要求。VPP可獲得碳信用額度并出售VPP可獲得可再生能源證書并售出差額合約為投資低碳能源提供了財務激勵平衡服務與平衡責任市場的電力市場配套機制/1/(容量市場)/I/參與容量市場時與其他靈活性服務疊加，呈現共同參與的特點純能源市場，VPP可優(yōu)化運營以最大化收入///口智能化電氣設備公司：擁有幫助企業(yè)進行智能化電氣化數字化改造的硬件設備和軟件解決方案類型大型能源公司智能化電氣化大型公司公司名稱所屬國家德國英國美國德國瑞士聚合資源類型分布式電源、用戶側負荷、儲能分布式電源、用戶側負荷、儲能分布式電源、用戶側負荷、電動汽車、儲能儲能分布式電源、用戶側負荷、儲能資源管理與優(yōu)化參與參與參與參與參與電能量交易參與參與參與參與參與輔助服務交易參與參與參與參與參與需求響應(工商業(yè))參與參與不參與參與參與需求響應(家庭)不參與不參與參與參與不參與專題報告，韓正副總理批示至國家能源局章報告，得到章建華局長批示肯定。國家能源局關于印發(fā)《電力輔助服務管理辦《2021年能源監(jiān)管工作要點》的通知(國能發(fā)監(jiān)管規(guī)【2021】2號關于加快建設全國統(tǒng)一電力市場體系的指導意見(發(fā)改體【2022】118號體系規(guī)劃》(發(fā)改能源【2022】210號電力需求響應實信電力【2015】368號)市場規(guī)則》(華北監(jiān)能市場【2019】315號)息化委關于同意開展虛擬電廠參與需求響應市場化交易試點工作的批復》(滬經信運【2020】113號)通知》(華北監(jiān)能市場白在有性件白在有性件二施方案》(晉能源規(guī)【2022】1號)二并網運行管理實施細則》《南方區(qū)域電力輔助服引■冀北南方電網國家正從邀約階段向市場化階段過渡，常態(tài)化市場參與度市場化階段市場化階段邀約階段邀約階段在沒有電力市場情況下，由政府部門或調度機構牽頭組織，各個聚合商參與組織資源以可控負荷為主進行響應，共同完成邀約、響應、激勵實例：上海、廣東、江蘇等各省試點虛擬電廠在現貨市場、輔助服務市場和容量市場建成后，虛擬電廠作為一個整體參與各類電力市場交易并為電力系統(tǒng)運行提供調峰、調頻、緊急控實例：冀北虛擬電廠中心試點(電力輔助服務市場)在市場化虛擬電廠基礎上，實現自主調度。除可調負荷、儲能和分布式能源等基礎資源外，“虛擬電廠”也包含由該類基礎資源所整合而成的微電網、實例：歐洲最大虛擬電廠運冀北虛擬電廠電力系統(tǒng)虛擬電廠電力用戶輸電網控制指令電價激勵世控制指令電價激勵分布式電源、可調負荷、主動用戶、儲能系統(tǒng)、多能互補設備交易中心調度中心可調資源需求上報專項試點專項試點綜合試點11類資源，容量16萬干瓦可調容量4萬千話張家口專項試點秦皇息口建設影響口依托平臺口運營機制物聯(lián)網云平臺用戶冬奧負荷13.7儲熱式鍋爐26綠厚電源可調節(jié)工商儲能800大工業(yè)負荷4汽車充電站280制冷制雪350業(yè)負荷3.4萬干瓦接入蓄熱式電鍋爐、智慧樓宇、可調節(jié)工商業(yè)負荷等11類可調速拉升低谷用電負荷，最大調節(jié)電力20.4萬千瓦。關鍵技術狀態(tài)感知與靈活聚合資源特性分析結果技術經濟性能分析信息預測與容量估計數據處理與數據通信補償結算與效益評估市場交易與優(yōu)化決策區(qū)塊鏈技術、端對端交易技術基礎信息預測結果優(yōu)化交易運營結果補償結算與效益評估基線負荷估計、收益分配策略、響應評效應評估市場交易與優(yōu)化決策光伏儲能本地通信遠程通信虛擬電廠I逆變器逆變器電力無線專網電力無線專網集控設備電力專用基站集控設備骨干網虛擬電廠聚合商平臺路由器纖專網虛擬電廠n縱向加密交換機集控設備縱向加密交換機光網絡單元端側邊側配電云主站虛擬電廠電力交易市場云側基礎因素：現有的電力通信網絡資源；響應、負荷管理等。三級架構：端側云側關鍵技術1:虛擬電廠物聯(lián)通信體系構建海量數據處理海量數據處理-信息流Sc通后技術電力市場邊緣數據中心邊緣數據中心輪機區(qū)塊鏈儲能人工智能技術確認●●核心問題：計算能力不足、信息處理堵塞、用戶隱私防護等；●解決方案：通過邊緣計算技術可減輕主站計算壓力，實現信息的實時處理，保證數據安全，保護用戶隱私。數據通信技術數據通信技術調度需求調度需求出清結果調用信息響應信息骨干層出清結果結算信息接入層虛擔電廠A融合接入終編異構物聯(lián)感知層分布式站能沒施異科物聯(lián)融合接入終端(有線版)出清結果執(zhí)行認定狀態(tài)信息實時量測神制執(zhí)行電廠負荷空理1電動汽車響應終端光纖專網(終端層)等●●平臺層：云邊協(xié)同實現協(xié)調調度，引導分散式資源參與市場實現平臺-系統(tǒng)互聯(lián)，完成數據信息的實時交互●接入層：向下適配終端設備，向上轉發(fā)上傳數據、信息●感知(終端)層：數據采集終端和信息終端關鍵技術2:邊緣感知新能源預測U檢修計新能源預測U檢修計女檢分析門區(qū)域風也/寬狀也結合洲:專影酒福收備仁息州數白發(fā)式舒康鄰臨起修區(qū)鐘三收樣條:·相相別分河信)模型層數據層位機艷度#幸餡處理·學類分性體臨機器學習舞法…深度學習望這T應用層場景層N急回洛工置H禮G負荷感知模生應用模生應用顏配構建中期屋測驗證型短期擺測性能評站滾動預測網絡參數調優(yōu)超短期用劇網絡植參敗優(yōu)化多數調練天然氣員荷預測結果驗證池程調練流程預測欖型冷熱頭奇預測結果電力員荷預測結果輸入實時數據ES數據庫負荷能測特征處理數獄處浮長期預測測試集訓煉集能夠有力支撐電網調度、檢修計劃、安全穩(wěn)定分析、新能源消納分析等業(yè)務開展。因素的影響，難以用精確的關系式表達；了廣泛應用。關鍵技術2:邊緣感知一分布式光伏集群時序數據耦合增強方法針對分布式光伏集群多維量測信息的缺失問題，基于雙向多階段循環(huán)插補網絡初步完成數據重建，采用Seq2Seq-Attention模型進一步增強數據質量。雙向循環(huán)插補網絡雙向循環(huán)插補網絡h,=concat(h;A)h,=concat(h;A)s,=ss馬平程值合單瓦/Wiphad預年酒又同增強電網運營商對光伏集廖若思劉友波*沈曉東等.基于雙向循環(huán)插補網絡的分布式光伏集群時序數據耦合增強方法《電網技術》2023算例分析算例分析氣象缺失30%—氣象缺失50%氣象缺失90%魯棒性分析氣象缺失30%修復精度提升了32%以上，口雙向多階段循環(huán)修復網絡和魯棒能力關鍵技術3:數據驅動的需求側畫像研究意義口可反映電力客戶研究意義口可反映電力客戶基本屬性及行為傾向；口能夠助力虛擬電廠的個性化、精準化口可依據畫像結果制與積極性。用電行為分折電費剛收風院海迪渠道代化電量抄表數據組圳救據分類級聯(lián)畫家識別處理計算m(日抄表(狐配變)用戶用營銷系玩(議舉報短信書而氣象首限日信息信息其他數據分析驗證畫像實體定又麗像標簽定又通用標簽規(guī)明分類群體像客戶信用評價異常用電分析95586務盟務展示標筆定支與兩律數璐源個體像全體畫源聚類分析叫所度耐時山2口用戶標簽數據獲取困難口數據與隱私之間存在矛盾口用電特征難以精確刻畫口差異化用電套餐的設計口數據挖掘技術口用戶細分技術口相關性分析口聚類分析應用口敏感用戶識別口電力套餐推薦口精準營銷口用戶可調控潛力分析關鍵技術3:數據驅動的需求側畫像—源荷混合時序分量的動態(tài)辨識組合預測◆聚類提取用戶負荷曲線相似特征◆基于小波分解獲取源荷時序分量高、低頻特征◆利用最小二乘支持向量機重構源荷時序低頻趨勢集試R組合預測◆聚類提取用戶負荷曲線相似特征◆基于小波分解獲取源荷時序分量高、低頻特征◆利用最小二乘支持向量機重構源荷時序低頻趨勢集試R1招分成■基于經驗模態(tài)分解獲取本征模態(tài)函數■利用深度信念網絡提取時序特征、預測時序分量■通過多目標預測結果加權得到凈負荷預測結果分聲聲電力系統(tǒng)自動化2021,45(24):57-64[2]吳浩，劉友波等.基于小波包分解與最小二乘支持向量機的用戶側凈負荷預測[J].現代電力2023,40(02):192-200.關鍵技術4:分布式資源動態(tài)聚合與精準建模可平移可轉移可中斷可轉移可拉負荷電，調度周期內負荷曲線可變，總量●可中斷負荷：具備靈活調控能力，具有瞬間斷電特性，可用于系統(tǒng)調壓、調頻、調峰等；3232聚合管理高級量測系統(tǒng)光伏云儲能云高級量測系統(tǒng)光伏云儲能云充電云南合甘pV甘pV微電網能量管理系統(tǒng)微電網能量管理系統(tǒng) 能源EVCS:電動汽車充電樁(站)--pHV&AC:暖通空調進行實時控制。的狀態(tài)進行動態(tài)估計。的狀態(tài)進行動態(tài)估計。關鍵技術4:分布式資源動態(tài)聚合與精準建?！霎悩嬝摵桑涸谪摵煞N類、固有屬性、運行參數、影響因素等多方面具有差異化特性的負荷群體?！鲐摵商匦裕壕邆湔{節(jié)彈性、不確定性等常規(guī)特征，以及負荷群體之間調節(jié)互補性。等效熱容等致熱明等效熱容等致熱明用電功豐也能轉化豐單位產品能耗異構等效熱陰制冷功半應改比輔異構利冷功率藍效比屯泡容量空調斷2等效恐容等效雞回電動汽車群2荷載狀態(tài)大用戶E用電功率也能轉化電動汽車群2荷載狀態(tài)大用戶E用電功率也能轉化類型制執(zhí)創(chuàng)冷功率能效比制執(zhí)創(chuàng)冷功率能效比施效比產品能等效群體類型異構：不同種類的負荷形成的異構資源參數異構：相同種類但調節(jié)參數不同的負荷形成聚合資源現實需求現實需求異構特征時間互補性功能互補性抽象等效性場錄需求異構特征時間互補性功能互補性抽象等效性場錄需求削峰新能源消納態(tài)勢感知數據降維態(tài)勢感知協(xié)同優(yōu)化靈活調控策略靈活調控策略生現多交異構生現多交異構負彈絲一鋼控>電網調控需求與負荷特性匹配可通過協(xié)同優(yōu)化控制實現靈活場景的資源配置。應厘斷應厘斷壤谷層可調節(jié)容量分析行為分所、態(tài)勢推酒臨接層臨接層>聚合商起到中心樞紐作用。關鍵技術4:分布式資源動態(tài)聚合與精準建模1)虛擬電廠與電力系統(tǒng)的可信互動(資源模型)口虛擬電廠高效管控分布式資源隨機性提供可信口電網實時狀態(tài)交互下保證安全約束的分布式資源協(xié)調控制口多維調度需求下分布式資源與電力系統(tǒng)的主動協(xié)同優(yōu)化控制運行策略可信安全約束可信調節(jié)能力可信運行策略可信安全約束可信調節(jié)能力可信冷熱行為辨識模型庫生成特征提取底層數據：資源形態(tài)多樣化價格響應特性分析資源調節(jié)能力模型生成的心而的而見的心而的而見標面電網安全約束考慮資源電氣位置的協(xié)同優(yōu)化資源調節(jié)能力隨機概率分布生成電網安全約束考慮資源電氣位置的協(xié)同優(yōu)化關鍵技術4:分布式資源動態(tài)聚合與精準建模口基于機理數據融合的分布式資源行為模式辨識及響應特性分析口位置分散、高隨機性異構資源動態(tài)聚合響應能力量化評估歷史行為數據+影響因素數據02020價格激勵+牛t鼻才才響應能力評估模型s.t.GF?=FEβ?20.G=0虛擬電廠業(yè)務支撐虛擬電廠業(yè)務支撐邊緣能量管理計量采集計量采集PMU搭載PMU搭載管儲能電動汽車儲能監(jiān)測單元智能電表多種通信多種通信商業(yè)負荷工業(yè)負荷商業(yè)負荷工業(yè)負荷預測、分析、控制預測、分析、控制關鍵技術5:分布式資源邊緣智能00云端-調度中心EC-SaaS智能服務本地決策智能應用邊緣數據砥時延安全可靠邊緣節(jié)點終端設備高算力用戶反饋全局決策從邊緣至終端邊緣層云層關鍵技術關鍵技術多態(tài)協(xié)同異質數據管理多態(tài)協(xié)同異質數據管理通信安全肥應用場景多主體自肥應用場景網分布式運行控制邊緣流數據學習活需求邊緣流數據學習活需求通信模式、安全隱私、智能算法、云邊協(xié)同、業(yè)務場景陳永東，劉友波，沈曉東，許立雄.面向城市能源系統(tǒng)分布式資源的邊緣智能技術綜述[J].電力系統(tǒng)自動化，2022,46(17):142-152.關鍵技術5:分布式資源邊緣智能—分布式共享儲能在線邊緣智能控制1.共享儲能交互響應數值映射模型比例憂先級回放Qsa,8)BPmax主見爭Q網絡Q系城環(huán)填共享緒能充放電動作預交易電量Ca2.考慮互動協(xié)調的邊緣智能強化學習fP46與控制精度更高i與控制精度更高iiNl3.數據驅動的共享儲能邊緣智能趨優(yōu)策略共享儲能邊緣智能共享儲能邊緣智能自趨優(yōu)運行，促進個體與全局激勵相融[1]H.Song,Y.Lin,PrioritizedReplayDuclingDDQNBasedGrid-EdgeControlofCommunityEnergy關鍵技術5:分布式資源邊緣智能—社區(qū)能源市場與批發(fā)市場銜接框架，采用市場代理模型在線估計端對