虛擬電廠關(guān)鍵技術(shù)和運(yùn)營模式探討-紀(jì)陵

化公司目/錄1背景及現(xiàn)狀存在難點(diǎn)與挑戰(zhàn)3關(guān)鍵技術(shù)4商業(yè)模式探討品“清潔低碳、安全充裕、經(jīng)濟(jì)高效、供需協(xié)同、靈活智能”是我國新型電力系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵目標(biāo)。當(dāng)前，新型電力系統(tǒng)正在快速發(fā)展，大規(guī)模的風(fēng)能、太陽能等新能源并入電網(wǎng)；用戶側(cè)分布式可再生能源廣泛應(yīng)用；電動汽車也越來越多，此外，還有各種微電網(wǎng)和儲能設(shè)備可以參與電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)。另外，工廠生產(chǎn)、房屋供暖制冷、交通運(yùn)輸?shù)冉K端設(shè)備電氣化程度越來越高，綜合能源系統(tǒng)不斷發(fā)展。構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，面臨諸多挑戰(zhàn)，同時也給虛擬電廠發(fā)展帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。新型電力系統(tǒng)發(fā)展關(guān)鍵目標(biāo)過載?過電壓?潮流反送清潔低碳于于安全充裕經(jīng)濟(jì)高效靈活智能Ⅱ新型電力系統(tǒng)下虛擬電廠建設(shè)背景國電南京自動化股份有限公司新特征新特征D用戶側(cè)用戶側(cè)會會新新變化新挑戰(zhàn)三全*電r虛擬電廠的發(fā)展是建設(shè)新型電力系統(tǒng)的必然要求|Ⅱ新型電力系統(tǒng)下虛擬電廠發(fā)展現(xiàn)狀面向解決應(yīng)急問題，主要包括可控負(fù)荷資源，政府部門或電力調(diào)度機(jī)構(gòu)發(fā)出邀約信號(需求響應(yīng)),通過專項(xiàng)資金、特定合同、激勵政策引導(dǎo)虛擬電廠組織資源參與。虛擬電廠成為新型市場主體，進(jìn)一步提升系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力，虛擬電廠聚合了”源、儲、荷”多類型可調(diào)資源，隨著市場化機(jī)制的成熟和智能調(diào)控技術(shù)的成熟，虛擬電廠可以參與電力現(xiàn)貨、輔助服務(wù)等市場，井實(shí)現(xiàn)自主調(diào)控和與電網(wǎng)的友好互動。urinurinNEMOCS對13000多個工廠進(jìn)洲能源交易所)中進(jìn)行24h/7d率電能發(fā)電能力超10GW,其中超過的儲能能力●歐盟NEXTKraftwerke●歐盟WEB2ENERG●歐盟FENIX少1%-3%電力行業(yè)單位2005200920108■面對新型電力系統(tǒng)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，需要喚醒電網(wǎng)調(diào)度看不到、控不了的用戶側(cè)海量靈活異質(zhì)資源，建設(shè)和實(shí)現(xiàn)從離散動作的需求響應(yīng)，到連續(xù)閉環(huán)運(yùn)營、可調(diào)控、可交易的新型虛擬電廠，用更經(jīng)濟(jì)的方案，解決能源轉(zhuǎn)型中低碳-安全-經(jīng)濟(jì)三角矛盾。1資源挖掘難——如何大量挖掘資源?實(shí)時控制難——如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控?市場激勵難——如何參與市場交易?安全保障難——如何保障數(shù)據(jù)安全?關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)政策和市場機(jī)制商業(yè)模式23lI技術(shù)難點(diǎn)與挑戰(zhàn)■和傳統(tǒng)電廠相比，虛擬電廠作為新型并網(wǎng)主體，不具備友好支撐電網(wǎng)調(diào)度可觀可測的條件>虛擬電廠接入的用戶側(cè)靈活資源種類多、單體容量較小、位置分散，資源設(shè)備信息和實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)采集難度大；>資源特性各異，時間響應(yīng)特性存在差異，資源聚合建模難度大；>虛擬電廠接入電網(wǎng)模型描述體系、模型拼接手段不完備，虛擬電廠作為新型并網(wǎng)主體納入電網(wǎng)調(diào)度管控，存在不好用、不敢用的問題。相罰相罰■和傳統(tǒng)電廠相比，虛擬電廠控制響應(yīng)的實(shí)時性、可靠性、安全性難以保證>虛擬電廠分布式資源聚合，不具備通過專網(wǎng)接入調(diào)控主站的條件；>通過無線、有線、公網(wǎng)等異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，存在數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)；>用戶側(cè)復(fù)雜環(huán)境下的物理通信基礎(chǔ)設(shè)施通常難以應(yīng)對低時延、高可靠、高頻次、高并發(fā)的分布式資源動態(tài)接入和調(diào)控響應(yīng)需求。A2風(fēng)na孟*■和傳統(tǒng)電廠相比，虛擬電廠用戶及市場行為難評估，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)營難>虛擬電廠用戶復(fù)雜多變：市場環(huán)境、經(jīng)濟(jì)形勢、政策法規(guī)等外部因素的變化以及用戶自身的生產(chǎn)經(jīng)營情況都可能對用戶的意愿和行為產(chǎn)生影響，導(dǎo)致虛擬電廠的預(yù)測、計(jì)劃和管控困難。>虛擬電廠市場復(fù)雜多變：競爭激烈，響應(yīng)模式多樣，調(diào)節(jié)控制成本測算難，導(dǎo)致價格預(yù)測困難，虛擬電廠交易報(bào)價決策難度>依靠人工進(jìn)行虛擬電廠用戶資源響應(yīng)控制和市場運(yùn)營決策的模式不可行關(guān)鍵技術(shù)RⅡ虛擬電廠核心技術(shù)架構(gòu)R平臺技術(shù)平臺技術(shù)總體技術(shù)架構(gòu)虛擬電廠信息交互技術(shù)虛擬電廠邊緣智能節(jié)點(diǎn)十十虛擬電廠云-管-邊-端虛擬電廠信息交互技術(shù)虛擬電廠邊緣智能節(jié)點(diǎn)十十全應(yīng)用技術(shù)高效安全調(diào)控技術(shù)應(yīng)用技術(shù)高效安全調(diào)控技術(shù)高效運(yùn)營和市場交易技術(shù)■整體架構(gòu)：“云-邊-端”協(xié)同、彈性、可擴(kuò)展>通過“云端決策中心+邊端邊緣自治+端側(cè)智能節(jié)點(diǎn)”的三級協(xié)同架構(gòu)，既實(shí)現(xiàn)了多元場景和多種類能源設(shè)備的統(tǒng)一建模、聚合和優(yōu)化調(diào)度，又保障了本地控制閉環(huán)、快速響應(yīng)和安全可靠。云端不僅可以下發(fā)控制指令到邊緣側(cè)，還可以直接下發(fā)調(diào)控模型，使得邊緣側(cè)自主靈活性大大提升；同時，多個邊緣側(cè)調(diào)控結(jié)果實(shí)時反饋統(tǒng)一匯聚到云端決策中心，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)不斷迭代優(yōu)化算法模型，實(shí)現(xiàn)自學(xué)習(xí)和自優(yōu)化。p分布用戶區(qū)域1區(qū)域2區(qū)域n功■■信息交互技術(shù)：確定性網(wǎng)絡(luò)(實(shí)時、可靠、安全)>在云端，構(gòu)建三個網(wǎng)絡(luò)域，一是面向調(diào)控和營銷業(yè)務(wù)，打通電力調(diào)度網(wǎng)絡(luò)、用采網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷終端靈活調(diào)控；二是面營管控與現(xiàn)貨交易業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)能源實(shí)時計(jì)算與>在管端，利用運(yùn)營商骨干網(wǎng)、5G核心網(wǎng)打通云邊協(xié)同鏈路，根據(jù)行>在邊端，將部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)施下沉設(shè)置在園區(qū)內(nèi)部或周邊，立起自己的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)，滿足園區(qū)企業(yè)數(shù)據(jù)>海量資源互聯(lián)、接入和管理，實(shí)現(xiàn)資源信息自描述、冊。器留器留二哭NAW-NmAIrNuC/-二■邊緣智能節(jié)點(diǎn)：實(shí)時在線、先進(jìn)控制、邊緣自治>邊緣智能節(jié)點(diǎn)作為虛擬電廠云端管控平臺和用戶側(cè)靈活性能源資源的核心連接樞紐，對下實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)資源數(shù)據(jù)采集、通訊、控制和邊緣自治，對上實(shí)現(xiàn)云端指令接受和拆解，同時依靠確定性網(wǎng)絡(luò)通訊模組和數(shù)據(jù)安全加密模組，降低網(wǎng)絡(luò)時延，提升數(shù)據(jù)可靠性、安全性。崗虛擬電廠協(xié)調(diào)控制中心平及問題：秒級高時延議自主設(shè)計(jì)安全設(shè)計(jì)國密算法時變密鑰實(shí)施效果安全可信低時延(轉(zhuǎn)發(fā)時延20微秒)基于物理特征的身份認(rèn)證高性價比■端側(cè)智能感知：非侵入式智能感知>實(shí)現(xiàn)對資源的監(jiān)測與信息采集。負(fù)荷用電監(jiān)測是指對負(fù)荷內(nèi)部每個/類用電設(shè)備的用電信息進(jìn)行獲取，主要包括工作狀態(tài)和用電功率。用戶負(fù)荷采集終端需要在采集頻度、采集精度等方面達(dá)到要求。*電空內(nèi)配電nm■虛擬電廠分時分類聚合：根據(jù)資源響應(yīng)準(zhǔn)備時間、調(diào)節(jié)響應(yīng)時間等特性，設(shè)計(jì)了7級響應(yīng)時間尺度，根據(jù)不同時間尺度，對應(yīng)響應(yīng)多樣的電網(wǎng)調(diào)度和交易品種需求，例如，儲能和可中斷負(fù)荷為秒級響應(yīng)，對應(yīng)電網(wǎng)緊急或故障調(diào)節(jié)需求，電動汽車和樓宇空調(diào)為分鐘級響應(yīng)，對應(yīng)電網(wǎng)實(shí)時功率調(diào)節(jié)，工業(yè)用戶生產(chǎn)負(fù)荷為小時級或者天級，對應(yīng)日前調(diào)度和區(qū)域平衡調(diào)節(jié)，以此提升響應(yīng)各類調(diào)控需求的可靠性。級電N虛擬電廠資源可調(diào)能力感知和預(yù)測：基于模型-數(shù)據(jù)聯(lián)合驅(qū)動、聚類估算和多模型動態(tài)組合的方式，一方面進(jìn)行基于標(biāo)簽特性的聚類劃分，找到相似運(yùn)行曲線；另一方面，基于多模態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)組合分析，實(shí)現(xiàn)了分布式資源可調(diào)潛力的感知和預(yù)測，比如對充換電站的可調(diào)能力預(yù)測，需要綜合人流、電動車熱力圖、充換電站歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)、工作日和節(jié)假日時段等多維數(shù)據(jù)分析。結(jié)果訓(xùn)練訓(xùn)練預(yù)測結(jié)果支持向量積隨機(jī)森林訓(xùn)練樣本lⅡ虛擬電廠應(yīng)用技術(shù)——資源動態(tài)聚合n化對各個電壓等級節(jié)點(diǎn)影響的靈敏度大小，確定和大電網(wǎng)模型拼接的顆粒度，解決電網(wǎng)調(diào)度對虛擬電廠盲目調(diào)節(jié)的問題。資源模型虛擬機(jī)組n區(qū)電lⅡ虛擬電廠應(yīng)用技術(shù)——資源動態(tài)聚合確描述其整體外特性，并納入到電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行控制?；谫Y源接入的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒑唾Y源個性化模型進(jìn)行分析，同時考慮資源響應(yīng)時間尺度的差異性及資源與交易品種的契合度來進(jìn)行聚合，動態(tài)構(gòu)建虛擬電廠凈功率等值模型。lⅡ虛擬電廠應(yīng)用技術(shù)——高效安全調(diào)控國電南(和)與配電同優(yōu)化(和)與配電同優(yōu)化技術(shù)，云動區(qū)域助月日前響應(yīng)臺區(qū)/虛擬電廠日前15min尺度，全局優(yōu)化日內(nèi)響應(yīng)調(diào)度專網(wǎng)/廣城網(wǎng)考慮“日前+日內(nèi)+實(shí)時”多時間尺度和“虛擬電廠+虛擬機(jī)組+靈活資源”橫向分層協(xié)同；以臺區(qū)為單元縱向分區(qū)，動態(tài)構(gòu)建虛擬機(jī)組，并實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)組分區(qū)內(nèi)自治運(yùn)行；考慮資源聚合運(yùn)行特性和歷史響應(yīng)記錄數(shù)據(jù)，構(gòu)建機(jī)組響應(yīng)特性分類和響應(yīng)置信度評級標(biāo)簽，靈活響應(yīng)電網(wǎng)各類調(diào)控需求，實(shí)現(xiàn)高可靠網(wǎng)荷互動。采用多類型混合協(xié)同控制模式，根據(jù)響應(yīng)類型、調(diào)控特點(diǎn)，采用不同的調(diào)控方式和組網(wǎng)模式，提升了控制響應(yīng)的實(shí)時性。時間尺度分層時間尺度分層空間。區(qū)時K空間尺度分區(qū)時時間區(qū)虛擬電廠機(jī)組優(yōu)化配置考慮各用戶利益均衡、成本均價、系統(tǒng)均衡、設(shè)備健康均衡等多因素，構(gòu)建基于資源屬性的資源組合優(yōu)化配置策略圖譜，提升聚合調(diào)節(jié)精度和精益化運(yùn)行能力。附平附平hh特性合合ii魯棒性優(yōu)化日前經(jīng)濟(jì)最優(yōu)日內(nèi)經(jīng)系統(tǒng)均衡梯級調(diào)度系統(tǒng)均衡梯級調(diào)度線路規(guī)劃利益均衡成本均衡利潤分?jǐn)偝杀竞怂銘土P評估4e4e多機(jī)組戶系統(tǒng)多機(jī)組戶IⅡ虛擬電廠應(yīng)用技術(shù)——高效運(yùn)營和市場交易o(hù)報(bào)量報(bào)價，并根據(jù)市場出清結(jié)果和盈利情況，對模型進(jìn)行反饋調(diào)整，實(shí)現(xiàn)自學(xué)習(xí)和自優(yōu)化，減少對人工運(yùn)營的依賴。日批露數(shù)據(jù)概率化場景生成雙層隨機(jī)規(guī)劃持倉量情況場景生成出清價格歸一化值預(yù)測結(jié)果市場供需情況場景消減投標(biāo)曲線電價和電量累計(jì)收益情況歷史出清情況投標(biāo)競價場景集圍繞虛擬電廠交易，針對交易數(shù)據(jù)的安全隱私問題，以可信安全為底座，提出基于同態(tài)加密及信息物理特征整合的電力交易數(shù)據(jù)安全加密和雙重?cái)?shù)據(jù)完整性校驗(yàn)技術(shù)，解決虛擬電廠交易數(shù)據(jù)安全性及隱私性防護(hù)難的問題。節(jié)點(diǎn)1密文1密文2密文3數(shù)據(jù)保密數(shù)據(jù)完整數(shù)據(jù)完整 日前省內(nèi)瓦組織交易。際價格。備用(實(shí)時/日內(nèi)/日前)調(diào)峰(實(shí)時/日內(nèi)/日前)調(diào)頻(實(shí)時)100元/萬千瓦.日前省內(nèi)山西：日前交易以報(bào)量報(bào)價方式參與省內(nèi)IⅡ虛擬電廠商業(yè)模式n■虛擬電廠參與交易品種——需求響應(yīng)需求響應(yīng)由當(dāng)?shù)厝嗣裾l(fā)改運(yùn)行部門經(jīng)審批后發(fā)布實(shí)施，具有非周期性、非連續(xù)性、審慎性。實(shí)施前完成需求響應(yīng)資源組織、項(xiàng)目建設(shè)管理等，按照邀約結(jié)果制定計(jì)劃并實(shí)施，最后根據(jù)響應(yīng)結(jié)果發(fā)放激勵。分類通知計(jì)劃管理激勵發(fā)放設(shè)計(jì)用戶提交審批發(fā)放IⅡ虛擬電廠商業(yè)模式虛擬電廠參與交易品種——輔助服務(wù)輔助服務(wù)市場由調(diào)度中心組織，通常對需求側(cè)資源(虛擬電廠、儲能等)設(shè)獨(dú)立交易品種，包括調(diào)峰和調(diào)頻，部分地區(qū)將調(diào)峰進(jìn)一步細(xì)分為調(diào)峰(增負(fù)荷)和頂峰(減負(fù)荷)輔助服務(wù)。線)價申報(bào)一c裝=zl虛擬電廠參與交易品種——日期現(xiàn)貨市場在參與現(xiàn)貨市場探索中，山西先行將虛擬電廠引入日前現(xiàn)貨市場。具體交易步驟為日前申報(bào)各時段負(fù)荷上下限與3-10段遞減的價格曲線，按“負(fù)發(fā)電”的模式參與出清，形成次日用電計(jì)劃曲線；或按月確定參與調(diào)節(jié)時段，日前申報(bào)調(diào)節(jié)容量。在現(xiàn)貨市場用更多的低價電，把批發(fā)電費(fèi)降下來。wuii0新●lⅡ虛擬電廠商業(yè)模式O回心配招樂謂:"前電的害心配招樂謂:"前電的害,發(fā)電氧羈Ⅱ虛擬電廠盈利模式n價值主張價值主張滿足多元化用能需求開拓售電服務(wù)市場促進(jìn)清潔能源消納構(gòu)建合作共贏生態(tài)核心資源依據(jù)不同客戶的能源服務(wù)需成本結(jié)構(gòu)人才成本營銷成本科研成本電能量交易盈利模式客戶細(xì)分&客戶關(guān)系罐合作伙伴關(guān)鍵業(yè)務(wù)求，針對性匹配服務(wù)資源公共基礎(chǔ)成本源消納能源合同源消納能源合同E緊急控制輔助服務(wù)用戶互濟(jì)削峰填谷需量電費(fèi)補(bǔ)貼.合理補(bǔ)償參與響應(yīng)的用戶.緩解電網(wǎng)運(yùn)行壓力，并對參與用戶一定補(bǔ)貼。配電設(shè)備容量，并將部分節(jié)約的建設(shè)投資費(fèi)用用于獎勵虛擬電