零碳时代下的虚拟电厂建设

零碳时代的虚拟电厂汇报人：XXX<1>虚拟电厂的背景<2>虚拟电厂的概念

<3>虚拟电厂的资源

<4>虚拟电厂的发展

<5>虚拟电厂的实例目录content02<1>虚拟电厂的背景032030年：非化石能源消费比重达到25%左右，风电、太阳能发电总装机容量达到12亿kW

以上。2060年：清洁低碳安全高效的能源体系全面建立。·大力发展风能、太阳能、生物质能、海洋能、地

热能等，不断提高非化石能源消费比重。·因地制宜开发水能。有序发展核能。合理利用生物质能。·开展建筑屋顶光伏行动，大幅提高建筑物采暖、生活热水、炊事电气化普及率。·推进太阳能电池、可再生能源制氢技术。·完善差别化电价、分时电价、居民阶梯电价政策。

·严控煤电装机规模。·推动互联网、大数据、人工智能、5G

技术与绿色低碳产业深度融合。2020年9月22日，中国在第75届联合国大会一般性辩论上郑重宣布：中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有利的政策，CO2

排放力争在2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。11%18%10%

2,011GW(2019)59%4%21%2,789

GW42%

(2030E)17%2%2021年10月24日，国务院出台文件《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》16%■Thermal

■Hydro■

Wind

Solar

Nuclear供能侧：我国清洁能源发电容量光伏、风电装机容量预测(GW)CAGR大势所趋：中国的零碳宣言57347823422719-20E

20E-

30E2019

2020E

2030E14.3%8.1%SolarWind9.4%7.7%背景20521004嚼本单发电灵活性需求新能源一般具有波动性和不确定性，其占的比

例越高，对发电调节能力需求越大深度调峰：最低负荷60%下降至30%(调节范

围)电力系统基本约束：发电、用电平衡。传统：发电调节只需要应对用电的不确定性。新能源：发电调节需要应对用电、新能源的不确定性。新能源对传统发电的影响发电输电发工业05社区商业居民虚拟电厂的概念06·通过先进的通信、计算、调度、市场手段把

大量分散布置的中小规模的分布式资源进行

统一管理，协调优化，释放系统灵活性。·虚拟电厂通过聚合分散在电网中的分布式能

源(即分布式发电、可控负荷和分布式储能)

以使其成为可统一调度的“发电系统”,进

而可以跟从调度指令、参与电能量市场和辅

助服务市场。分散资源不属于我，但托管于我。概念：将不同空间的可调(可中断)负荷、分布式电源、储能、微电网、电动汽车等一种或

者多种资源聚合起来，实现自主协调优化控制，参与电力系统运行和电力市场交易的智慧能

源系统。它既可以作为“正电厂”向系统供电调峰，又可以作为“负电厂”加大负荷消纳配合系统

填谷。它既可以快速响应指令，配合保障系统稳定并获得经济补偿，也可以等同于电厂参与

容量、电量、辅助服务等各类电力市场获得经济收益。<2.

1>虚拟电厂概念什么是虚拟电厂?Camhdl

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Edge

Solutions

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Portfolio

一

Othergridautomationsolutions通信智能设备健康管理配网管理/分布式能源管理

ADMS

/DERMS数字化变电站直电动汽车充电集成

和管理集成(虚拟电厂/需求侧响应)不染可再生能源自动化虚拟电厂微网能量管理储能b*Y08电力交易平台虚拟电厂子站酮

垫

必

鹏

鲷

团本地量测系统图固帽倡妈r

酮酮“云-管-边-端”能源互联，

“软件-网络-硬件”协同的数字化生态系统具备边缘计算能力的智能硬件经端考虑通信安全的网络管道系统支持云部署的主站优化运

行软件系统无线公网/专线公网/光纤专网虚拟电厂主站/云部署虚拟电厂系统架构虚拟电厂智能终端电网运营昌09N我这里突然没风了

我不能给你供电了!风电厂我们全家出去浪了，

我们也停止发电了!我这里下雨了，发不了电了!光伏电厂不行了!受不了：谁

能

来

救

救

我

!电

网电不够了!会多一会少们

太麻烦了们增加电费了天气太热了把空调都开了回电用不完了快把备用机组停了吧!天气刚好，把空调都关了吧!没有虚拟电厂之前家庭发电厂10我们终于可以安心

发电了，再也不会

浪费了!有虚拟电厂以后你们终于可以自我调节了没我什么事了!我来给你们

统筹协调一下e(11需求侧管理最初由美国学者C.W.Gellings

于1981年提出，用来应对能源危机，

减少能源消耗，开始大力推广电力负荷控制系统。在1993年正式引入中国。由于发电供给侧发电设备以及电网的构建相对于电力需求的增长总是有相应时滞，不能更好满足电气企业的需求，为了维持电力系统供需平衡，不仅要从电

力供给侧着手，更需要从需求侧入手进行规划管理。概念：加强全社会用电管理，综合采取合理、可行的技术和管理措施，优化配置电力资源，在用电环节制止浪费、降低能耗、移峰填谷、促进可再生能源电力消费、减少污染物和温

室气体排放，实现节约用电、环保用电、绿色用电、智能用电、有序用电。电力需求侧管理12过程协同性资源在地域上分散的，虚拟即可将风光、燃机、水电厂可对不同区域、不同特性的分布式能源集中管理，》

不同虚拟电厂运营管理者通过相互协助共同合作促使虚

拟电厂参与不同类型电力市/

场交易。控制智能化基于云计算技术，虚拟电厂中各构成单元通过互联网实现互联，实现

智能化管理。资源环保性一方面通过节能技术和负荷管理手段降低

电力需求，另一方面

有效聚合分散清洁能

源。电等多种分布式能源资源聚合，又能利用分时

电价，可调负荷多方式改变用户用能行为。虚拟电厂的特征资源多样性》13直流储能直流负荷光伏发电直流储能工业负荷公共电网居民

负荷园区小型微电网微型燃气轮机

光伏发电微电网概念微电网是指由分布式发电、储能装

置、能量转换装置、相关负荷和监

控、保护装置汇集而成的小型发配

电系统，能够实现自我控制、保护

和管理的自治系统，既可以并网运行也可以孤岛运行。虚拟电厂与微电网风力

发电商业

大楼光伏发电直流储能光伏发电工业负荷并网点负荷14微电网对分布式能源聚合时，

般要求分布式能源位于同

一区域

内，就近组合，对地理位置要求高。—与配电网可以产生多个公共连接

点。交互同样功率情况下，虚拟

电厂比微电网更能够平滑联络负荷曲线的功率波动。不改变聚合可控资源并网形式，更侧重于通过能源互联网技术进

行聚合。1、聚合有效地理区域不同

2、

与配电网接入点个数不同

3、

与电网连接方式不同微电网对同一区域内的分布式能源聚合，

一般在某一特定的公共连接点接入配电网侧。微电网聚合分布式能源时，需要改变电网原有的物理架构，

对其进行拓展。对分布式能源聚合可跨区域开展，

不受地理位置限制。虚拟电厂与微电网的异同点虚拟电厂微电网15虚拟电厂侧重于实现供应主体利

益最大化，具备电力市场经营能

力，以一个整体参与电力市场和辅助服务市场。微电网侧重分布式能源与负荷就

地平衡，突出自治功能。微电网既可以离网运行，也可以

并网运行。虚拟电厂与微电网的异同点虚拟电厂只在并网模式下运行。4、运行方式不同5、侧重功能不同虚拟电厂微电网16虚拟电厂的资源17<3.1>可调负荷什么是可调负荷?在电网高峰时段下，用户负荷中心不可以调节的负荷部分，该部分负荷要求的供电可靠性高，

一旦改变会对用户生产生活或者电网安全可靠

性带来严重影响。在电网高峰时段下，用户负荷中心可以调节的负荷部分。从用户负荷调节的角度来看，可调

负荷具备较大的虚拟电厂资源能力。不可调负荷可调负荷18<3.1>可调负荷三种可调负荷一、工业负荷：主要来自于非生产性负荷和辅助生产负荷。一(非连续工业负荷是意愿、能力、可聚合性“三高”的首选优质资源。)工业负荷主要包括电锅炉、电窑炉、电传送装置、电机等生产装备，以及电梯、照明、空调等辅助生产设备等。连续生产电力用户：化工、水泥、冶金行业，此类用户用电量很大，生产班制连续，主要生产设备长时间投运，对电力系统稳定、安全要求较高。非连续生产电力用户：机械、纺织、食品等行业，此类用户生产班制不连续，具有较大的可调节性。19空调群控系统inttxe@+cm

44*agm单

1蛋高基，34.4E

部度，

.2*<3.1>可调负荷二、商业负荷：主要来自于楼宇的空调、照明、排风扇等动力负荷。商业建筑负荷包括建筑空调、照明、电

梯、水泵、电采暖等用电设备。根据用户特征又可分为：公共建筑：包

括政府机关、医院、学校等，此类用户供电可靠性要求高，用电负荷高峰较为

集中，多为白天。商业建筑：包括宾馆、餐饮、娱乐等行

业，用电高峰较为集中，多为晚上，具

有较大的节约电力资源潜力。一(建筑楼宇空调、照明是第二优质资源。)智能楼宇空调群控系统大根确度，3WV

类化联度，2

.

?20<3.

1>可调负荷三、居民负荷：主要来自于分散式空调、电热水器、电冰箱、充电桩等。一(居民负荷分布散、单点容量小、聚合难度大。)居民负荷主要以居民用电

为主，用户用电量大，增

长快，负荷变化大，通常

情况会形成一到两个负荷

高峰。居民住宅智能家居21<3.1>可调负荷四象限分析方法区分可调负荷用户资源1.可调负荷资源潜力的大小是“可调节能力”和“价格敏感度”共同作用的结果。2.可调负荷用户资源大致分为4类。D类：单个用户可调节能力比较小，价格敏感度比较低重点领域：公共建筑和民用建筑C类：单个用户可调节能力比较大，但价格敏感度比较低重点领域：工业中连续生产行业A类：单个用户潜力比较大，价格敏感度比较高重点领域：工业中非连续生产行业B类：单个用户可调节能力比较小，但价格敏感度比较高重点领域：城市公共交通222.电动汽车充电时时空分布的不确定性，充电负荷具

有较大随机性，加大电网优化控制难度。3.电动汽车充电负荷属于非线性负荷。充电设备中电

力电子装置会产生谐波，引起电能质量问题。<3.2>

电动交通1

电动交通主要包括：电动汽车、港口岸电、充电设施等。2特点：用户用量大，用电高峰较为集中，电动私家车出行多为早晚高峰，其充电时段的选择具有较大的调节潜力。4.电动汽车交直流充电及充换电模式多种多样。将改

变电网，尤其是配电网负荷结构和特性。1.大量电动汽车集中在负荷期充电，将加剧电网峰谷

差，加重电力系统运行负担。电动汽车充电对电网影响23分布式燃机

分布式光伏单机容量小于100kW

的风

电系统，用于离网型风电、

风光互补发电。

一般分布

在无电区、海岛、渔船上、网电压在35kW及以下。分布式电源是一种建立在用户端的能源供应方式，可以独立运行，也可并网运行。分布式电源是把发电和供能系统建立在用户附近，利用清洁能源及当地的可再生能源等，通过能源梯级利用方

式，满足用户冷、热、电、汽、生活热水等各种负荷的需求。农业生物质能发电

林业生物质能发电

畜禽粪便沼气发电

城市生活垃圾发电建筑屋顶光伏，分为并网光伏屋顶系统和离网光伏

屋顶系统。<3.3>分布式能源能效高、清洁环保、

安全性高、经济效

益好分布式小水电

小型风电总装机容量5万kW

以下小水电站，接入电生物质发电24分布式生活垃圾焚烧发电分布式生物质发电分布式小水电站分布式海上风电分布式光伏发电分布式小型燃机25储能类型技术名称应用范围响应时间效率物理储能抽水蓄能广泛应用于调峰、调频和备用电源场景。分钟级70%~75%压缩空气分钟级50%~70%电化学储能锂离子电池辅助可再生能源备用、调峰、调频、容量备

用百毫秒级85%~98%铅炭电池削峰填谷、容量备用百毫秒级70%~90%电磁储能超级电容电能质量调节、USP、

削峰等毫秒级70%~90%储能技术类型比较表<3.4>储能26储能电站储能分为：用户侧储能、电网侧储能、发电侧储能。北京首个电网侧储能电站Tesla发电侧侧储能电站27储能的作用?调峰：1、使配电容量大幅减小，节省电力装备建设投资。2、电网谷值电价较

低时利用储能向电网购电，待峰值电价

高时卖出，可以减少电费，减小峰谷差。改善电能质量：大量分布式电源并网，对电网电能质量有很大影响，利用储能

对电网进行有功、无功功率补偿，可有

效改善电源电能质量。提高系统稳定可靠性：对于电网不可预估大的扰动，储能快速响应性能可使系

统快速从紧急状态恢复到正常状态。调频：由于可再生能源出力的随机性和波动性，出力与负荷无法契合，使得储

能快速响应性具备调频能力。<3.4>储能28<4>虚拟电厂的发展29·引入需求侧响应能源管理模式，运用市场化方式激励和引导用户主动削减

尖峰负荷，强化需求侧管理。·2015年在全国率先出台四季节性尖峰电价政策。·2016年江苏省开展全球单次规模最大的需求响应，削减负荷352万kW。

2018年春节负荷在低谷段开展填谷响应，最大规模257万kW。·2019年削峰规模达402万kW,

削峰能力基本达到最高负荷的3%~5%。第一代虚拟电厂—邀约型虚拟电厂概念：在电力市场包括电能量现货市场、辅助服务市场和容量市场到位之前，通过政府部门或者调度机构(系统运行机构)发出邀约信号，有虚拟电厂(聚合商)组织资源(以可调负荷为主)进行响应。江苏模式30·2015年上海市成立需求响应中心。

·基本实现用电负荷管理系统、用电

信息系统全覆盖。用电负荷覆盖了

上海电网内10kV

及以上电力客户。·2014年建成需求响应管理平台。·建成资源库。已注册负荷集成商家

15家，接入用户1961户，可调负荷

总量120万kW。·探索能源生产消费先进技术。建设

非工空调需求响应系统、工业自动

需求响应系统、商业楼宇信息物理

系统。·出台细化政策。相继出台《上海市

促进电动汽车充(换)电设施互联

互通有序发展暂行办法》等细化政

策。上海模式上海市黄浦区商业建筑虚拟电厂管理平台31概念：以电力市场配置电力资源运行为驱动，通过协调、优化、控制由分布式电源、储能、智慧社区、可控工商业负荷等柔性负荷聚合而成的分布式能源集群，作为一个整体参与各类电力市场交易并为电力系统运

行安全提供调峰、调频、紧急控制等辅助服务的分布式能源聚合商。需求侧负荷电动汽车储能系统电源侧分布式光伏发电分布式风力发电水力发电微型燃机热电联产第二代虚拟电厂—市场型虚拟电厂虚拟电厂控制协调中

心通信系统32概念：随着屋顶太阳能、蓄电池、电动汽车等行业发展的常态化，很多居民都可以

从消费者转变为产消者(既是生产者也是消费者),楼宇也从被动电力使用转变为

可再生能源的管理者与电网供电的主动提供者，向电网出售多余的电能来获取额外

的收益。当虚拟电厂前两个阶段已经完备后，可实现跨空间自主调度，此时用户和

分布式能源可以自由选择调度主体，并实现跨空间地理交易和估算。第三代虚拟电厂—自主调度型虚拟电厂Tesla南澳大利亚州屋顶光伏项目Tesla南澳大利亚州风光储项目33<5>虚拟电厂的实例34特斯拉不仅是纯电动汽车制造商，更致力于实现可再生能源生产-储存-使用的闭环。2019

年

，Tesla在南澳大利亚1000多个家庭中安装

屋顶光伏系统及Powerwall

住宅蓄电池。它们

不是集中在一起，而是分布式的多个小型储能节点。现已有5万个家庭光伏和Powerwall

电池系统、250MW容量。在房屋之间共享太

阳产生的能量。一、南澳大利亚州第三代虚拟电厂实例Tesla的Powerwall能源生产组件制造光伏发电储能设备能源消费家用电车商用电车充电设施TAutobidder能源

交易图1

特斯拉新能源生态闭环体系架构特斯拉新能源生态电

网能源市场下T#5L

方能源

调度数据

分析35Powerwall设有内置逆变器，可随时与太阳能进行无缝集成，可满足家庭用户的用电需求，甚至在需要的情况下，不依赖于公用电网独立运行。太阳能电池板产生的剩余能量储存在

Powerwall中，

可以在夜间为家庭供电。每台Powerwall

容量为13.5kWh

。Tesla

虚拟电厂在电网负荷峰值时给powerwall电池放电，其他时候，房主将使用Powerwall

作为清洁的备用电源。36<1>2019年10月9日，澳大利亚国家电力市场中最大的发电机组昆士兰州电力负荷意外跳闸，丢失负

荷748MW,

电力系统频率立即降至49.61Hz,

低于正常工作范围。虚拟电厂检测到频率异常偏移，立

即作出反4应，将功率注入系统帮助其恢复频率。<2>2019年11月16日下午6点后，南澳大利亚州地区电网因故障与澳大利亚国家电力系统中的其他地

区中断了近5个小时。导致频率在45分钟内经历了高频(>50.15Hz)

和低频(49.85Hz)

事件。在这2种情况下，虚拟电厂均立即反应，首先将电池充电至较低的系统频率，然后对电池放电以提高系统频图8-2

南澳大利亚州虚拟电厂在2019年12月10日对紧急事件的响应率。37Ancillary

Service

Market

in

SGCC

North

ChinaVPPChengdeamiawcuTotal11Types,Beijing

160MWdinhuangdaoTangshandnotmoFocused

onHeatpump:1sssoaw,Air-conditioningtetaw.Energystorageaooxwy,DistributedPVnosMy.AdjustabieLoad;acoow,EVCharging

Pileataw,Smart

Buidingso,Snowmakingoscawy.Smart

Home,tocowRefrigerationssaw冀北地区清洁能源资源丰富，数据显

示，截至12月5日，冀北电网新能源

装机规模达2014万千瓦。因此，清洁能源消纳成为国网冀北电力的工作

重点。此次示范工程的应用，为冀北

地区消纳清洁能源打开了一扇新大门。

以风电场为例，冬季夜间是整个电网

正值负荷的低谷期，恰恰又是风电发

电的高峰期。如果这时泛电平台能够

聚合各类型分布式资源，实时跟踪电

网调峰需求及调度指令，有效拉升电

网低谷负荷，将有效缓解因调峰困难

而引起的弃风限电，实现风电的多发、

增发，也是对原有火电等调峰资源的

有益补充和扩展。VPP

Pilot

Project

Phase

I国网冀北电力有限公司State

Gnd

Jih

tiactne

PimsrCa.,d二、冀北电网第二代虚拟电厂实例Focused

onAdjustableCommercialLoadasnwFocusedonHeat-storedElectie

Boier

6sasaw冀北虚拟电厂托管区域…

………ComprehensiveEnergy

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