虚拟电厂的典型运营模式和关键技术

虚拟电厂的典型运营模式和关键技术艾芊虚拟电厂概述2虚拟电厂运营模式关键问题3区块链在虚拟电厂中的应用4国内外工程和商业模式5团队及相关研究介绍6结语24■光仅2030年新能源装机超过12亿千瓦0■光仅2030年新能源装机超过12亿千瓦0大电网可再生能源替代化石能源是实现“双碳”目标的主要途径，随着新能源发电占比的快速提升，电力系统面临负荷低谷时段新能源消纳难、尖峰负荷时段电力保供难的困境。虚拟电厂是聚合需求侧各类分布式分布式电源可调节负荷电力系统安全可靠运可调节负荷能量流调度信息5虚拟电厂相关政策为体齿需要甲发02虚拟电厂运营模式关键问题7虚拟电厂运营模式关键问题市场交易中心市场交易市场交易中心市场交易调度管理满意度反馈利润分配满意度反馈利润分配8虚拟电厂对外参与能源市场>问题1:如何计及外部市场环境与内部分布式资源多重不确定因素下，形成外部市场竞标策略9>智能楼宇型虚拟电厂参与调频辅助服务的日前优化竞标策略虚拟电厂对外参与能源市场虚拟电厂对外参与能源市场>问题2:随着电力系统低碳化发展，多种能源之间的耦合关系，缺乏多能耦合虚拟电厂在多能源市场环境下的运营模式电-热-碳-天然气耦合虚拟电厂结构多市场环境多市场环境1、电力市场：除了参与电能量市场或者直接购售电交易以外，虚拟电厂还可提供深度调峰服务与调频服务等电力辅助服务；2、碳交易市场：虚拟电厂被分配初始碳配额，可出售碳配额获利，也需接受惩罚成本；3、天然气市场：虚拟电厂可以在天然气市场补充燃气轮机所需的天然气，并将电转气生产的多余天然气在天然气市场出售。π虚拟电厂对外参与能源市场>问题3:电力辅助服务市场的规模较小，虚拟电厂的策略性行为对出清1、鉴于深度调峰服务与启停调峰深度调峰服务启停调峰服务深度调峰服务双层优化启停二元变量启停二元变量价格配额曲线P价格配额曲线辅助服务市场灵活负荷转移策略虚拟电厂控制中心上层问题灵活负荷代理下层问题灵活负荷电价制定灵活负荷转移策略虚拟电厂控制中心上层问题灵活负荷代理下层问题灵活负荷电价制定>问题1:虚拟电厂如何引导内部成员行为，实现自身运行目标,y',y',y',y'1)上层问题约束：2)下层问题约束：KKT条件转化r,(x.y')-inf{f(x,y')-a'V,h,(x.y')-μ'V-B,(虚拟电厂优化组合机制计算单独运行效益计算所有联盟组合下的虚拟收益虚拟电厂优化组合机制计算单独运行效益计算所有联盟组合下的虚拟收益>问题2:虚拟电厂如何通过优选联盟成员，促使成员合作运行1"阶段：联盟效益预估输入数据列出所有可能组合建立虚拟交易模型模型求解确定分配策略对比分析个体单独收益与虚拟组合分配收益创建偏好排序不同组合下的虚拟收益分配不同组合下的虚拟收益分配并传递至各联盟成员单个集群用户数据交易数据用户数据用户+用户+训练②VPP之间基础3核心要求>问题2:多个虚拟电厂之间的非合作运行模式如何构建调度合作博弈调度中心调度合作博弈调度中心交易中心目标：系统级经济性信息：完全:方法：边际一致性优化VPP1VPP2目标：个体利益信息：不完全方法：贝叶斯法则/机器学习上级电网(公共服务企业)多虚拟电厂之间交易市场同一时段同时存在余电VPP与缺电VPP余电VPP出售电能给配电网的价格要低于缺电VPP购电价格；联盟后整体收益大于其每个成员单独经合并规则：对于包含任意个联盟的集合将联盟{Sj,S₂,……,S,}合并为U分裂规则：对于联盟US,若满足{S,S,…S;}DUS,则将联盟U/S;分裂为{S,S,……,S,}。>存在第三方：基于分对称纳什均衡的共享贡献分料虚拟电厂与其他类型市场主体交易市场料>问题1:虚拟电厂与其他类型市场主体交易市场如何构建一方面，虚拟电厂可从风电获得便宜的电能以满足其电能消耗；另一方面，风电可以以较低的价格从虚拟电厂处购买调频容量。爸风电…风电…交易量。零售市场日前能量市场零售市场日前能量市场日前交易完毕。>问题2:如何有效评估主体对联盟贡献度，完成利益分配传统的对称纳什谈判的目的是平等地分配合作效益，不能反映每个参与主体对联盟的贡献程度。因此，可利用非对称纳什谈判理论对合作效益进行分配，并引入贡献度PO的定义参与主体对联盟的贡献，并据此分配合作效指令主动配电网>共享储能温控负荷虚拟储能的能温控负荷虚拟储能的能将多台电动汽车聚合为虚拟储能，减少计算和管理通过合理配置储能设备的容量，可以最大程度地满足用户的能量需求，同时降低储能的建设和维护成本，进而提高投资的回报率。主从博弈优化流程主从博弈优化流程否用户的日均成本包括电网购电成本和储能使用成否虚拟电厂运营商根据各需求侧资源的调度能力，确定实体储能的最优容量配置：虚拟电厂运营商根据各需求侧资源的调度能力，确定实体储能的最优容量配置：虚拟电厂运营商需考虑参与调度的电动汽车和温虚拟电厂运营商需考虑参与调度的电动汽车和温03区块链在虚拟电厂中的应用区块链技术区块链技术大数据人云计别聚合商n资源聚合可控防荷可中断负荷可调节负荷可转移负荷凤电光伏√协调优化聚合商1控平台聚合商2智能分布式电源云计期大数据A需求侧需求侧分布式存储去中心化共识机制业务协同效率不高较高以独立节点形式接入地位平等且分散智能化虚拟电厂响应侧区块链与虚拟电厂契合度虚拟电厂交易存在的问题辅助服务计量辅助服务交易辅助服务计量辅助服务交易虚拟电厂区块链关键技术相关研究工作国家重点研发计划虚拟电厂分层互动模式与区块链可信交易技术市级平台市级平台市级平台市交帮中心市交帮中心市调大容量情能市调市级平台市级平台n建立虚拟电厂分层互动型交易架构，提升分布式资源参与电网调控的积极性；重点突破满足交易共识快速达成的区块链可信交易技术，构建可信的市场交易环境。点聚合商N聚合商1聚合商N聚合商1聚合商2创新点提出分层互动、分布协调的虚拟电厂区块链可信交易技术。通过主链交易、侧链记录的方式，实现市场环境下多类型灵活资源主体的分布式自主交易与安全灵活互动。虚拟电厂区块链关键技术虚拟电厂区块链关键技术分层互动、分布协调的虚拟电厂区块链可信交易技术通过主链交易、侧链记录的方式，实现市场环境下多类型灵活资源主体的分布式自主交易与安全灵活互动。点A产市pe盘R虚拟电厂可信交易架构”密Nrrettm0交易策略人工智能交易技术可信支撑业务需求架构基础区块链底层设计-云省地云边互联电网直接控制用户侧微网灵活性调节资源；云互联”支撑电网通过外部第三方“虚拟电厂”等聚合平台间接实现与用户侧微网灵活性调节资源的柔性互动。河河国内工程——江苏虚拟电厂纵向穿透省、地公司、边缘层，实现对分布式光伏、储能、充电桩、柔性负荷等负荷侧资源的采器主网电a蕊互联同互联同云云互联通4wem=e器xumm三器罐可调节工商可调节工商3.4万千业负荷国内工程——冀北虚拟电厂楼宇、可调节工商业负荷等11类可调资源，有冀北综合能源公司以及一家社会企业接入。储热式钢炉26储热式钢炉26空调负荷1610+π雷热式电钢炉雷热式电钢炉分布式光伏106+8大工业负荷4万+5汽车充电站280+智能楼字智能楼字900+5制冷制雪350+m智能家居1000+x状20计中sMme选一6-+6mVPP协同调控9)状0网负所bf行方分析温力分析据合仍离的同和资料提供：国网冀北电力公司；每15分钟清每15分钟清,完成VPP次日96点功率计划电厂等每15分钟国内工程——浙江丽水虚拟电厂国内工程——浙江丽水虚拟电厂典型项目3:浙江公司丽水虚拟电厂对丽水地区小水电、新能源、柔性负荷、电动汽车等全域大多数灵活资源进行聚合管理，打造“超大号电池”。灵活资源聚合管理丽水零碳虚拟电厂：对丽水地区小水电、新能源、柔性负荷、电动汽车等全域大多数灵活资源进行聚合管理，打造“超大号电池”。特点：聚合大量水电和光伏等清洁能源发电。国内工程——浙江丽水虚拟电厂消纳空间50万干瓦，达到“以水为储”典型项目4:上海超大型城市统一虚拟电厂示范工程聚合工业、商业楼宇、三联供、电动汽车、铁塔基站等资源，有黄埔虚拟电厂、蔚来汽车、安充充电站等多方运营商接入，规模超过876万干瓦。出法甲虚拟电厂运行管理与监控平台虚拟电厂1AA电、分布式储电力交易平台电力调度平台虚拟电厂N聚合协调轨道交通 国内工程——上海虚拟电厂应24次，其中削峰17次，填谷7次，最大填谷111万千瓦，最大削峰56万千瓦，市场结算规模1593万元。NaatKnesrteNaetkahieteGnttAuuhu2012德国虚拟电厂发展比较成熟，虚拟电厂项目已经基本实现商业化。德国《可再生能源法》明确规定,所有100干瓦以上可再生能源发电项目必须参与电力市场交易销售，因此很多分布式可再生能源项目虚拟电厂可用其资源池中聚合的各种分布式能源资源，参与平衡市场，提供备用服务，特别是二次备用和三次备用可中断负荷既可以参与电力平衡市场，也可以参与输电系降低了参与再调度的最低门槛，即从10MW降低到100kW,引入了“调度管理商”这一新的市场角色。所有100kW以上的新增可再生能源机组都必须进行直接销灵活性的法律基础和先决条件。国外工程——德国国外工程——德国德国虚拟电厂资源来源于发电侧、需求侧和储能，但其高分布式能源占比的特点决定了其以分布式溢价部分与客户分成；或参与辅助服务(调频、备用等)来收取服务佣金。能源资源组合发电侧、需求侧，储能需求侧发电侧、需求侧发电侧、需求侧发电侧电厂规模(2021年)(2018年)3000MW以上(2015年)(2019年)资源管理与优化√√√√√√√√√√√√直接销售√√√√√需求响应(工商业)√√√√√需求响应(家庭)√向消费者/产消者供电√√√新型市场参与者标杆案例1:标杆案例1:德国西部鲁尔地区OBO公司的短期柔性储能业务。Next-Kraftwerke公司帮助OBO公司向电网提供柔性储能服务，为OBO安装了两台紧急备用发电机，当电网频率发生过度偏移时，Next-Krafttwerke虚拟电厂的控制系统将激活这两台设备，向电网输送提供高达500KW的电力。公司将从虚拟电厂解决方案和激活中获得20%的电力，而20%的电力占据了发电量60%-70%的总收入。公司将等全链条能源服务，因而获得了海量的响应资源(2021年其电厂规模已达9800MW)。合资源中可调节资源(包括水电、生物质发电、储能、电动汽车等)启动快、出力算，参与备用市场可得到中标容量与调用电量两部分组成的结算费用(实际响应量>中标容量的90%时)。代理需求响应资源(PDR)分布式能源(DER)“虚拟”单元参与电力市场交易内可持续输出(单个分布式资源容量不超过1MW)2)每4s提供状态信息；能量市场：10MW以下无需遥测1)无论任何容量都需要遥测；2)每4s提供状态信息；1)无论任何容量都需要遥测；2)每4s提供状态信息标杆案例1:1度电2美元，加州公共事业公司PG&E借助Powerwall向提供一度电即可获得2美元收益，远高于电力的部分使用权。2017年，特斯拉与佛蒙特州公用事业公司Green择以每月55美元分期10年或一次性5500美元(2017年Powerwall原价5900美元)的优惠价格获得Powerwall产品，但需要放弃一部分电池商业模式——涉及主体商业模式——涉及主体商业模式设计的核心在于多方利益主体的协调，对于虚拟电厂，需要考虑聚合资源、虚拟电厂运营商、电力系统运营商、政府的诉求等。电网公司——需求主体BayWaBayWare.国外从事虚拟电厂业务的典型厂商简介分布式电源提供较高的固定上网电价，以换取用户设备的控即类似于固定月租形式对参与虚拟电厂的用户予以补贴来换调节的总利润优点营业务捆绑开展，便于推广劣势应用范围受限，虚拟电厂与用固定费模式下对提升用户的积极性作用有限，同时VPP运营与VPP平台收益挂钩应用实例DISCOVERENERGY公司：吸引零售客户以固定上网电价和电费打折的形式加入虚拟电厂平台ROCKYMOUNTAINPOWER公司：向Vermont地区的零售能电池接入网平衡市场竞标的利润商业模式——国内现状商业模式——国内现状我国电力市场建设仍在加速推进，虚拟电厂这类第三方主体参与市场交易仍在逐步探索，因此(市场渠道)·第三方运营商(技术、平台提供商)虚拟电厂)(主流)(降低系统峰值、提高低谷新能源消能力)(政策补贴)·第三方运营商(技术、平台提供商的需求侧响应交易应(削峰为主)趋势①:以需求响应、辅助服务等电力系统调节性服务为核心拓展交易、节能提效业务，形成多维一体的能源服务模式是关键。鉴于虚拟电厂仅提供调节能力获取的收益成长空间受限，且单一参与电网调节的业务布局难以培养足够的客户粘性，把握虚拟电厂发展的核心——客户资源，因此国内外大部分运营商重点在于成为多维一体的综合能源服务商，是未来虚拟电厂商业模式发展的重点。11324√Tesla、Next等均是多元化业务格局√需求响应服务切入拓展节能服务、节能服务商拓展虚拟电厂业务等物联网平台作用：数据采集、聚合调控、交易结算、运营分析等物联网平台作用：数据采集、聚合调控、交易结算、运营分析等理系统强链接作用：交易撮合、宣传推广、产业链金融、专业化理系统弱/无链接供需对接平台属性拓生态虚拟电厂平台趋势②:平台模式成为虚拟电厂规模化发展的关键。现阶段，虚拟电厂主要发展的是基于状态信息感知的物联网平台模式，对负荷侧可调节资源发挥数据采集、聚合调控、交易结算、运营分析等作用，典型的如冀北虚拟电厂平台模式等。未来，随着虚拟电厂规模不断提升，物联网平台将作为虚拟电厂运转的基本底座，而具备交易撮合、征信、产业链金融、专业化运维、宣传推广等功能的供需对接类生态平台将为发展重点，为用户、虚拟电厂运营商、金融企业、专业运维公司、设备软件厂商等提供交互和赋能服务，虚拟电厂将形成“物联网平台+供需对接平台”新型平台模式。文文g聚合控loT平台时文④云平台+oT平台③安全体系云平象和①wrIama%①用户侧暂能终端(建顿、计量、通讯②边缘智能网关计算)③通信网绩全等)鳙套云管②⑤④边数平台类型平台类型上，当前项目级物联网平台、能源服务电商平台共存，未来二者有机链接的层次化平台体系成为重要发展方向。平台类型平台类型上，当前项目级物联网平台、能源服务电商平台共存，未来二者有机链接的层次化平台体系成为重要发展方向。趋势③:具体可以从平台类型、技术发展、商业模式三方面解构平台模式的发展阶段特征。平台类型上，项目级物联网平台为主，未来物联网平台+供需对接平台有机链接层次化平台体系成为重要发展方向；技术发展上，从数据存储、分析的初级阶段，到未来深度结合应用场景的数据沉淀和机理模型开发；商业模式上，当前以提供专业服务为主，未来功能订阅、金融服务、应用商店分成等模式将会兴起，在产品交易、服务交易的基础上，逐步向知识交易演进。项目级物联网平台、能源服务电商平台有机链接的层次化平台体系项目级物联网平台、能源服务电商平台虚拟电厂平台现状及发展趋势技术发展尚处于数据存储、分析、展示的初级阶段，深度结合应用场景的数据沉淀和机理模型开发成为提升面向能源服务商赋能能力的核心关键。未来趋势未来趋势趋势④:在上述发展阶段分析的基础上，提出未来虚拟电厂平台模式发展重点为覆盖交易服务、专业服务的“两级平台、两大生态”。“两级平台”为项目级物联网平台与能源服务电商平台结合的混合一体化平台，打造“应用创新生态”、“联合交付生态”两大生态。能源服务能源服务电商平台层能源服务商项目级物联同平台层…平台2情按平合易划交规链掇平台两级平台生态架构图两级平台体系项目级平台促进各类解决方案的落地，供需对接平台做好交易、征信、运维、金融等赋能服务应用创新生态联合交付生态以金融服务、物联系统集成、共享运维等为切入点，推进联合交付生态，支撑项目实践落地。.艾芊教授上海交通大学电气工程系博士生导师中国电机工程学会能源互联网专委会委员中国自动化学会能源互联网专委会委员【研究方向】【项目合作】【科研成果】.团队负责人介绍.区城能源互联网区城能源互联网智能调拉技术理代电力系统辨识人工智能方法e能源互联下成员的能源互联下成员的行为淡策分析电力系统稳态分析分布式发电团队成员介绍贺兴副研究员上海交通大学电气工程系硕士生导师【研究方向】【项目合作】【科研成果】团队成员介绍高扬助理教授上海市青年科技英才扬帆计划获得者上海交通大学电气工程系新加坡国立大学研究员英国布里斯托大学副研究员瑞典皇家理工学院博士后《电力建设》中文核心期刊青年编委【研究方向】【项目合作】【科研成果】团队成员介绍李嘉媚助理研究员项横向课题.·科研项目：参加多项纵向课题和横向课题(近三年)电力系统认知系统等)口新型电力系统中电力交易将主导调度体系，通过 国网经济技术研究院有限公司DepartmentofElectricalandElectroniEngineering,NationalInstituteofTechnologyTiruchirappalli,Tamilnad2DepartmentofElectricalEngineering,NationalInstituteofTechnologyCalicut,Kozhikode,Kerala,³DepartmentofElectricalEngineering.JamiaMilliaRenewableenergysources(RES)andelectricvehicles(EVs)pose'enenergycommitmentsduetotheirtemporalandspatialuncertainties.Thu