虚拟电厂关键技术和运营模式探讨-纪陵

化公司目/录1背景及现状存在难点与挑战3关键技术4商业模式探讨品“清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能”是我国新型电力系统发展的关键目标。当前，新型电力系统正在快速发展，大规模的风能、太阳能等新能源并入电网；用户侧分布式可再生能源广泛应用；电动汽车也越来越多，此外，还有各种微电网和储能设备可以参与电力系统调节。另外，工厂生产、房屋供暖制冷、交通运输等终端设备电气化程度越来越高，综合能源系统不断发展。构建新型电力系统，面临诸多挑战，同时也给虚拟电厂发展带来了机遇和挑战。新型电力系统发展关键目标过载?过电压?潮流反送清洁低碳于于安全充裕经济高效灵活智能Ⅱ新型电力系统下虚拟电厂建设背景国电南京自动化股份有限公司新特征新特征D用户侧用户侧会会新新变化新挑战三全*电r虚拟电厂的发展是建设新型电力系统的必然要求|Ⅱ新型电力系统下虚拟电厂发展现状面向解决应急问题，主要包括可控负荷资源，政府部门或电力调度机构发出邀约信号(需求响应),通过专项资金、特定合同、激励政策引导虚拟电厂组织资源参与。虚拟电厂成为新型市场主体，进一步提升系统灵活调节能力，虚拟电厂聚合了”源、储、荷”多类型可调资源，随着市场化机制的成熟和智能调控技术的成熟，虚拟电厂可以参与电力现货、辅助服务等市场，井实现自主调控和与电网的友好互动。urinurinNEMOCS对13000多个工厂进洲能源交易所)中进行24h/7d率电能发电能力超10GW,其中超过的储能能力●欧盟NEXTKraftwerke●欧盟WEB2ENERG●欧盟FENIX少1%-3%电力行业单位2005200920108■面对新型电力系统发展面临的挑战，需要唤醒电网调度看不到、控不了的用户侧海量灵活异质资源，建设和实现从离散动作的需求响应，到连续闭环运营、可调控、可交易的新型虚拟电厂，用更经济的方案，解决能源转型中低碳-安全-经济三角矛盾。1资源挖掘难——如何大量挖掘资源?实时控制难——如何实现精准调控?市场激励难——如何参与市场交易?安全保障难——如何保障数据安全?关键技术关键技术政策和市场机制商业模式23lI技术难点与挑战■和传统电厂相比，虚拟电厂作为新型并网主体，不具备友好支撑电网调度可观可测的条件>虚拟电厂接入的用户侧灵活资源种类多、单体容量较小、位置分散，资源设备信息和实时监测数据采集难度大；>资源特性各异，时间响应特性存在差异，资源聚合建模难度大；>虚拟电厂接入电网模型描述体系、模型拼接手段不完备，虚拟电厂作为新型并网主体纳入电网调度管控，存在不好用、不敢用的问题。相罚相罚■和传统电厂相比，虚拟电厂控制响应的实时性、可靠性、安全性难以保证>虚拟电厂分布式资源聚合，不具备通过专网接入调控主站的条件；>通过无线、有线、公网等异构网络互联，存在数据安全风险；>用户侧复杂环境下的物理通信基础设施通常难以应对低时延、高可靠、高频次、高并发的分布式资源动态接入和调控响应需求。A2风na孟*■和传统电厂相比，虚拟电厂用户及市场行为难评估，导致经济高效运营难>虚拟电厂用户复杂多变：市场环境、经济形势、政策法规等外部因素的变化以及用户自身的生产经营情况都可能对用户的意愿和行为产生影响，导致虚拟电厂的预测、计划和管控困难。>虚拟电厂市场复杂多变：竞争激烈，响应模式多样，调节控制成本测算难，导致价格预测困难，虚拟电厂交易报价决策难度>依靠人工进行虚拟电厂用户资源响应控制和市场运营决策的模式不可行关键技术RⅡ虚拟电厂核心技术架构R平台技术平台技术总体技术架构虚拟电厂信息交互技术虚拟电厂边缘智能节点十十虚拟电厂云-管-边-端虚拟电厂信息交互技术虚拟电厂边缘智能节点十十全应用技术高效安全调控技术应用技术高效安全调控技术高效运营和市场交易技术■整体架构：“云-边-端”协同、弹性、可扩展>通过“云端决策中心+边端边缘自治+端侧智能节点”的三级协同架构，既实现了多元场景和多种类能源设备的统一建模、聚合和优化调度，又保障了本地控制闭环、快速响应和安全可靠。云端不仅可以下发控制指令到边缘侧，还可以直接下发调控模型，使得边缘侧自主灵活性大大提升；同时，多个边缘侧调控结果实时反馈统一汇聚到云端决策中心，根据实际运行数据不断迭代优化算法模型，实现自学习和自优化。p分布用户区域1区域2区域n功■■信息交互技术：确定性网络(实时、可靠、安全)>在云端，构建三个网络域，一是面向调控和营销业务，打通电力调度网络、用采网络，实现负荷终端灵活调控；二是面营管控与现货交易业务，实现能源实时计算与>在管端，利用运营商骨干网、5G核心网打通云边协同链路，根据行>在边端，将部分网络设施下沉设置在园区内部或周边，立起自己的虚拟专用网络，满足园区企业数据>海量资源互联、接入和管理，实现资源信息自描述、册。器留器留二哭NAW-NmAIrNuC/-二■边缘智能节点：实时在线、先进控制、边缘自治>边缘智能节点作为虚拟电厂云端管控平台和用户侧灵活性能源资源的核心连接枢纽，对下实现用户侧资源数据采集、通讯、控制和边缘自治，对上实现云端指令接受和拆解，同时依靠确定性网络通讯模组和数据安全加密模组，降低网络时延，提升数据可靠性、安全性。岗虚拟电厂协调控制中心平及问题：秒级高时延议自主设计安全设计国密算法时变密钥实施效果安全可信低时延(转发时延20微秒)基于物理特征的身份认证高性价比■端侧智能感知：非侵入式智能感知>实现对资源的监测与信息采集。负荷用电监测是指对负荷内部每个/类用电设备的用电信息进行获取，主要包括工作状态和用电功率。用户负荷采集终端需要在采集频度、采集精度等方面达到要求。*电空内配电nm■虚拟电厂分时分类聚合：根据资源响应准备时间、调节响应时间等特性，设计了7级响应时间尺度，根据不同时间尺度，对应响应多样的电网调度和交易品种需求，例如，储能和可中断负荷为秒级响应，对应电网紧急或故障调节需求，电动汽车和楼宇空调为分钟级响应，对应电网实时功率调节，工业用户生产负荷为小时级或者天级，对应日前调度和区域平衡调节，以此提升响应各类调控需求的可靠性。级电N虚拟电厂资源可调能力感知和预测：基于模型-数据联合驱动、聚类估算和多模型动态组合的方式，一方面进行基于标签特性的聚类划分，找到相似运行曲线；另一方面，基于多模态监测数据组合分析，实现了分布式资源可调潜力的感知和预测，比如对充换电站的可调能力预测，需要综合人流、电动车热力图、充换电站历史负荷数据、工作日和节假日时段等多维数据分析。结果训练训练预测结果支持向量积随机森林训练样本lⅡ虚拟电厂应用技术——资源动态聚合n化对各个电压等级节点影响的灵敏度大小，确定和大电网模型拼接的颗粒度，解决电网调度对虚拟电厂盲目调节的问题。资源模型虚拟机组n区电lⅡ虚拟电厂应用技术——资源动态聚合确描述其整体外特性，并纳入到电网调度运行控制。基于资源接入的网络拓扑信息和资源个性化模型进行分析，同时考虑资源响应时间尺度的差异性及资源与交易品种的契合度来进行聚合，动态构建虚拟电厂净功率等值模型。lⅡ虚拟电厂应用技术——高效安全调控国电南(和)与配电同优化(和)与配电同优化技术，云动区域助月日前响应台区/虚拟电厂日前15min尺度，全局优化日内响应调度专网/广城网考虑“日前+日内+实时”多时间尺度和“虚拟电厂+虚拟机组+灵活资源”横向分层协同；以台区为单元纵向分区，动态构建虚拟机组，并实现虚拟机组分区内自治运行；考虑资源聚合运行特性和历史响应记录数据，构建机组响应特性分类和响应置信度评级标签，灵活响应电网各类调控需求，实现高可靠网荷互动。采用多类型混合协同控制模式，根据响应类型、调控特点，采用不同的调控方式和组网模式，提升了控制响应的实时性。时间尺度分层时间尺度分层空间。区时K空间尺度分区时时间区虚拟电厂机组优化配置考虑各用户利益均衡、成本均价、系统均衡、设备健康均衡等多因素，构建基于资源属性的资源组合优化配置策略图谱，提升聚合调节精度和精益化运行能力。附平附平hh特性合合ii鲁棒性优化日前经济最优日内经系统均衡梯级调度系统均衡梯级调度线路规划利益均衡成本均衡利润分摊成本核算惩罚评估4e4e多机组户系统多机组户IⅡ虚拟电厂应用技术——高效运营和市场交易o报量报价，并根据市场出清结果和盈利情况，对模型进行反馈调整，实现自学习和自优化，减少对人工运营的依赖。日批露数据概率化场景生成双层随机规划持仓量情况场景生成出清价格归一化值预测结果市场供需情况场景消减投标曲线电价和电量累计收益情况历史出清情况投标竞价场景集围绕虚拟电厂交易，针对交易数据的安全隐私问题，以可信安全为底座，提出基于同态加密及信息物理特征整合的电力交易数据安全加密和双重数据完整性校验技术，解决虚拟电厂交易数据安全性及隐私性防护难的问题。节点1密文1密文2密文3数据保密数据完整数据完整 日前省内瓦组织交易。际价格。备用(实时/日内/日前)调峰(实时/日内/日前)调频(实时)100元/万千瓦.日前省内山西：日前交易以报量报价方式参与省内IⅡ虚拟电厂商业模式n■虚拟电厂参与交易品种——需求响应需求响应由当地人民政府发改运行部门经审批后发布实施，具有非周期性、非连续性、审慎性。实施前完成需求响应资源组织、项目建设管理等，按照邀约结果制定计划并实施，最后根据响应结果发放激励。分类通知计划管理激励发放设计用户提交审批发放IⅡ虚拟电厂商业模式虚拟电厂参与交易品种——辅助服务辅助服务市场由调度中心组织，通常对需求侧资源(虚拟电厂、储能等)设独立交易品种，包括调峰和调频，部分地区将调峰进一步细分为调峰(增负荷)和顶峰(减负荷)辅助服务。线)价申报一c装=zl虚拟电厂参与交易品种——日期现货市场在参与现货市场探索中，山西先行将虚拟电厂引入日前现货市场。具体交易步骤为日前申报各时段负荷上下限与3-10段递减的价格曲线，按“负发电”的模式参与出清，形成次日用电计划曲线；或按月确定参与调节时段，日前申报调节容量。在现货市场用更多的低价电，把批发电费降下来。wuii0新●lⅡ虚拟电厂商业模式O回心配招乐谓:"前电的害心配招乐谓:"前电的害,发电氧羁Ⅱ虚拟电厂盈利模式n价值主张价值主张满足多元化用能需求开拓售电服务市场促进清洁能源消纳构建合作共赢生态核心资源依据不同客户的能源服务需成本结构人才成本营销成本科研成本电能量交易盈利模式客户细分&客户关系罐合作伙伴关键业务求，针对性匹配服务资源公共基础成本源消纳能源合同源消纳能源合同E紧急控制辅助服务用户互济削峰填谷需量电费补贴.合理补偿参与响应的用户.缓解电网运行压力，并对参与用户一定补贴。配电设备容量，并将部分节约的建设投资费用用于奖励虚拟电