虚拟电厂标杆项目整体建设方案【52页】.docx

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1、虚拟电厂标杆项目整体建设方案1.项目背景电力市场是电力工业重组和市场化运营的必然产物，现货交易是我国电力市场中采用的一种重要的交易方式。从当前国内电力现货市场的电能商品模型中可以看出，传统的基于实时电价理论的电力现货（批发）市场设计忽略了电能生产和消费的时间连续性这个十分重要的特征，并假设同一时段的电能商品都是同质的，因此无法分辨不同品质的电能商品并进行合理定价。在这种定价方式下，由于光伏、风电近零边际成本的特点，将传统火力发电在以边际成本为准的竞价交易中挤出，使得市场出清价格降低，甚至出现负值，因此火力发电难以生存。而同时，光伏和风电的随机性、波动性，给电力系统的运行和控制带来重大挑战，对灵

2、活性的需求急剧增加。电力现货交易与用户侧负荷之间也存在着矛盾。近乎刚性需求的电力消费，在电力市场中致使负荷侧的需求的变化在价格上的波动较大。一天当中，用电高峰负荷处一般市场价格会达到最高，即价格上限，而低谷负荷处则是零价格。一年中冬季和夏季，大量用户侧微负荷如取暖设备和空调的应用，用电量大，而春秋电力消耗少，电力市场通过经济的调控，必将使得用电高峰，夏天、冬天的电价贵，而事实上电力价格基本上不变，就会导致电力市场现货交易使用较少。若电力市场现货交易，电力价格一天一变，则电力市场现货交易必然激增。自2013年国家开展电力需求侧管理城市综合试点建设以来，北京、上海、苏州、唐山、佛山等城市分别建立了

3、可服务城市运行保障工作的需求响应资源库。经过多年试点培育，我国需求响应试点工作形成了政府主导、电网企业支持、新型电能服务机构和电力用户参与的需求响应工作体系。江苏开展了大规模非生产性空调参与电网有序削峰的示范工程，首次提出针对大规模非生产性空调负荷调控实现有序削峰的需求侧管理模式；应用非生产性空调负荷调控中大量“柔性”的控制手段，实现了负荷管理从“刚性”到“柔性”的转变。江苏省2000多户公共楼宇空调负荷实现了刚柔性控制，可控容量超过100万千瓦；2016年通过尖峰电价/可中断负荷补贴，工商业用户自主响应负荷352万千瓦。2018年江苏电网已建成260万千瓦源网荷毫秒级精准切负荷系统，作为特高

4、压交直流电网系统保护试点工程的重要组成部分，该系统实现了对大工业用户可中断负荷、燃煤电厂可中断辅机、翻水站抽水泵以及大型储能电站负荷的毫秒级精准控制。上海市也在积极开展虚拟电厂试点项目，国网上海电力公司在六个特定区域试点局部精准削峰响应，有效减低区域负载，实现“需求弹性，供需协同”。这些前期工作是对解决系统性电力供应不足和时段性电力供需不平衡等问题的积极探索，同时，也为这些试点以虚拟电厂的方式参与电力市场交易运行奠定了良好的基础。虚拟发电厂是多个分布式电源、负荷以及储能装置的集合，可作为一个特殊的发电厂运行，是一种新兴的解决分布式电源并网问题的技术；可以像传统发电厂一样对其进行控制管理，向电网

5、提交发电计划，参与电力市场以及调峰、调频等辅助服务；同时，作为一个综合的能源管理系统，拥有自我协调、自我管理、自我控制以及自我恢复等多重功能，为可再生能源并网运行提供了实时可行的解决方案。虚拟发电厂不改变分布式电源的并网方式，通过先进的控制、通信、计量技术在更高层面的软件架构上实现多分布电源的协调优化运行。虚拟发电厂对外呈现整体功能与效果，无需改造电网而能稳定输电，并提供快速响应辅助服务,是分布式电源并入电网的一种安全有效的方法。虚拟电厂技术是需求响应技术的进一步发展，而需求响应资源及技术是虚拟电厂资源及关键技术中的重要部分。随着智能电网技术的发展，需求侧管理由传统的行政手段引导中断负荷变得更

6、加丰富，在通信技术的支撑下，负荷侧弹性得以发挥其参与市场调节的作用，国内外需求响应项目的实施也取得很好的效果，但是，由于负荷资源参与调节需要满足一定的容量门槛以及性能要求，很多具有弹性的中小用户受到限制，无法参与到需求响应中。为了给具备储能性的中小负荷提供参与市场的机会，创造出了负荷集成的概念，负荷集成将整合需求侧中小负荷资源，通过专业技术手段充分发掘负荷资源的响应价值，与供电侧资源共同参与到市场中。随着分布式电源和集成负荷的迅速发展，电力系统必将受到巨大影响。分布式电源在电力能源中所占比重日益增多不可忽视，在发展规划中必须对其影响与发展做出预测、引导和合理设计，然而由于分布式电源本身不确定性

7、较大，规划设计也难以准确合理，同时分布式电源的种类、原理各异，不同种类分布式电源差异性很大，而且分布式电源往往还受到气候等自然环境影响，风力、光伏发电等间歇性分布式电源的发电能源分别为风能和太阳能，自然条件的变化对其发电影响较大，导致其输出功率带有很强的波动性，接入电网后对电网频率及电压的稳定都会产生一定的冲击。因此分布式电源大比例接入电网，可再生能源扩展使用所面临的一个重要难题是如何运行管理大批地域分散、所属权各异的分布式电源。单个分布式电源发电机组接入电力系统时控制难度较大、投资成本较高。随着分布式电源渗透率的逐步扩大，其对电网运行的稳定性与安全性、电能质量以及配电网管理等方面均构成了多方

8、面威胁同样地，集成负荷不确定性大，种类、容量各不相同，在参与市场的时候也有同样的问题。虚拟电厂与需求响应技术关键的区别在于：需求响应往往是基于聚合及管理负荷资源，实现负荷削减、保证电网安全等目的；而虚拟电厂是将分布式发电资源和负荷资源进行聚合及协同优化运行管理，实现负荷削减、分布式发电资源运行管理、参与市场并提高总体利润或降低市场风险、提供辅助服务及保证用户用电质量等目的。电力市场背景下，为提升我国能源行业核心竞争力，推进能源领域结构性改革，基于能源互联网的大思维模式和虚拟电厂建设的时代潮流，本项目主要研究全时间尺度虚拟电厂智能管控关键技术。针对电力系统对分布式能源合理优化配置的实际需求，依托

9、源网荷储友好互动系统的主站层聚合层-资源层的框架，从就地频率自治控制、直接负荷控制、负荷柔性调控（需求响应）和重点设备能效采集等方面，研制针对资源层接入的虚拟电厂控制器样机，开发虚拟电厂运行管理平台，满足全时间尺度的智能管控要求，带动虚拟电厂关联产业的进一步发展。2 .项目内容与规模2.1 .虚拟调控本项目主要针对全时间尺度虚拟电厂智能管控关键技术，从就地频率自治控制、直接负荷控制、负荷柔性调控（需求响应）和重点设备能效采集等方面，研制针对资源层接入的虚拟电厂控制器样机，开发虚拟电厂运行管理平台，满足全时间尺度的智能管控要求，带动虚拟电厂关联产业的进一步发展。1、就地频率自治控制一种用户负荷自

10、适应感知电网态势变化，实现应急状态下主动切的调控方式。主要针对特高压电网紧急故障出现情况，如突发多条直流同时闭锁，大功率缺额情况急速出现，故障明显。虚拟电厂控制器采用先进的测频方法，精度较高地测频，启动低频减负荷控制功能，根据就地实时测量的频率，按预定定值进行减载控制，以协助电网频率恢复。2、直接负荷控制主动自治型模式，虚拟电厂控制器会内置直接负荷控制预案，通过感知电网频率电压变化，自主切除预先制定的负荷。并借助区块链技术实现直控负荷控制后评估。3、柔性调控执行管理接受主站的调控指令模式。一般故障多数情况下功率缺额较小，可根据全网调度资源进行多种手段的综合调配，虚拟电厂控制器可接收来自上层主站

11、在事故处置各阶段的不同运行指令，有序调控用户可调控负荷，以协助电网调度运行。此种模式下虚拟电厂控制器具备负荷监测、负荷预测、控制交互等功能，实现远程负荷柔性调控。4、虚拟电厂控制器集高速采样、信号处理、遥控、遥信以及数据采集于一体，且控制系统和数据采集系统物理隔离，在保障数据安全的基础上灵活选择负荷切除，提升电网切负荷的多样性、快速性和准确性。5、根据复杂多变的现场环境，研制出适用于不同工程场景的壁挂式模组化虚拟电厂控制器，为全时间虚拟电厂智能管控的实际工程应用提供了装备支撑。虚拟电厂是将分布式发电资源和负荷资源进行聚合及协同优化运行管理，实现负荷削减、分布式发电资源运行管理、参与市场交易并提

12、高总体利润或降低市场风险、提供辅助服务及保证用户用电质量等目的，示范项目正是在电力体制深化改革及电力市场建设背景下，研究全时间尺度虚拟电厂控制关键技术。22项目目标（1）研究当前电力交易的特点，探索负荷参与虚拟电厂的完整的模式现货交易作为现代电力市场中重要的交易方式，是电力市场体系的关键环节。随着可再生能源的大规模接入，对于电力系统的灵活性要求越来越高，多种可再生能源及大量微负荷,其具有波动性、随机性和不可预测性的特点，这些电源及负荷相对难于控制。而虚拟电厂技术可实现对分散分布的大量新能源项目有效地并网运行和售电交易，利用分布式电源快速灵活调节特性和出力互补功能，提高电力系统的灵活性、经济性和

13、安全性。使负荷更好地参与到现货市场交易成为可能，同时为其奠定了理论和实践基础。（2）通过构建基于虚拟电厂的负荷调控体系，开展典型负荷虚拟电厂的先行先试通过构建基于虚拟电厂的负荷调控体系，可以缓解电网供需平衡，实现负荷平稳运行。通过主动调整用户负荷来改善负荷曲线，能有效地实现削峰填谷，平抑电网功率波动。通过对电网存在大量柔性负荷实施直接或间接的控制，使该部分负荷参与系统频率和功率调节，从而抑制微负荷的波动性，保证新能源安全并网并增加新能源的环保效益，促进节能减排。虚拟电厂是高效利用和促进新能源和可再生能源发电的有效形式。可再生能源发电连同其他负荷分布式能源聚合成虚拟电厂的形式参与大电网的运行，构

14、建起区域性的电能集中调控管理体系，通过内部的组合优化，可消除可再生能源发电与负荷对外部系统的间歇性和随机性影响，提高电能质量。让负荷参与到电网辅助服务，根据各资源时空差异和互补特性，提供智能技术控制策略和控制框架，从而有效提升电网的消纳能力，提高电网灵活性和调控能力，实现各类负荷平稳运行。（3）开展用户参与虚拟电厂调控的运行机制，为规模化推广奠定基础电力客户与电网互动目前并无规模化推广应用，主要实践包括部分地区的需求响应机制、峰谷分时电价，来引导用户错峰用电；楼宇、智能家居、小区等小规模试点，提供电力用户智能用电的调节手段，应用效果由于规模极小难以体现。因此，基于规模化用户的智能装备,配套以建

15、设模式、商业激励机制，是提高电力用户与电网互动效果的必然手段。项目选取高校楼宇和充电桩用户从建设投资、共享收益以及商业激励等方面开展用户互动机制的研究。23建设内容(1)全时间尺度虚拟电厂控制器开发与部署。虚拟电厂控制器使用单相交流电源供电，在非通信状态下，有功功耗V4W。具备采集多种数据源、本地数据转换、本地数据分析等功能。上行通信：可采用4G、以太网、光纤等与主站通信，下行通信：可采用RS-485/RS-232、HP1.C、M-Bus1.oRa等与现场各种能源采集终端之间进行通信。主控模块和功能模块之间通过可插拔式连接器连接，可根据现场实际需求，灵活配置上、下行功能模块的种类和数量;借助功

16、能模块的传输、控制信道，实现数据的传输、节点的操控，可适应各类工控现场对数据处理、传输、控制的需求。(2)支撑全时间尺度虚拟电厂参与电力能源市场交易。虚拟电厂参与能量市场、辅助服务市场，中长期合同市场、日前市场、日内市场和实时市场，根据市场特性，建立虚拟电厂的竞价模型，实现虚拟电厂参与电力市场，完成电能交易功能。(3)支持全时间尺度虚拟电厂调控方式和控制策略。包含楼宇中央控负荷调控策略、新能源调控策略，采用直接控制、柔性控制等多种控制方式，实现主动响应电网调控，优化楼宇和电动汽车充电站系统运行方式、运行模式。2.4 项目规模本项目实施的虚拟电厂控制器集高速采样、信号处理、遥控、遥信以及数据采集于一体,且控制系统和数据采集系统物理隔离，在保障数据安全的基础上灵活选择负荷切除，提升电网切负荷的多样性、快速性和准确性。根据复杂多变的现场环境，研制出适用于不同工程场景的壁挂式模组化虚拟电厂控制器，为全时间虚拟电厂智能管控的实际工程应用提供了装备支撑。项