虚拟电厂总体规划建设方案

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虚拟电厂总体规划建设方案虚拟电厂未来展望虚拟电厂系统架构虚拟电厂业务规划虚拟电厂总体分析 C 1 新能源发展快新能源发展越来越快，规模也越来越大，风能、太阳能等清洁可再生能源，都具有随机性、间歇性、波动性特征。新能源并网对电网安全稳定带来挑战大规模、高比例接入电网，给电力系统平衡调节和电网安全稳定运行带来一系列新的挑战。保护问题：潮流的改变，一会导致本线路保护的灵敏度降低及拒动；二会导致本线路保护误动；三会导致相邻线路的瞬时速断保护误动并失去选择性；四回导致重合闸不成功。电压问题：一是分布式电源启停的影响，二是分布式电源供电间歇性的影响。电能质量问题：分布式发电通过电力电子逆变器并网，易产生谐波、三相电压 / 电流不平衡；输出功率随机性易造成电网电压波动、闪变；分布式电源直接在用户侧接入电网，电能质量问题直接影响用户的电器设备安全。其他问题：短路电流问题，通信计量问题，孤岛问题等。分布式电源传统并网方式存在一定局限中国目前大多采用微网的概念作为分布式电源的并网形式，它能够很好地协调大电网与分布式电源的技术矛盾，并具备一定的能量管理功能，但微网以分布式电源与用户就地应用为主要控制目标，且受到地理区域的限制，对多区域、大规模分布式能源的有效利用及在电力市场中的规模化效益具有一定的局限性。季节性、时段性负荷迅猛增长电网峰值负荷不断攀升，电网峰谷差呈现逐步扩大趋势，夏季空调尖峰负荷和冬季热 - 电调度矛盾等电力供需不平衡矛盾非常严重。传统发电机组的调峰能力不足，严重影响电力系统的安全稳定运行。背景分析电网智能计量技术虚拟电厂风电多元聚合技术光伏充电桩普通负荷柔性负荷虚拟电厂（ virtual power plant, VPP ）是一种通过先进信息通信技术和软件系统，实现 DG 、储能系统、可控负荷、电动汽车等 DER 的聚合和协调优化，以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。关键点：“聚合”和 “通信” “ 聚合” ： DER 与控制中心的双向通信 “通信” ：各种 DER 聚合起来协调优化通过智能调控、通信技术整合各种形式的分布式发电、负荷、储能等资源，作为一个调控性能好的 “虚拟电厂”来参与电力供需调节。虚拟电厂定义协调控制技术信息通信技术储能火电对于微网的定义，国内一般认为：微网是指由分布式电源、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，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。它能够很好地协调大电网与分布式电源的技术矛盾，并具备一定的能量管理功能，但微网以分布式电源与用户就地应用为主要控制目标，且受到地理区域的限制，对多区域、大规模分布式电源的有效利用及在电力市场中的规模化效益具有一定的局限性。虚拟电厂并未改变每个分布式电源并网方式，而是通过先进的控制、计量、通信等技术聚合分布式电源、储能系统、可控负荷、电动汽车等不同类型的分布式能源并通过更高层面的软件构架实现多个分布式能源的协调优化运行。它能够聚合微网所辖范围之外的分布式电源，更有利于资源的合理优化配置及利用。虚拟电厂与微网的区别虚拟电厂和微网是目前实现分布式电源并网最具创造力和吸引力的 2 种形式。虚拟电厂发展历程虚拟电厂 i 分派发电计划发电计划虚拟电厂最具吸引力的功能在于能够聚合 DER 参与电力市场和辅助服务市场运行，为配电网和输电网提供管理和辅助服务。按功能不同，虚拟电厂可划分为商业型虚拟电厂（ commercial VPP ， CVPP ）和技术型虚拟电厂（ technical VPP ， TVPP ）。技术型虚拟电厂（ technical VPP ， TVPP ）。功能：从电力系统整体需求考虑，结合经济调度方案，并根据电网拓扑结构、潮流约束等条件，建立安全调度模型，对最优经济调度方案进行修正，满足配电网安全稳定运行。特点：考虑接入电源、负荷等物理特性和电网的实际运行情况。商业型虚拟电厂（ commercial VPP ， CVPP ）功能：从经济角度考虑，基于用户需求、负荷预测和发电潜力预测，制定最优发电计划，参与市场竞标。特点：打包交易，分布式资源的商业模式。授权竞标成本和运行特性技术确认传统发电厂中长期市场期货市场需求响应辅助服务市场输电系统竞标授权成本和运行特性技术确认虚拟电厂分类 . 储能设备可控负荷 . . . 电动汽车 TV PP （配电系统）技术核准与确认分布式光伏分布式风电状态参数 CVP P 通过信息手段，将广域可调资源连接，实现了设备数据和互动信息的计算、存储，具备能源运行管理、交易、辅助服务等功能，整合优化各类分布式资源与智慧能源服务平台、电力交易平台、调度系统交互。电力市场经营管理目标：保障电网安全运行，实现市场资源优化虚拟电厂运营模式充电桩储能虚拟电厂目标：实现节能增效稳定出力辅助服务需求响应市场交易能量流信息流虚拟电厂运营管理市场容量光伏风机策略传导虚拟电厂能量交互协调控制运行指导负荷电网虚拟电厂商业模式多能互补稳定通过多能互补等方式，提高能源输出稳定性。需求响应补贴参与需求响应业务，获取补贴。辅助服务补贴参与辅助服务业务，获取补贴。参与市场化交易，提高议价能力作为整体，参与市场化交易，提高规模经济和议价能力。提高能效水平通过用能监测、用能分析、用能优化、提高能效水平。无市场准入资格分布式能源、储能、可控负荷、电动汽车一般体量较小，不具备准入市场化交易资格。管理困难分布式能源容量小、数量大、分布不均，管理困难。为电网稳定带来挑战分布式能源具有间歇性、随机性、波动性特点，造成潮流改变、线路阻塞、电压闪变、谐波影响等，为电网稳定运行带来巨大挑战。能效低能源利用粗放，无监管，效率低。效益分析多能互补需求响应辅助服务市场化交易能效管理建设虚拟电厂前建设虚拟电厂后 2020 年 6 月 25 日虚拟电厂端午节填谷需求响应交易。共 2 家运营商参与交易，出清容量 1.7 万千瓦，电量为 4.02 万千瓦时，出清价格为 1.2 元 / 千瓦时。电力公司削峰响应和填谷响应发布成交总额度均为 120 万千瓦 , 累计补充成本约 700 万元，形成占年度最大用电负荷超 3% 的需求侧机动调峰能力。客户通过设定的时间分段响应系数可获得最大 3 倍基准价的经济收益。其他虚拟电厂建设情况天津、安徽、山东等地都在开展虚拟电厂相关建设。 2019 年 12 月 3 日虚拟电厂迎峰度冬需求响应专项试点交易。本次交易共有 4 家虚拟电厂运营商参与，聚合 226 个客户，总计 8.7 万千瓦负荷参与，响应时长 2h ；参与虚拟电厂有效出清电量为 1.83 万千瓦时，通过交易可获得经济收益 4.4 万元。现状分析上海虚拟电厂建设成效冀北虚拟电厂运营情况江苏虚拟电厂建设情况 C 2 虚拟电厂未来展望虚拟电厂系统架构虚拟电厂业务规划虚拟电厂总体分析交易中心 & 综合能源服务公司 1 、建设和运营虚拟电厂运营管控平台，平台用户及设备审批和管理。 2 、组织虚拟电厂参与辅助服务、辅助服务资源管理、辅助服务指令分解下发 3 、组织虚拟电厂参与需求响应，管理需求响应资源、需求响应能力分析、需求响应指令分解下发、需求响应有效性认定、需求响应补贴计算、需求响应档案管理。 4 、组织虚拟电厂参与市场化交易业务，交易信息发布、交易结果审批。虚拟电厂 1 、注册和管理聚合的分布式能源、储能设备、可调负荷。 2 、代理参与辅助服务、辅助服务申报 3 、代理参与需求响应，需求响应申报、需求响应档案查询。 4 、代理参与市场化交易业务，交易申报、交易结果查询。分布式能源 + 储能 + 电动汽车 1 、向虚拟电厂提供分布式能源信息 2 、发电上网、辅助服务执行，查看辅助服务档案可控负荷 + 储能 + 电动汽车 1 、向虚拟电厂提供用户信息和设备信息 2 、需求响应执行、查看需求响应档案、查看补贴情况辅助服务、需求响应、市场化交易、能效管理虚拟电厂角色定位虚拟电厂主要业务 3 、用电能源监控聚合协调空调照明充电桩光伏外部系统第三方 CPS 系统虚拟电厂 1 . 聚合协调储能光伏动力辅助服务调频响应调节策略能源交易交易代理结算管理总体架构外部用户楼宇工业园区负荷聚合商能源站虚拟电厂应用能源 SCADA 执行反馈需求传导能源控制能源终端能源控制能源终端互联网 / 用采通道虚拟电厂 2 PC 端管理决策能源控制能源终端能源监控能源互动能源控制作业层能源监测数据汇集操作控制基础服务通讯管理数据交互虚拟电厂运营管理平台应用管理平台管理协议代理连接管理物联代理能源监测边缘计算终端管理策略管理数据采集能源互动能源监控能源互动智慧能源服务平台调度系统营销系统虚拟电厂运行系统虚拟电厂运行系统虚拟电厂运行系统电力交易系统需求侧系统风机光伏储能响应补贴响应申报能效对标能耗分析能效诊断响应能力响应资源能效分析虚拟电厂 3 内部系统内部用户物联接入体系偏差管理调峰响应能效管理需求响应补偿管理隔墙交易聚合协调数据上传策略下达移动端管理层内部专网虚拟电厂运行系统能源交易需求响应辅助服务能源运营能源监控系统管理能源控制省级电力交易平台调度系统能源互动智慧能源服务平台能效管理能耗在线监测能效对标能效分析业务架构用户关联报价信息计量信息辅助服务发电计划虚拟电厂运营管理平台交易信息交易结果结算结果偏差信息代理交易报价售电合约管理辅助服务响应档案管理购电结算管理指标分解策略管理负荷预测分析虚拟电厂管理用户管理购电合约管理资源建模运行监视购电策略管理商机管理负荷执行分解购电需求管理用户认证交易报价调节执行监控虚拟电厂注册服务档案查询终端维护响应事件启动客户管理售电结算调节效果评估售电套餐管理用电量确认响应补贴争议电量执行跟踪负荷预测模型辅助竞价售电交易申报监控售电交易出清响应事件下发保电管理辅助服务能力分析响应执行监控日前响应能源申报辅助服务资源管理接收交易结果数据交互客户管理综合告警接收调节指令需求响应档案查询需求响应监控服务补贴下发需求响应执行信道加密偏差算法偏差预测系统管理服务补贴核算需求响应量本利计算市场边界价格预测售电交易发布调节响应分析控制演练资源控制策略结算争议处理响应类型分析采集档案管理辅助服务响应响应补贴下发节能策略能效诊断能耗统计分析可调资源管理应急响应能源申报年度响应能源申报调节指令下发数据交互管理响应单元效果响应资源管理响应效果评估报表管理响应终端管理响应补贴核算偏差预警控制执行数据采集通讯管理数据采集管理专家知识库模拟交易计量与结算响应综合效果响应能力分析响应资源监控资源预测策略用户关联响应潜力执行反馈用户关联响应潜力执行反馈响应预案正式方案补贴信息能源控制安全架构平台防护依据《电力二次系统安全防护规定》（电监会 5 号令）要求，按照“分区分域、安全接入、动态感知、全面防护”的安全策略防护，从物理、边界、应用、数据、主机、网络、终端等层次进行安全防护设计，最大限度保障虚拟电厂运营管理平台的安全、可靠和稳定运行。网络与边界安全技术应用与数据安全技术系统安全技术安全管理技术终端认证登录系统安全防护基础安全技术（密码技术、密钥管理技术）密码服务设备单点登录智能卡资源访问控制应用安全主机安全安全管理边界安全数据备份与恢复防火墙服务器安全防护准入控制应用密码服务安全数据库入侵检测主机房非法外联主机入侵检测主机监控与审计漏洞扫描病毒防护隔离网闸密钥管理权限管理统一安全管理网络安全数据安全虚拟电厂运营管理平台分内外网部署，信息内网部署虚拟电厂运营管理平台（主要为平台内部管理功能）应用服务集群和数据库服务器集群。内外网边界使用强隔离装置隔离。信息外网部署虚拟电厂运行系统（主要为平台外部用户使用功能）应用服务器集群。并将信息外网应用映射到 Internet 互联网。信息外网和互联网边界使用 IPS 入侵防御系统进行隔离。物理架构示意虚拟电厂系统多元资源组合优化技术单体参与分配方案一是指以最小影响用户生产生活为目标进行调控容量的分解。可以最小化影响电力用户的生产生活，体现了公平分摊的原则，提高用户认可度和满意度，但结算较复杂。响应容量最多是指以最少用户参与为目标进行调控容量的分解。单体用户响应容量最多，选取每个用户的最大响应容量档位，直到总和满足自动调控总容量需求。排序在前面的用户执行了最大的调控容量，可能较大影响用户舒适度，但结算较简单。虚拟电厂系统指令自动分配技术通过分析往年的电网负荷数据与电网负荷曲线，总结电网负荷曲线特征；根据负荷短时、超短时响应可信容量预测技术，预测电网不同运行场景下多种资源响应的可信容量；针对电网的调控目标，基于多种资源的可信容量，自动分解为每种资源的调控指令；建立公共资源非工空调负荷响应可信容量与调峰指令方案的对应关系，通过空调负荷响应可信容量调用相应的调峰指令方案，并考虑通道等实际限制，自动形成调峰指令。信息通信技术信息通信技术虚拟电厂采用双向通信技术，它不仅能够接收各个单元的当前状态信息，而且能够向控制目标发送控制信号。应用于虚拟电厂中的通信技术主要有基于互联网的技术，如基于互联网协议的服务、虚拟专用网络、电力线路载波技术和无线技术。靶向精准决策技术冬季填谷：充分利用谷时段的电量，从而提高电力系统的负荷率、电力系统的运行效率和稳定性，保障居民供暖用电，同时考虑经济性。夏季削峰：根据短期负荷预测误差带，在制定日前调度计划时对小时前通知需求响应资源的参与量和预留量进行约束，为日内调整计划修正日前计划偏差做准备。智能计量技术智能计量技术是虚拟电厂的一个重要组成部分，是实现虚拟电厂对 DG 和可控负荷等监测和控制的重要基础，基本作用是自动测量和读取用户，远程测量实时用户信息，合理管理数据，用户能够直观地看到自己消费或生产的电能以及相应费用等信息。协调控制技术聚合多样化 DG 、储能系统、可控负荷、电动汽车等多样性 DER 实现对系统高要求的电能输出是虚拟电厂协调控制的重点和难点，这就要求储能系统、可分配发电机组、可控负荷与之合理配合，以保证电能质量并提高发电经济性。虚拟电厂关键技术虚拟电厂系统多元资源