虚拟电厂在新型电力系统中的应用与思考-国家电网-44页

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运事｝黠盟 国网电力科学研究院 STATE GRID ELECTRIC P。回南R RESEARCH INSTITUTE 国家电网 STATEGRID 国网电力科学研究院 STATE GRID ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE 虚拟电厂在新型电力系统中的应用与思考 目录 01 政策背景 CONTENT 02 虚拟电厂 03 相关系统 04 典型案例 相关政策 发布时间 发布机关 文件名称 国务院新问办公室 严控煤电 2020年12月 《新时代的中国能源发展》自皮书 2020年12月31日生态环境部 全国碳排放权交易市场建设方案（发电行业） 关于统筹和加强应对气候变化与生态环境保护相关工作的指导意 大力发展风电和 2021年1月11日生 生态环境部 见（环综合【2021】4号） 光伏 2021年2月2日 国务院 国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见 （国发【2021】4号） 团家能源局，国家发展和改享 2021年2月24日 委员会，财政部、中国人民银 关于引导加大金融支持力度促进风电和光伏发电等行业健康有 行、中国银行保险监督委员会 序发展的通知（发改运行【2021266号） 风光水火储、多 国家能源局、国家 关于推进电力源网荷储一体化和多能互补发展的指导意见（发改 能互补和源网荷 2021年2月25日 发展和改革委员会 能源规【2021］】280号】 储一体化发展 2021年3月12日 国务院 中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年 远景目标纲要 2021年4月22日 发改委、能源局 关于加快推动新型储能发展的指导意见（征求意见搞） 大力发展储能技 术 2021年4月30日 发展改革委 关于进一步完善抽水蓄能价格形成机制的意见 3 相关政策 国 提升新能源功率顽测水平和气象顽测顽警水平，加强 提出分布式电源集群参与调频、调压、调峰的协同调控 风电、光伏预测功能建设。 方法。 设备部2 调 中 强化电力平衡管理，建立考虑负荷类型和分布式能源 拓展配电自动化主站分布式光伏功能应用，推进台区智 心 的负荷预测机制。加强日内平衡管理，动态分析风光 能融合终端与光伏并网断路器、光伏逆变器、 智能电能 水煤气蓄等资源的发电能力和全网增供潜力，提前预 表的就地交互及深化应用，实现中、低压并网光伏的可 22 判日内平衡风险。 观、可测与就地调控。 年重点工作 年重点工作 落实公司支持服务分布式光伏规模化开发工作方案， 在“三华”地区建设基于调控云的分布式电源调度管 深化配电物联网建设应用，深化融合终端与智能断路器 理功能，强化分布式电源的国-网-省-地纵向管理 智能电表等交互，实现台区全景监测、故障精准研判 实现分钟级数据采集功能，试点建设县域分布式光伏 分布式光伏并网监控、电动汽车有序充电等功能规模 应用。 功率预测与监视系统。 开展台区级低压分布式电源功率自主平衡试点，提升 研究分布式资源安全接入的实现方法，研发适应分布式 分布式电源调节能力。 资源高比例接入的边缘终端扩展应用支撑模块。 政策背景 大力发展风电、太阳能发电，提升非化石能源在终端能源消费中的占比，是实现“30.60”双碳目标的题中之 然而，推动能源系统的清洁化转型，必然会对全社会用能的经济性、可靠性带来挑战，能源系统的“清洁化、经 济性、可靠性”是不可忽略的“能源三角形”问题。 方面，能源系统的清洁化和供能可靠性要求，使得社会用能成本的降低面临较大压力。风电、太阳能发电较之 传统煤电的发电成本仍然较高，并且为了保障风电、太阳能发电顺利并网，需配套建设大量调峰资源以保障系统 运行的安全性，风电、太阳能发电仍不具备取代煤电的经济性 同时，我国风、光等自然资源与负荷中心存在显著的逆向分布特征，大量的新能源电力需要通过特高压通道输送 消纳，大规模的输电通道投资和固有的输电损耗也进一步降低了风电、太阳能发电开发的经济性。 另一方面，能源系统的清洁化和用能成本约束使得电力系统运行可靠性面临严峻挑战 风电、太阳能发电的出力具有明显的波动性和间款性特征，大规模接入将使得电力系统的电压稳定、功率平衡等 面临严峻挑战，而我国现有电力系统灵活性调峰资源的缺失和柔性控制与系统调度能力的短板难以应对大规模新 能源接入。必须投入大量资金用于系统灵活性资源的建设、改造以及电网基础设施的升级，从而带来用能成本的 变化，吸需从系统层面协调大规模新能源接入与用能成本，系统运行可靠性三者的协调问题。 政策背景 新型电力系统构建分为转型期、建设期、成热期三个阶段。2021-2030年是转型期，传统电力系统向新型电力系统 升级，新能源原发电装机成为第一大电源：分布式、微网加快发展，跨省区输电继续增长：火电灵活性改造全面实施 新能源主动支撑、虚拟电厂、柔性输电、系统安全运行和控制等技术逐步成熟并推广应用。2031-2045年是建设 期，新型电力系统基本建成，新能源逐步成为电量供应的主体，主动承担系统调节和电力保障责任：分布式、微网 和综合能源网络广泛存在，就近消纳以新能源为主的分布式电源：“西电东送”趋于饱和，大电网发展步入稳定期 ；大容量电化学储能、电制氢、CCUS、直流组网等技术取得突破，并推广应用。2046-2060年是成熟期，新型电 力系统全面建成，新能源全面具备主动支撑能力，成为电力、电量主体，并在系统中发挥主体作用大电网与分布 式电源、微电网等多形态并存，源、网、荷、储等多要素互动，电、气、冷、热、氢等多能互补；CCUS、电制氢、 可控核聚变、超导输电等颠覆性技术广泛应用， 构建可调节负荷资源库。可调节负荷资源全部纳入省级智慧能源服务平台统一管理。配合政府科学编制有序用电方 案，达到最大负荷20%以上且覆盖各省最大电力缺口。建设新型负荷管理系统。 构建新型电力系统运行控制体系。提升极端天气情况下预测精度。开展新一代调度技术支持系统研发和试点建设 在公司系统内全面推广。优化调度方式，统等全网备用资源共享、省间余缺互济等手段，提升资源优化配置能力。 推进辅助服务市场建设。国家主管部门应研究制定系统调峰、调频、备用等辅助服务交易体制，建立灵活性资源市 场主体参与市场的机制。在高比例新能源地区，推进灵活爬坡、系统惯量、无功服务等新型辅助服务交易品种。按 照“谁受益、谁承担”原则，建立用户与发电共同参与的辅助服务分担共享机制。 推动电力市场与碳市场协同发展。研究碳达峰、碳中和目标下电力市场体系，建立适应绿色能源发电特性的交易组 织、合同签订、交易结算方式，做好绿电交易试点建设和推广工作。研究绿色电力消纳认证关键技术，建立绿色消 纳认证体系，为市场主体提供权威绿电消费证明，深化碳交易等应用。优先开展清洁能源替代交易。依托车桩网协 同平台，打通碳交易-车联网-运营商-车企-电力-监管等多数据渠道，深化绿电溯源功能建设。 6 目录 01 政策背景 CONTENT 02 虚拟电厂 03 相关系统 04 典型案例 虚拟电厂定义 广义上来讲，虚拟电厂可以不局限在对分散式能源资源的整合构建层面，还可以站在另外的某个视角来看待，比 如：站在电力交易的角度看，以独立身份参与电力交易的币市场主体就可以作为一个“虚拟电厂”，尽管它可以包含分散 式能源、火电厂、水电厂、集中式风电、光伏等：站在电网调度调峰的角度，一条并网线路上所有电源及可控负荷、储 能、充电桩、蓄电池组等都可以构成一个“虚拟电厂”。 因此，从这个意义上讲，虚拟电厂是一种管理模式或者说是一套系统，通过配套的技术把分散在不同空间的发电装 置、发电厂、储能电池和各类可控制（调节）的用电设备（负荷）整合集成，协调控制，对外等效形成一个可控电源系 统。主要包括二种形式：1、集中式发电形式，在桌个区域实现分散式能源资源（分布式电源、储能系统、可控负荷 、电动汽车等）的聚合，形成一个虚拟电厂主体，参与电力交易及调峰调频等辅助服务：2、某个综合能源基地形式， 包括火电厂、分散式光伏、分散式风电、储能、充电桩等“电源”聚合，形成一个虚拟电主体，参与电力交易及调峰 调频等辅助服务：3、虚拟电力公司形式，某人省级发电公司、售电公司可以将相关签约独立电厂、虚拟电厂等整合为 一个大型的“虚拟电厂广”市场主体，参与电力交易及辅助服务。 虚拟电广建设意义 新能源的特点 对电网的影响 客户侧的现状 》随机性 增加了负荷预测准确性的难度 存在大量电动汽车和可调 》规模化 》随着规模增加，影响力度增加 节负荷 >不可预测性 >对传统调度计划方式提出挑战 》存在弱可观性、弱可测性 》不可控制性 >威胁实时电网运行的安全稳定 和弱可控性 》发电和负荷，呈双侧随机性 分布式资源商业模式欠缺 稳定的优质电源不足，弱化了调控能力负荷 》难以参与市场化交易 提高负荷预测精度 高成本 是否存在有 传统解决方案 提升紧急状态规模 高难度 效方案？ 精细修订发电计划 增加实时备用容量 虚拟电厂智慧管控系统 火电厂 水电站 虚拟电厂将来根据相关政策导向 风电场 ，聚合以及运营形式不同，智慧管 理、控制、运营支撑的应用系统也 调控中心 光伏电站 不同，一般包括以下主要系统： 风电场 1、集中监控系统 大电网 2、AGC/AVC及一次调频系统 3、电力交易辅助决策分析系统 虚拟电厂 (机组) 聚合 反聚合 4、成本及运营核算系统 5、智慧检修运维调度系统 6、统计分析结算系统 传统负荷 分布式储能 传统负荷 新型负荷 分布式电源 10 虚拟电厂智慧管控系统 聚合和协调优化 虚拟电厂系统 分布式电源 储能装置 可控负荷 可聚合 可交易 可调配 多种类型用户共同参与 - 益 电动车充电 国区微电 商业建筑虚拟电 工业自动响应 三联 储能系 分布式能源 冰蓄冷装置 网 供 系统从调度可见、满足电力市场准人并开展交易出发，模拟常规发电机组外特性参数，制订虚机电厂各类资源调 用方式，能够进一步挠据闲散允余资源，由虚拟电厂平台分类聚合，使虚拟电厂的机组爬坡率等特性曲线与常规发电 机组近似，方便调度实时调用。 11 虚拟电厂运营模式-辅助服务 系统需求容量 电网调度控制主站（国分级） 主站层 次调频 智慧能源控制SCADA 相节能力 控制月标 基本调峰 基础 出洁果 交易系统 可调资源 资源调控 互动安全 调节能力 辅助 聚合 策略 分析 电网调度控制主站（省地级） 服务 基本无功调节 润控结果 控利日标 自动发电控制 安全接入区（纵向加密 安全接入区(以向加密) AGC 出清培果 结兰结果 聚合调节能力 累合控制指专 旋转备用 聚 热备用 合层 用户 车联网 综合能源 负荷 聚合体 公司 集成商 有偿调峰 有偿 用户调节能力 用户控制令 有偿无功调节 服务： 用户结草 用户层 社区 商业楼宁 工业企业及 设备 设备 常规 大型 电网 黑启动 用户 园区用户 招节 控制 电厂 新能源 集中式 助 指含 电 储能 设备调书能力 设备控物脂令 设备 中央空调 分布式光伏 分 可 新培直控负荷 辅助服务种类 系统资源提供 日民空调 居 三联供 电锅炉 充 布 中断负荷 用户资源提供 电桩 式催能 带热 调度数据网 层 光纤和4G专网 光纤/4G公网/小无线/以太同等 12 各区域辅助服务市场 由于能源及负荷结构各异，各区域、省份的辅助服务市场的发展侧重点也各不相同。从各区域的电力辅助服务补偿 费用的类型来看：华北区域以调频和调峰为主，其中调频补偿力度最大，占比52%，补偿费用也是全国最高，为 9.6亿元，华北区域调峰补偿力度略低于调频服务，占比45%； 东北区域以调峰补偿为主，占比98%，补偿费用也是全国最高，为24.5亿元； 西北区域调频、调峰、备用分布较为均衡，占比分别为31%、25%、30%，此外还有14%的调压费用 华东及华中区域均是调峰占比最高，分别为42%及47%，其次是调频，占比分别为34%及23%； 南方区域备用补偿力度最大，占比80%，补偿费用全国最高，为37.2亿元。 各区域 华北 东北 西北 华东 华中 南方 单位% 100 80 20 ■调频 凋 用 ■训压 ■其他 13 目录 01 政策背景 CONTENT 02 虚拟电厂 03 相关系统 04 典型案例 可调节负荷资源集控中台 调度需求 调度平台 电力交易平台 出清吉果 总体调用信息 响应信息 出潮洁果 准入审报洁果 拟电外特性 虚拟电厂管理平台 执行认定结果 （依托需求响应、 负荀控制平台） 出清洁果 注信息 准入条件满足情况 结算信息 报价信息 准入审核结果 接入方案 合同信息 执行认定结果 分解调用信息 虚电厂外特性 虚拟电厂档索 瞬应信息 虚区电厂平台 虚以电厂平台 量报电厂平台 E 聚合协调 以电为榜心的智慧能源体系 能源站 商业楼享 科技产业园区 响应终端 燃气能机 含机 光伏板 能装置电解炉动力与解明空调 工业设备空调 动力与照明 15 省级智慧能源服务平台 省级平台分基础应用、高级应用、管理应用三大类，包括能效管理、智能运维、需求响应、有序用电 能源大数据、能源生态圈、项目管理、档案管理、智慧能源控制SCADA九大功能及碳交易服务、实用化监测 拓展功能。 管理应用 项目管理 实用化监测 销售服务管理 工程建设服务管理 客户信息管理 商机管理 监测总览 明细散据竞询 项目分折评价 资产管理 资产运维 供应商管理 核心业务监训 参效配置 能效管理 智能运 需求响应 有序用电 能源大数据 能源生态圈 碳交易服务 高级应用 能耗分析 运行监视 项应资通管理 有厚用电拍标 设备可像 客户需求资总池 电炭模型 能效分折 的应能力预测 目标客户检查 用户画像 服务响应资源库 电联国像 或本分折 设备检 有序用电方宝 行业错效 运营支持体系 核算报告 故障抢修 响应执行 有序用电热行 区试能效 能源服务 酸能力评估 能效对标 缺陷管理 功应效果评估 执行监测 wen 节能潜力分析 服务评价 的应激血造算 老摘评价 能源数据服务 客户管理 电获地图 基础应用 智营能源控制SCADA 公共档案 数据交互 能源监测 告警监视 客户档案管理 服务商管理 数据处理 操作控制 第路管理 用能用户管理 设备档军管理 16 虚拟电厂服务 业务 系统 用户如何更好响应 目标 需求 引入聚合负荷集成商/虚拟电 管理信息大区Ⅱ区 互联网大区 需求响应 省级智慧能源服务平台 需求响应 事件通知 计量数据 事件信号 数据中台 响应确认 绿色国网web 虚拟电厂服务功能 需求响应 绿色国网APP 事件通知 可调负荷 可调负荷 用采系统 运行状态 需求响应 运行状态 短信平台 事件通知 方式1-虚拟电厂运营管理系统 需求响应 需求响应 需求响应 事件信号 事件信号 事件信号 直接轮与需求响应用户 代理参与需求响应用户 居民配变台区 E 能源控制器 能源控制器 智能插座 口 调 负 负荷 计量电表 计量电表 计量电表 用户管理员 关口计量教据 关口计量故据 17 虚拟电厂可调节负荷聚合 调度辅助服务平台 调度D5000平台 现货交易平台 交易出清，需求发布 隆 服 交易出清 容量申报 需求发布 交易代理 价格申报 中长期电力 申报 交易代理电报 需求响应运营平台 执行反馈 交易平台 山 虚拟电厂N 社会第二方 社会第三方 虚拟电厂1 虚拟电厂2 虚拟电厂3 虚拟电厂1 虚拟电厂1 第三方CPS平台1 第二方CPS平台N 公共资源库 (2) 能源 可调节负荷 分布式发电资源库 储能资源库 电动汽车资源库 控制器 控制器 社区多能CPS 商业楼宇用能CPS 工业企业及园区CPS口 18 虚拟电厂分布式资源整合 第四步，参与各类市场交易 现货交易平台 调度辅助服务平台 中长期电力交易平台 削峰填谷 能源大数据中心需求响应子平台 山 第三步，进一步聚合为虚拟电 虚拟电厂1 虚拟电厂2 社会第三方 社会第三方 虚拟电厂3 虚拟电厂N 虚拟电厂1 虚拟电厂1 变电站 交电站 专中站 更电站 毫秒级可调资源 秒级可调资源 分钟级可调资源 小时级可调资源 第二步，在省级平台 资源细分 形成公共资源库 柔性负荷 () 分布式发 分布式储 电动汽车 资源 电资源 能资源 资源 可调节负荷资源库 - 第一步，将分布式资源接入平台 社区多能CPS 商业楼宇用能CPS 口 19 需求响应模块操作流程-1可调节负荷资源库构建业务应用 业务 step1 step2 step3 step4 流程 资源库建档 资源库状态监测 资源库信息管理 资源库导出 < 普通用户新增 10:54 (E) (PS I' *CH 电力公司数据中台 基础档案 用电设备参数 完成 设备参数 响应潜力 图片信息 营销客户 营销客户 用产多 基本档案 基本档案 用产类量* 削峰(单一设备) 可调负荷资源普查系统 m电ett 聘应时段 调书容量(kW) 能源生态圈模块 用户地tt * 约时 00:00 ~ 05:08 50 客户档案 可调设备档案 接口② 客户基本档案 用电信池 电商西安 保聚容量 (kVA) 响虚时段 调节容量(kW) 数据中心 实时 需求响应模块 09:00 ~ 18:00 24 可调设备档率 填谷(单一设备) 接口? CPS设备档室 净电价元X 前端调研微信小程序 响应时段 调节容量(kw) SCADA模块 约时 00:00 ~ 13:08 25 CPS设备档案 CPS设备数据 实时 响应时段 调节容量(kW) 地市公司客户经理调研 CPS用户 能源控制器 20 需求响应模块操作流程-1可调负荷资源库构建业务应用 业务 step1 step2 step3 step4 流程 资源库建档 资源库状态监测 资源库信息管理 资源库导出 智慧源云 控期防方式 ® ® 可调资源 1700w 2105-200上 CPSF市 2 ORE [ 200 RH(M) 2000 21 需求响应模块操作流程-1可调负荷资源库构建业务应用 业务 step1 step2 step3 step4 流程 资源库建档 资源库状态监测 资源库信息管理 资源库导出 智慧能源云 - 10:54 HOaliC RWHO 霍州市华夏合成革有限公司设备档索管理 用电设备参数 完成 •山 设备参数 响应洁力 图片信息 削峰(单一设备） 88 15 霍州市华夏 大用户 响应时段 调节容量(kW) 约时 00:00 ~ 05:08 50 SER 2250xW 200 KW 500 xW 响应时段 调节容量(kW) 阳泉 实时 09:00 ~ 18:00 24 Rsith 填谷(单一设备) 用产 响应时段 消节容量(kW) 约时 00:00 ~ 13:08 25 实时 响应时段 调节容量(kW) 22 需求响应模块操作流程-1可调负荷资源库构建业务应用 事前 业务 step1 step2 step3 step4 流程 资源库建档 资源库状态监测 资源库信息管理 资源库导出 导出 资源库行业分布情