华南理工大学蔡泽祥42页PPT：虚拟电厂与数字能源

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虚拟电厂与数字能源蔡泽祥华南理工大学 2025 年 10 月 26 日天津大学 40 届电自年会华南理工大学 South China University of Technology 新型电力系统的基本形态与虚拟电厂虚拟电厂的技术与商业逻辑虚拟电厂的数字能源技术与生态结语目录 CONTENTS 1 2 3 4 华南理工大学 _ South China University of Technology 新型电力系统的基本形态与虚拟电厂华南理工大学 South China University ofTechnology 一 √ 当前，我国一次能源消费总量 61.6 亿吨标煤，煤炭 52.5% 、石油 17.2% 、天然气 9.2% 、非化石能源 21.1%;2060 年，非化石能源占比 80%, 化石能源占比 20%, 其中煤占比 5% 。 √ 当前，我国年发用电量总规模近 10 万亿 kWh, 其中火电 63% 、风光新能源 17%; 预计 2060 年，我国年发用电规模约 20 万亿 kWh, 其中新能源 61% 、火电 7% 。 Concern of Energy Security China cot soicdbcn cose 能源自主与能源安全绿色低碳可持续发展大国竞争、产业升级我国一次能源消费和发电量结构华南理工大學 South China University of Technology √ 当前我国电力系统的形态是以集中式电源 + 大电网 + 统一调度 + 统一大市场为主。这种模式对于 ( 分布式 ) 新能源的消纳能力已接近极限，这就是 136 号文出台的底层逻辑。那么 , 另外一个 10 万亿 kWh 的增量电力系统会是什么模式 ? 新型电力系统的基本形态：集中大电网华南理工大學 South China University of Technology 华北电网中部负荷中心风 m 皿贝 m 西藏电网太阳能水电特高压交设特高压大电网风电殡电特高压直森床三角 → 负荷中心 R 三角负荷小心幽力出断台湾省电网 DCOC 换流遇智能配电盘转换赔双向赖流部量示、操作多智能电原开关中央服务路 (M 服务器 ) 新型电力系统的基本形态：分布式智能电网 10 80% 电量 20% 设备 10° 长尾特性 136 号文件：推动新能源上网电价全面由市场形成 20% 电量 80% 设备 10⁴ 10 10⁶ 10 10 分布式数量 ( 台套 ) 直流电交流电信息小型风力发电聚光熙太阳能发电华南理工大学 South China University of Technology 太阳能发电氧化还原波流电光储充一体站 10 10 集中式绿电直供零碳园区 10¹ 0 10¹ 容量 ( M W ) EV 充电站 10 10⁴ 10² 10 源网荷储一体化：绿电直供、零碳园区、光储充一体、增量配电网等 √ 微电网：具备一定自平衡能力的中低压源网荷储电力系统，作为一个整体与主网交互，呈现出较有规律和确定性的发 / 用电单元 √ 虚拟电厂：将一定区域内的源网荷储资源挖掘出不同的调节能力 , 应用数字化技术虚拟池化，实现物理分散、逻辑聚合 √ 电力市场：新能源价值变现载体需求响应电力市场电力现货辅助服务电力市场增量配电网降低用电成本电力市场虚拟电厂电算协同二工业园区数据中心体化：电力电量分布式平衡华南理工大學 South China University of Technology ( 分布式 ) 源网荷储一新能源发电电力市场稳定消纳储能市场出清 O 羊 VPP (8) 血主网火电配网微网 VPP 由立电源型微网 VPP 6) ¥ 虚拟电厂水电物理网架与调控模式中调电力市场 ¥ 绿电直供增量配电网光储充一体化虚拟电厂与调控模式华南理工大学 South China University of Technology 中士立懿别混合型微网丰少独立储能地调营立负荷型微网 VPP VPP 集中风光饿资源池零碳园区 √ 分布式智能电网关键技术：设备制造技术和系统运行技术。 √ 设备制造技术：过去十几年，我国的新能源设备制造技术领先世界，把度电成本降到了火电价格以下，因此未来新能源最大竞争力不是双碳情怀而是经济优势。 √ 系统运行技术：分布式新能源的系统运行技术却进展甚微，基本仍然停留在大电网调度运行的技术框架。 √ 所谓“系统运行技术”的核心就是电力电量平衡问题，对于分布式智能电网，一定是因地制宜、场景定制的。 √ 分布式智能电网系统运行的特征：源网荷储一体化对应的电网形态就是微电网 ( 电力电量自平衡 ), 电力系统调控手段就是虚拟电厂 ( 物理分散、逻辑聚合 ), 电力市场主体就是售电公司 / 综合能源服务商 ( 分散决策应对不确定性 ) 。分布式智能电网的系统运行技术华南理工大学 South China University of Technology 虚拟电厂的技术与商业逻辑华南理工大学 _ South China University of Technology 虚拟电厂 “ 虚拟电厂”是通过数字化技术将分布式电源、可控负荷和分布式储能等资源有机结合，通过配套的调控技术、通信技术实现对各类分布式能源进行整合调控，作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行。能量交互充电桩信息流 ----▶ 能量流 — — 10kV 馈线公变台区亿卢电表箱低压用户光伏互联网为“厂房” 以数据为“燃料” 资源的合理优化配置及利用 Ⅲ 信息通信技术合 1 华南理工大學 South China University of Technology 低压馈线电缆分支箱电力市场可调容量大电网 B Gaas 本地控制集控平台协调控制技术 ~10 万座变电站 ~450 万台智能计量技术可控负荷 ~10 亿储能定处顶需求侧响应机制分时电价机制 (TOU) 实时电价机制 (RPT) 尖峰价格机制 (CPP) 尖峰电价回扣机制 (CRP) 虚拟电厂 ( 需求响应 ) 是指电力市场价格明显升高 ( 降低 ) 或系统安全可靠性存在风险时，电力用户根据价格信号或激励措施，改变其用电行为，减少 ( 增加 ) 用电，从而促进电力供需平衡、保障系统稳定运行的行为。充电电价 ( 元 ) 尖峰 1.32476874 峰 1.06536875 平 0.63806875 谷 0.25966875 0 需求响应可中断日前邀约 2 小时内 1 2 小时 1 2 小时 1 低直接负荷控制 (DLC) 可中断负荷规划 (IC) 紧急需求响应 (EDRP) 系统资源响应机制华南理工大學 South China University o Technology 虚拟电厂与电力市场辅助服务调峰 15 分钟 15 分钟 1 小时 1 2 小时电能量现货分钟级 1 小时↑ 高备用直控型 15 分钟秒一 1 小时 1 2 小时 1 削峰填谷分钟激励型需求响应机制 DR 信号 - 系统状态价格型需求响应机制 DR 信号 - 价格水平电力市场交易品种响应时间持续时间调控价值调频分钟级 1 小时 1.0651 元 0.8057 元 0.6867 元尖谷价差峰谷价差尖平价差 8 1012141618202224 2 4 6 通知后放电网荷协同控制策略、科学用电体系分布式新能源多场景接入可观可测、可调可控、可聚合可协同低压智能开关新能源调控终端 (CEP 网关 ) 科学用电开放式 APP DTU/FTU+ 开关成套 10kV 箱式成套装备 CCO₂ 需求侧响应平台 / 聚合商平台交易 /“ 电一碳”耦合平台上 m 广东省能局盗省猛为与关 F85 广条清市场化响竹喻头望 Me m r4: 造源网荷储协同互动虚拟电厂管理平台 … 华南理工大學 South China University of Technology 虚拟电厂与数字能源智能电表低压回路测控 “ HPLC+” 通信平台交易层服务层接入层精准监测、精确计量，多时间尺度智能采集网荷数据南网科技公司的产品规划曲分布式供冷 / 热站 i 分布式燃气电站名集中式储能 -0 -0 不可控负荷 Q 企业能耗 O 二园区能耗其他形式能源解决方案分布式储能电源 / 电网资产分布式风电分布式光伏分布式光伏采集层电动汽车可控负荷用户资产 r 这是一个在数学上的多目标优化问题，由于海量对象组合、商业博弈、误差考核、强可靠性和安全性等等约束，使得这一问题的优化算法、闭环控制通信和设备等方面极具挑战性。 1. 原始用电特性 III 源网荷储协同仅调整生产流程用电特性畅电能量辅助服务需求响应交易品种现货调频调峰削峰填谷备用直控型可中断日前邀约响应时间分钟级分钟级 15 分钟 15 分钟 15 分钟秒分钟通知后 2 小时内 / 持续时间 1 小时小时 1 小时 2 小时 1 小时 2 小时 2 小时 1 2 小时 1 微高低 kJkg 粉体坯体干燥烧成抛光托能 400-50KAJ/g 互体 230-300KJ/kg 出竞 0.5- 2Wh/m 十储虚拟电厂与能量管理 (EMS) 生产工艺 ( 荷 ) 华南理工大学 South China University of Technology 电力市场充球磨喷雾干燥耗电 35-15 度 / 吨粉料耗能 1400-2WX0 0:002:004:006.008:0010:0012:0014:0016:0018:0020:0022:00 成形约 100J /kg 产品原料约束条件：陶瓷厂、电网、市场约束 0 P(1) P°() ≤△ ≤ 陶瓷厂生产机组约束 0 P. ≤ (1)≤Ppbes max ③ 陶瓷厂期望产量约束 OsP₄ ()SR- ⑤ 出力约束 0 P(t) Pemax ≤ ≤ s(t+1)=s(t)+ △s+(t) - △s~() ② 陶瓷厂储仓容量约束 P-PH=Pv(1)-P(1)+Pe(1) ④ 功率平衡约束 0.1S s(t) 0.9S -P. ≤ ≤ (t)+Pis(t)+P. (t) 目标函数：虚拟电厂运营收益最大决策变量：陶瓷厂生产机组启停和功率△ Pi(t) 、储能充放电功率 Pch/dis(t) 、购售电功率 Psell/ buy(t) 虚拟电厂与能量管理 (EMS): 华南理工大学 South China University of Technology 数学上的优化问题 1)4 小时超短期滚动气象数据预测 2)4 小时超短期滚动电价预测 3) 生产约束下 4 小时超短期负荷可调能力滚动预测 ( 终端 ) 4) 生产约束下可调能力分解算法 ( 平台与终端 ) 5) 调节精度实时控制算法监测 ( 平台与终端 ) 6) 智能合约 ( 区块链技术 ) 虚拟电厂与电力现货主动调控 4 用电曲线 (MW) 后的用电曲线 0 12 24 变压器状速实零售蜂平谷电价 o.o 4 5 6 9 批发电价工业负荷储能系统分布式光伏虚拟电厂电源 -- z⁷ 3.0na2 0.7a07 18 1 2 2324 虚拟电厂全电量负荷类机组电表 2 商业负荷元 /MWh 1500 1000 oc 14 0 12 24 oa2 101 虚拟电厂负荷充电桩用电曲线 (MW) 批发盖利放吧残实时电价曲线要售赛利放电线电表 1 电网需求响应容改需电力市场交易品种现货交易调频服务盘活客户能源资产交易平台虚拟电厂软件能源管理系统软硬结合全场景适用硬件产品与通信协议华南理工大学 South China University of Technology 电力交易 CO₂ 碳交易电碳融合分布式能源资产的运营成形约品抛光 0.5- 盖 Ww 充 “ 虚拟电厂 +”: 能源领域的 “阿里巴巴” 原科球磨喷雾干燥一耗电 35-15 度 / 电料礼 1100-200 MHha 新体虚拟电厂资产属性虚拟电厂关键技术电碳融合市场交易光储电力市场烧成 D00-000KJ 北建筑陶瓷生产主要工序还体干燥姚罪 4 0 0 - 1 0U 03 01 02 √ 用电“生产成本”转为“能源资产”运营将用能主体 ( 生产工艺 ) 、光伏、水蓄冷、储能、充电桩 ( 站 ) 以虚拟电厂的形态进行构建或改造升级，从降低用电成本的方式向盘活能源资产运营增加资产收益的方式转变，具备参与电力市场现货、需求侧响应、辅助服务、碳资产交易等能力，还原其能源资产属性。 √ “虚拟电厂 +” 创新的商业模式与运营模式传统模式下，光伏“自发自用、余电上网”、水蓄冷“谷期蓄冷、峰期供冷”、储能“ 峰谷价差”、充电桩 ( 站 ) “ 基本电费 + 服务费”、用电主体“生产成本”为主要的设计、投资、运营理念，各要素之间相对独立、割裂。而“虚拟电厂 +” 需要将各要素整合成源网荷储一体运营的能源资产，边界条件和约束发生了剧变，在不影响生产的前提下，获得资产利益最大化。 “虚拟电厂 +”, 能源资产的规划、投资、建设、运营、运维有完全不同的商业模式和运营模式。分布式能源资产的运营华南理工大学 South China University of Technology 虚拟电厂的数字能源技术与生态华南理工大学 South China University of Technology 一基础模块：数据采集、分析算法、智芯加密、规约适配专业模块：态势感知、保护控制、运行测控、实时线损、微网调度、功率控制、电压控制、电能质量、并离网、孤岛保护、逆功率、 SOE SoC: 专用芯片，数字能源 PaaS, 保护测控自动化一体化。系统设计针对强实时性应用和弱实时性应用分类处理数据。工程数据分析：物理模型、统计分析、边缘智能底层系统：专用操作系统、通讯服务、实时数据库、 SOE 、任务调度、能量调度、保护控制、数据存储物理广泛接入光伏风电