浅谈新型电力系统背景下虚拟电厂运营体系研究-安科瑞叶西平

摘要：随着智能电网关键技术以及自动需求响应技术的日益发展，分布式发电、储能、电动汽车、可控负荷等需求侧资源有望成为发电侧可调资源的有效替代资源，通过响应电力市场中的电价信号或政府和能源行业的政策激励参与需求响应项目的实施，参与电网调度运行，提高电力系统的可靠性。虚拟电厂在不改变每个分布式能源并网方式的前提下，以一个“集合体”的形式对外呈现，参与电力市场运营。虚拟电厂的提出打破了传统电力系统中物理概念上的发电厂之间、发电侧和用电侧之间的界限。本文通过虚拟电厂及其运营体系建设，实现能源智慧化生产、运营、管理，支撑河北建设低碳电力系统、保证主网和配网安全经济供电。

关键词：电网调度，虚拟电厂，运营体系，低碳电力

0引言

“碳达峰、碳中和”目标对电网发展和能源转型提出了更高要求，随着新能源并网规模不断提高，传统电网调节资源的调度空间与间歇性新能源规模矛盾凸显，电网面临新能源利用率低、调度精益化水平有待提升等突出问题。目前河北南网地区仍面临诸多问题亟待解决，对电网企业、负荷聚合商、政府部门和用电客户都提出了挑战。

政府部门：“碳达峰、碳中和”目标对能源转型提出了更高要求，提倡使用清洁能源，降低碳排放。用户客户：广大用户希望得到可靠、稳定和的电力供应，不希望出现拉闸限电的状况。电网企业：当前电源侧调节资源潜力有限，电源侧调节资源潜力挖掘进入瓶颈期，电网调度模式为“源随荷动”，难以保障电网安全、、运行。负荷聚合商：用户侧存在大量分散且可调的柔性负荷资源，目前还未推广至多元需求侧资源，还未形成面向所有可调资源的负荷聚合商资源聚合，缺乏直接手段开展常态化调用用户侧资源。

基于上述问题，需打造了一个面向电网聚合商与分布式能源的服务窗口，实现分布式资源的协同管控，提高电网弹性，增加电网削峰填谷能力，促进清洁能源消纳，推动源网荷储友好协同调节。

1工作思路

针对大规模分布式资源参与电网互动调节的重大应用需求，解决多元分布式资源接入电网过程中存在的问题，实现分布式资源的协同管控，提高电网弹性，增加电网削峰填谷能力，促进清洁能源消纳，推动利益相关方管理，加强各方责任沟通，以“技术驱动业务”的理念，开发虚拟电厂运营平台，打造一个面向电网聚合商与分布式能源的服务窗口，坚持创造平台应用价值大化，保障项目顺利实施。

以安全稳定用电需求导向，深入调研痛点难点

河北南网地处河北省中南部，服务人口5100余万，电网负荷以工商业用电为基础，农业、居民生活用电时段性、季节性特征显著，峰谷差率较高。近三年，河北南网新能源装机规模迅猛增长，如何解决电网负荷特性恶化、大规模新能源接入等带来的问题是本文研究。通过归纳分析我们发现问题主要涉及管理层面和技术层面。管理层面的问题：虚拟电厂的实施需要用户及大量私有分布式电源的支持，要求相关部门积极宣传参与虚拟电厂的益处，并制定一系列的鼓励机制，现阶段，电力市场还不够完善，缺乏政策支持。技术层面的问题：一方面，传统需求侧资源管理方式粗放，自动化水平低，参与成本高，精度低，可靠性差，负荷调节响应时间尺度较长，难以满足电力系统安全运行的时效性要求；另一方面，需求侧所存在的大量具备调节潜力的分布式电源，包括分布式光伏、分布式风电、电动汽车、分布式储能等，这些分布式电源通常电压等级低、主体多样，并且单体规模较小、总体数量较多、空间布局较分散，无法直接接受调度指令。

以痛点难点为导向，构建虚拟电厂业务生态

通过利益相关方诉求分析（见表1），电网企业会同政府部门、能源聚合商和用电客户，在现有工作模式基础上，深入了解利益相关方需求，整合各方资源，建立一套完整的利益相关方识别、沟通、分析和参与机制，将虚拟电厂运营平台建设工作从电网企业单一推动转变为各利益相关方齐参与，通过搭建虚拟电厂运营平台，吸引客户入驻，通过主动需求响应、分布式交易等业务联系，形成虚拟电厂业务生态。

2构建实施

2.1架构设计

2.1.1虚拟电厂分层响应架构

虚拟电厂的运行架构整体上分为三个层次，包括上级管理层、中间协调层和底部执行层，如图1所示，自上而下将信息和指令层层发布，自下而上将执行情况层层反馈，实现多级能源互动协调优化调度；中间协调层为虚拟电厂运营商，是用户、储能等分布式资源的综合管理者，负责内部各主体的协调运行、储能等分布式资源的投资和建设，以及多能源需求的协调；底层包括具备互动能力的用户和其他分布式资源。

图1虚拟电厂分层互动架构

2.2.2面向市场的互动响应流程

完整的虚拟电厂参与市场包括以下阶段：日前决策阶段、日内交互阶段、响应量判定与结算阶段，如图2所示。

虚拟电厂运营商提前一天，通过负荷预测、用能分析等手段，对次日是否启动互动机制、次日具体互动计划等进行优决策。日前决策阶段主要包括负荷预测、市场竞价、发布需求响应邀约和竞价撮合等环节。在日内互动过程中，运营商对日前调度计划中存在的偏差或紧急情况进行修正和再调度。

图2虚拟电厂参与市场流程图

2.2应用平台构建

虚拟电厂平台系统运行监测、系统运行管理、资源分析与建模、结算管理等功能部署于管理信息大区，交易申报与信息发布、可视化展示等功能部署于互联网大区，方便外界资源接入，两部分平台之间通过强逻辑隔离装置进行信息交互，分别简称为外平台与内平台。

外平台作为聚合商与虚拟电厂用户等社会资源的接入端口与申报发布端口，主要与智慧能源服务平台、电力交易平台、虚拟电厂用户等交互；内平台主要与电网资源业务中台、数据中台、调度系统、虚拟电厂用户等交互。虚拟电厂运营平台采用统一的虚拟电厂聚合商接口，各虚拟电厂聚合商可通过此架构基础进一步与所管控虚拟电厂进行数据与指令交互，并可集成多类型微服务，例如综合能源服务公司、电动汽车公司、第三方负荷聚合商等主体的自建能量管理系统或管理平台。

虚拟电厂运营平台针对不同时间尺度的调控指令与交易、运营数据交互需求，设置不同的数据通路，包括信息上传与需求计划下发通路等。运营平台与调度系统通过多道安全防护进行出力计划与调节需求等数据交互，构建调控信息通路；运营平台与智慧能源服务平台、交易平台通过相关技术支持功能进行市场信息、出清与结算数据等数据交互，构建市场信息通路。

针对辅助服务、需求响应、电能量交易等所需的数据交互类型，运营平台代理进行交易申报，接收相应上级平台发布的市场出清结果、调节需求或计划曲线，通过预设的协调优化策略，将其分解下发至各虚拟电厂聚合商，在建设前期也可直接发送至底层虚拟电厂用户，并进行实际运行情况的监测、接收、运行评估；此外运营平台还通过交易数据通路，接收辅助服务市场的月度结算信息并分解下发至聚合商或虚拟电厂用户。

针对AGC辅助调频、实时调峰等短时间尺度调控类型所需的数据交互类型，结合现有调度管控体系与数据网络，运营平台主要负责日前的相关用户参与市场信息与调节能力统计、上报以及调控模型构建等。在调频市场开放的情况下，在日前经调度系统日前预出清后，将结果分解并通知各个参与用户，为后续运行提前安排好生产计划；日内则利用调度系统已有的调度数据网，在满足安全防护要求的情况下，直接调控各类实时管控资源；为保证指令的时延要求，实时控制信息绕过虚拟电厂运营平台，此时平台主要起到用户审核、信息统计、日前通知、收益结算等功能。

而在目前以调度直控为主的二次调频服务过程中，需要对虚拟电厂参与调频，尤其是聚合小电厂参与调频的模式进行进一步符合实际情况的设计，具体如图3所示。

图3平台架构图

2.3试点应用

组织开展虚拟电厂试点参与平台调峰、调频的洽谈、改造及接入，并逐步拓展接入多元资源的种类与规模，针对接入的聚合商或负荷资源开展调控业务的模拟运行，实现电源侧与负荷侧灵活资源的有效耦合利用与深度互动，以及光伏新能源弃限电量消纳。

2.4沟通推动政策出台

沟通相关部门推动河北调频辅助服务市场规则的出台，确认虚拟电厂主体角色，鼓励前期按照“报量不报价”的原则参与服务；后期根据电力现货市场建设情况，推动虚拟电厂相关补贴政策出台。一方面，规定可再生能源发电应尽量并网，并进一步完善现行的分时电价办法，鼓励和促进用电高峰时用户节电和分布式能源发电。另一方面，应区别对待不同职能的虚拟电厂。

3 安科瑞智慧能源管理平台助力虚拟电厂快速发展

3.1安科瑞智慧能源管理平台

AcrelEMS 智慧能源管理平台是针对企业微电网的能效管理平台，对企业微电网分布式电源、市政电源、储能系统、充电设施以及各类交直流负荷的运行状态实时监视、智能预测、动态调配，优化策略，诊断告警，可调度源荷有序互动、能源全景分析，满足企业微电网能效管理数字化、安全分析智能化、调整控制动态化、全景分析可视化的需求，完成不同策略下光储充资源之间的灵活互动与经济运行，为用户降低能源成本，提高微电网运行效率。AcrelEMS 智慧能源管理平台可以接受虚拟电厂的调度指令和需求响应，是虚拟电厂平台的企业级子系统。

图1 AcrelEMS 智慧能源管理平台主界面

3.2平台结构

系统覆盖企业微电网“源-网-荷-储-充”各环节，通过智能网关采集测控装置、光伏、储能、充电桩、常规负荷数据，根据负荷变化和电网调度进行优化控制，促进新能源消纳的同时降低对电网的至大需量，使之运行安全。

图2 AcrelEMS 智慧能源管理平台结构

3.3平台功能

3.3.1.能源数字化展示

通过展示大屏实时显示市电、光伏、风电、储能、充电桩以及其它负荷数据，快速了解能源运行情况。

3.3.2.优化控制

直观显示能源生产及流向，包括市电、光伏、储能充电及消耗过程，通过优化控制储能和可控负载提升新能源消纳，削峰填谷，平滑系统出力，并显示优化前和优化后能源曲线对比等。

3.3.3.智能预测

结合气象数据，历史数据对光伏、风力发电功率和负荷功率进行预测，并与实际功率进行对比分析，通过储能系统和负荷控制实现优化调度，降低需量和用电成本。

3.3.4.能耗分析

采集企业电、水、天然气、冷/热量等各种能源介质消耗量，进行同环比比较，显示能源流向，能耗对标，并折算标煤或碳排放等。

3.3.5.有序充电

系统支持接入交直流充电桩，并根据企业负荷和变压器容量，并和变压器负荷率进行联动控制，引导用户有序充电，保障企业微电网运行安全。

3.3.6.运维巡检

系统支持任务管理、巡检/缺陷/消警/抢修记录以及通知工单管理，并通过北斗定位跟踪运维人员轨迹，实现运维流程闭环管理。

3.4设备选型

除了智慧能源管理平台外，还具备现场传感器、智能网关等设备，组成了完整的“云-边-端”能源数字化体系，具体包括高低压配电综合保护和监测产品、电能质量在线监测装置、电能质量治理、照明控制、充电桩、电气消防类解决方案等，可以为虚拟电厂企业级的能源管理系统提供一站式服务能力。

安科瑞系统解决方案还包含电力运维云平台、能源综合计费管理平台、环保用电监管云平台、充电桩运营管理云平台、智慧消防云平台、电力监控系统、微电网能量管理系统、智能照明控制系统、电能质量治理系统、电气消防系统、隔离电源绝缘监测系统等系统解决方案，覆盖企业微电网各个环节，打造准确感知、边缘智能、智慧运行的企业微电网智慧能源管理系统。

4结论

新型电力系统背景下，通过虚拟电厂运营平台的建设，形成虚拟电厂负荷资源感知、运行优化、集控平台建设等关键技术的解决方案，实现能源互联环境下用户侧资源的开放共享及融合创新，使得虚拟电厂作为能源供给与能源消费的融合点，提高能源效率、降低能源成本、促进能源低碳化，推动分布式能源和智能电网的发展。研究成果符合低碳绿色发展要求，适应国家节能减排工作实际需求，支撑能源消费变革，具有广阔的市场前景。

参考文献：

[1]李 静,高群策,孙辰军,杨 鹏,杨小龙.新型电力系统背景下虚拟电厂运营体系研究

[2]卫志农,余爽,孙国强,等.虚拟电厂的概念与发展

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版

审核编辑 黄宇