建設(shè)背景
貫徹落實《中共中央國務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作 的意見》 和《國務(wù)院關(guān)于印發(fā) 2030 年前碳達(dá)峰行動方案的通知》 要求 ，把綠色低碳 發(fā)展納入國民教育體系。
2021 年 3 月 26 日為推動信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合 ，教育部印發(fā)《高等學(xué)校數(shù)字 校園建設(shè)規(guī)范（試行） 》
摘要：本文主要介紹基于新型電力系統(tǒng)下的源網(wǎng)荷儲聯(lián)動的解決方案 ，過先進(jìn)信息通 信技術(shù)和軟件系統(tǒng) ，實現(xiàn)分布式電源 、儲能系統(tǒng) 、可控負(fù)荷 、 電動汽車、充電樁等分 布式能源的聚合和協(xié)調(diào)優(yōu)化 ，以作為一個特殊電廠參與電力市場和電網(wǎng)運行的電源協(xié) 調(diào)管理系統(tǒng) 。虛擬電廠并不是真實存在的電廠 ，而是一種智能電網(wǎng)技術(shù) ，應(yīng)用分布式 電力管理系統(tǒng)參與電網(wǎng)運行調(diào)度 ，實現(xiàn) “源-荷-網(wǎng) "聚合優(yōu)
關(guān)鍵詞：虛擬電廠、源網(wǎng)荷儲 、碳達(dá)峰碳中和、光儲充
1 虛擬電廠是什么: 分布式資源的聚合與優(yōu)化
根據(jù)《虛擬電廠的概念和發(fā)展》一文，虛擬電廠(virtualpower plant，簡稱 VPP) 是通過 先進(jìn)信息通信技術(shù)和軟件系統(tǒng) ，實現(xiàn)分布式電 源、儲能系統(tǒng) 、可控負(fù)荷 、電 動汽車 、充電樁 等分布式能源的聚合和協(xié)調(diào)優(yōu)化 ， 以作為一個特殊電廠參與電力市 場和電網(wǎng)運行的電源協(xié)調(diào) 管理系統(tǒng) 。虛擬電廠并不是真實存在的電廠而是一種智能 電網(wǎng)技術(shù) ，應(yīng)用分布式電力管理 系統(tǒng)參與電網(wǎng)運行調(diào)度 ，實現(xiàn) “源-荷網(wǎng) "聚 合優(yōu) 化。
虛擬電廠具有較強的靈活性調(diào)節(jié)能力。虛擬電廠并不實際發(fā)電，而是將分散的源、 網(wǎng)、荷、 儲等元素進(jìn)行集成調(diào)控 ，對外等效成為一個可控的電源 ，具有較強的靈 活 性調(diào)節(jié)能力，可以作為發(fā)電電源可向電力系統(tǒng)供電，也可以作為負(fù)荷消納系統(tǒng)的電力，
同時具有向上和向下調(diào)節(jié)負(fù)荷的能力 。虛擬電廠的核心是聚合資源的能源管理系統(tǒng)， 基礎(chǔ)是分布式、靈活性資源和電力市場 。虛擬電廠本質(zhì)是一個能源管理系統(tǒng) ，因此智 能化的軟件平臺、集控系統(tǒng)是虛擬電廠的核心 。參與軟件平臺調(diào)度、控制的分布式能 源 、靈活性資源是虛擬電廠的資源基礎(chǔ) 。靈活性資源 在能源管理系統(tǒng)的控制下 ，還 需要進(jìn)一步考慮需求響應(yīng) 、不確定性等要素 ，通過與云中心 、 電力交易中心等進(jìn)行 信息通信 ，實現(xiàn)與大電網(wǎng)的能量互換 ，實現(xiàn)盈利 。因此電力市場等市場機(jī)制是虛擬電 廠實現(xiàn)盈利的市場基礎(chǔ)。
2 為什么需要虛擬電廠
2.1 風(fēng)光快速增加帶來的填谷需求
光伏建設(shè)速度遠(yuǎn)超風(fēng)電，分布式光伏成為主力。2022 年我國光伏裝機(jī)超過風(fēng)電，
其中分布式功不可沒。2022 年分布式光伏新增裝機(jī) 51.11GW，占當(dāng)年全部光伏新增的 58.48%； 截至 23H1，分布累計裝機(jī)達(dá) 198.23GW。分布式建設(shè)、選址簡單，項目周期短，裝機(jī)提升快。 由于其出力時間高度集中，受電網(wǎng)調(diào)度管控程度相對低，消納問題正在顯現(xiàn)，山東、河南等 分布式裝機(jī)大省已出臺分布式配儲文件。
（圖片來自于華福證券虛擬電廠專題報告）
國內(nèi)以山東為代表的部分省份同樣有明顯的填谷需求。山東裝機(jī)結(jié)構(gòu)與CAISO 相似，截至22 年底，光伏裝機(jī)占比達(dá)到 22.5%。在 2023 年五一假期期間，山東省內(nèi)用電負(fù)荷下降約 15%，引發(fā)連續(xù)負(fù)電價現(xiàn)象。值得注意的是，4 月 29 日-5 月 1 日現(xiàn)貨價格曲線形狀類似鴨子曲線， 期間 10 時-15 時負(fù)電價出現(xiàn)尤為頻繁，而該時段為光伏發(fā)電高峰。結(jié)合此前山東將中午時 段劃分為電價深谷時段，新能源裝機(jī)增加改變了原有的負(fù)荷曲線，使得新能源集中大發(fā)時段， 電網(wǎng)凈負(fù)荷出現(xiàn)了一個深谷，需要對負(fù)荷進(jìn)行時間上的轉(zhuǎn)移（填谷）以平滑變化、促進(jìn)新能 源消納。
2.2 充電樁等新型負(fù)荷使得負(fù)荷側(cè)復(fù)雜程度提升
充電樁保有量隨新能源汽車快速提升，改變配電網(wǎng)形態(tài)。截至 2023H1，我國公共充電 樁保有量為 214.86 萬臺，同比+40.63%。2023H1，新能源汽車銷量同比+44.13%，保持快速 增長，可以預(yù)見未來隨新能源汽車銷量繼續(xù)快速提升，充電樁保有量將持續(xù)增加。充電樁的 大量增加將對配電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，相比于常規(guī)交流充電樁，快充直流樁由于功率更大、充電時 間更短，產(chǎn)生沖擊更大。
充電樁加劇居民生活用電負(fù)荷峰值提升。充電樁對配電網(wǎng)的影響主要包括：
（1）充電樁用電高峰同樣是居民原有用電高峰，會導(dǎo)致原有負(fù)荷峰值繼續(xù)提升，產(chǎn)生時間 短、量級高的尖峰負(fù)荷；
（2）按尖峰負(fù)荷配置變壓器容量，導(dǎo)致其余時間資源閑置；
（3）充電負(fù)荷波動帶來網(wǎng)絡(luò)損耗等。
因此，充電樁的發(fā)展導(dǎo)致了削峰填谷需求的增加，但同時充電樁和新能源汽車本身是良好的 可調(diào)節(jié)負(fù)荷，如能通過虛擬電廠進(jìn)行聚合和優(yōu)化，是降低充電成本和降低電網(wǎng)投資的雙贏之 選。
2.3 需求側(cè)響應(yīng)能力力爭達(dá)到至大負(fù)荷的 3%-5%
需求側(cè)響應(yīng)能力建設(shè)目標(biāo)明確。十四五前，虛擬電廠停留在個別地區(qū)、項目試點階段， 一是新能源裝機(jī)占比不高，電力系統(tǒng)對靈活性資源需求不強；二是缺乏量化目標(biāo)。2022 年， 《 “十四五 "現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出，力爭到 2025 年， 電力需求側(cè)響應(yīng)能力達(dá)到至大負(fù) 荷的 3%～5%，其中華東、華中、南方等地區(qū)達(dá)到至大負(fù)荷的 5%左右。
虛擬電廠政策密集發(fā)布，成為新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要一環(huán)，政策力度有望持續(xù)加大。7 月 11 日，深化改革委員會第二次會議召開，審議通過了《關(guān)于深化電力體制改革加快構(gòu)建新 型電力系統(tǒng)的指導(dǎo)意見》。會議強調(diào)，要健全適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的體制機(jī)制，推動加強電力 技術(shù)創(chuàng)新、市場機(jī)制創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新。虛擬電廠作為促進(jìn)新能源消納的重要環(huán)節(jié)和電力 商業(yè)模式創(chuàng)新的重要形式，后續(xù)政策支持力度有望持續(xù)加大。
3 虛擬電廠如何創(chuàng)造收益
3.1 需求側(cè)響應(yīng)
虛擬電廠的三個收益來源： 需求側(cè)響應(yīng)、輔助服務(wù)市場、 電力現(xiàn)貨市場 。當(dāng)前我 國虛擬電廠處于邀約型向市場型過渡階段。邀約型階段主要由政府部門或調(diào)度機(jī)構(gòu)牽 頭組織 ，發(fā)出邀約信號 ，虛擬電廠組織資源進(jìn)行響應(yīng) ，并獲得容量/電量補貼 。我國 多個省份出臺了需求響應(yīng)細(xì)則 ，其中以江蘇、上海、廣東等省市開展得較好 。需求側(cè) 響應(yīng)補貼單價高但頻率低 ，市場化程度低 。需求響應(yīng)以削峰為主 ，主要發(fā)生在迎峰度 夏期間 ，主要 目 的在于保供 。以廣東省為例 ，2022 年全年開展 9 次日前邀約型市場化 需求響應(yīng)（均發(fā)生在 7 月和 8 月 ） ；至大削峰負(fù)荷 277 萬千瓦 ，至大響應(yīng)申報量 609 萬千瓦；有效響應(yīng)調(diào)用收益 1.63 億元?？梢钥吹?，雖然補至至高達(dá)到 5 元/千瓦時（可 中斷負(fù)荷） ，但需求響應(yīng)并非常態(tài)化進(jìn)行 ，發(fā)生頻率較低 ，有很強的計劃色彩 。因此 隨著我國電力市場體制建設(shè)逐漸完善，虛擬電廠也正從邀約型階段向市場型階段過渡。
3.2 輔助服務(wù)市場
新型電力系統(tǒng)持續(xù)催生對輔助服務(wù)的需求 。傳統(tǒng)電源（火電、水電等） 具備一定 的調(diào)節(jié)能力 ，而新能源存在出力波動 、無功缺失等特性 ，導(dǎo)致高比例新能源裝機(jī)電力 系統(tǒng)對電力輔助服務(wù)的需求提升。根據(jù)國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)，2019H1 我國輔助服務(wù)費用占 總電費比例為 1.47%；根據(jù)中國能源報 ，這一比例在近兩年上升至 2.5%；根據(jù)國際經(jīng) 驗，輔助服務(wù)費用一般占社會總電費的 3%以上，隨著新能源大規(guī)模接入還將不斷增加。 因此 ，預(yù)計輔助服務(wù)市場規(guī)模將以高于用電量增速的速度增長。
虛擬電廠主要發(fā)揮調(diào)峰 、調(diào)頻作用 。2021 年 12 月 ， 國家能源局修訂發(fā)布《電力輔助 服務(wù)管理辦法》，確指出電力用戶可通過委托虛擬電廠代理的形式參與電力輔助服務(wù) 市場，此后多地在電力輔助服務(wù)細(xì)則中對虛擬電廠/負(fù)荷聚合商參與輔助服務(wù)的條件、 補償方式予以明確 。 當(dāng)前 ，虛擬電廠主要功能是電能量的時間轉(zhuǎn)移 ，對應(yīng)調(diào)峰服務(wù)； 未來隨著工商業(yè)儲能滲透率提升，虛擬電廠有望在調(diào)頻服務(wù)取得更大突破。從 2023H1 全國輔助服務(wù)運行數(shù)據(jù)看，調(diào)峰、調(diào)頻是輔助服務(wù)費用的主體，費用合計占比達(dá)到 80%。
4 概述
AcrelEMS 智慧能源管理平臺是針對企業(yè)微電網(wǎng)的能效管理平臺，對企業(yè)微電網(wǎng)分 布式電源、市政電源、儲能系統(tǒng)、充電設(shè)施以及各類交直流負(fù)荷的運行狀態(tài)實時監(jiān)視、 智能預(yù)測 、動態(tài)調(diào)配 ，優(yōu)化策略 ，診斷告警 ，可調(diào)度源荷有序互動、能源全景分析 ， 滿足企業(yè)微電網(wǎng)能效管理數(shù)字化、安全分析智能化、調(diào)整控制動態(tài)化、全景分析可視 化的需求 ，完成不同策略下光儲充資源之間的靈活互動與經(jīng)濟(jì)運行 ，為用戶降低能源 成本，提高微電網(wǎng)運行效率。AcrelEMS 智慧能源管理平臺可以接受虛擬電廠的調(diào)度指 令和需求響應(yīng) ，是虛擬電廠平臺的企業(yè)級子系統(tǒng)。
5 平臺結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)覆蓋企業(yè)微電網(wǎng)“ 源-網(wǎng)-荷-儲-充 "各環(huán)節(jié)，通過智能網(wǎng)關(guān)采集測控裝置、光伏、 儲能、充電樁、常規(guī)負(fù)荷數(shù)據(jù) ，根據(jù)負(fù)荷變化和電網(wǎng)調(diào)度進(jìn)行優(yōu)化控制 ，促進(jìn)新能源 消納的同時降低對電網(wǎng)的至大需量 ，使之運行安全。
圖 1 AcrelEMS 智慧能源管理平臺主界面
6 平臺功能
6.1 能源數(shù)字化展示
通過展示大屏實時顯示市電、光伏 、風(fēng)電 、儲能 、充電樁以及其它負(fù)荷數(shù)據(jù) ，快 速了解能源運行情況。
6.2 優(yōu)化控制
直觀顯示能源生產(chǎn)及流向 ，包括市電 、光伏 、儲能充電及消耗過程 ，通過優(yōu)化控 制儲能和可控負(fù)載提升新能源消納 ，削峰填谷 ，平滑系統(tǒng)出力 ，并顯示優(yōu)化前和優(yōu)化 后能源曲線對比等。
6.3 智能預(yù)測
結(jié)合氣象數(shù)據(jù) ，歷史數(shù)據(jù)對光伏、風(fēng)力發(fā)電功率和負(fù)荷功率進(jìn)行預(yù)測 ，并與實際 功率進(jìn)行對比分析 ，通過儲能系統(tǒng)和負(fù)荷控制實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度 ， 降低需量和用電成本。
6.4 能耗分析
采集企業(yè)電、水、天然氣、冷/熱量等各種能源介質(zhì)消耗量 ，進(jìn)行同環(huán)比比較， 顯示能源流向 ，能耗對標(biāo) ，并折算標(biāo)煤或碳排放等。
6.5 有序充電
系統(tǒng)支持接入交直流充電樁 ，并根據(jù)企業(yè)負(fù)荷和變壓器容量 ，并和變壓器負(fù)荷率 進(jìn)行聯(lián)動控制 ， 引導(dǎo)用戶有序充電 ，保障企業(yè)微電網(wǎng)運行安全。
6.6 運維巡檢
系統(tǒng)支持任務(wù)管理、巡檢/缺陷/消警/搶修記錄以及通知工單管理 ，并通過北斗 定位跟蹤運維人員軌跡 ，實現(xiàn)運維流程閉環(huán)管理。
7 設(shè)備選型
除了智慧能源管理平臺外 ，還具備現(xiàn)場傳感器、智能網(wǎng)關(guān)等設(shè)備 ，組成了完整的“ 云 -邊-端 "能源數(shù)字化體系 ，具體包括高低壓配電綜合保護(hù)和監(jiān)測產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線 監(jiān)測裝置 、 電能質(zhì)量治理、照明控制 、充電樁、 電氣消防類解決方案等 ，可以為虛擬 電廠企業(yè)級的能源管理系統(tǒng)提供一站式服務(wù)能力
8 總結(jié)
安科瑞系統(tǒng)解決方案還包含電力運維云平臺、能源綜合計費管理平臺、環(huán)保用電監(jiān)管云 平臺、充電樁運營管理云平臺、智慧消防云平臺、電力監(jiān)控系統(tǒng)、微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)、智 能照明控制系統(tǒng)、電能質(zhì)量治理系統(tǒng)、電氣消防系統(tǒng)、隔離電源絕緣監(jiān)測系統(tǒng)等系統(tǒng)解決方 案，覆蓋企業(yè)微電網(wǎng)各個環(huán)節(jié)，打造準(zhǔn)確感知、邊緣智能、智慧運行的企業(yè)微電網(wǎng)智慧能源 管理系統(tǒng)。
