深圳虚拟电厂实践与思考 深圳供电局 焦丰顺 中国·博鳌 2021年10月 ©CSG 2018. All Rights Reserved 知识产权声明 本文件的知识产权属南方电网公司所有。对本文件的使用及处置应严格遵循南方电网 公司有关规定或获取本文件的合同及约定的条件和要求。未经南方电网公司事先书面 同意，不得对外披露、复制。 Intellectual Property Rights Statement This document is the property of and contains proprietary information owned by CSG and/or its related proprietor. You agree to treat this document in strict accordance with the terms and conditions of the agreement under which it was provided to you. No disclosure or copy of this document is permitted without the prior written permission of CSG. ©CSG 2018. All Rights Reserved 一、背景及目标 ©CSG 2018. All Rights Reserved 一、背景及目标 立项背景 中美绿色合作伙伴计划源自2008年第五次中美战略经济 对话期间，两国政府签署的《绿色合作伙伴计划框架》，是 中美之间开展具体务实合作的一个平台。其通过促成两国有 关地方政府、企业和研究机构之间自愿结对，共同努力探索 绿色发展的创新模式。联合秘书处由中国国家发改委和美国 机遇 国务院共同牵头。结对活动每年组织一次，选拔3-6对合作 伙伴入围，合作周期为3-4年。 截至2017年底，中美有关城市、机构和企业之间已建立 45对绿色合作伙伴结对，在清洁能源发电、电动汽车、环境 治理、湿地保护、资源综合利用、节能增效、低碳发展等诸 多领域开展了交流合作并取得良好成效，得到中美两国领导 人和有关部门的肯定，被誉为“两国合作的典范”。 ©CSG 2018. All Rights Reserved 机遇 一、背景及目标 立项背景 清华大学 能源互联网研究院 ©CSG 2018. All Rights Reserved 中国南方电网 深圳供电局 美国自然资源 保护协会 劳伦斯·伯克利 国家实验室 一、背景及目标 研究目标 市场机制下价格驱动的绿色电力供需友好互动关键技术及示范应用项目 ©CSG 2018. All Rights Reserved 一、背景及目标 愿景1：助力深圳市实现“碳达峰” 助力削减多元用户碳排放 探索工业、交通、建筑的绿色低碳技术 助力低碳消费理念推广 培育供需互动新模式，倡导绿色低碳新生活 助力能源结构优化 力争实现可再生能源发电100%消纳 助力产业结构优化 积极拓展能源互联网服务业务 ©CSG 2018. All Rights Reserved 一、背景及目标 愿景2：助力深供迈向“世界一流”能源企业 “三高一限”供电禀性制约 资源节约型发展方向与高冗余规划 电力现货交易市场机制不完善 电改背景下实时定价策略缺失 可再生能源发展与消纳不充分 ©CSG 2018. All Rights Reserved 二、研究内容及结论 ©CSG 2018. All Rights Reserved 二、研究内容及结论 内容列表 | CONTENTS （一）虚拟电厂国际发展情况 （五）资源条件及控制策略 （二）深圳发展VPP的动力来源 （六）试点方案 （三）国内外异同分析 （七）原型机研发 （四）深圳VPP技术路线 （八）阶段性成果 ©CSG 2018. All Rights Reserved 二、研究内容及结论 （一）虚拟电厂情况国际发展情况——国外概况 1. 发展阶段：从示范项目到商业应用的过渡期； 2. 研发主力军：电网和用户之外的第三方运营商（例如负荷集成商）； 3. 研究热点：资源聚合和优化策略、电力市场竞标方案等。 欧盟：以分布式电源的聚合为主（欧盟FENIX 项目、其他商业项目等），参与电力市场交易 北美：以用户侧可控负荷的需求侧响应为 主（可在用电高峰时减少高达3.8GW的负 荷），参与系统削峰填谷 英国：以需求侧响应为主，参与辅 助服务市场获取收益，参与系统削 峰填谷，支撑系统频率稳定 日本：以需求侧响应为主，一种是通过与工业用户签订 用电调整合同，类似国内有序用电方式；另一种为需求 响应参与批发市场交易，2017年全年完成95.8万kW响应 量，价值约合36亿日元。 ©CSG 2018. All Rights Reserved 二、研究内容及结论 （一）虚拟电厂情况国际发展情况——国内概况 1. 发展阶段：处于初期发展阶段，以研究示范为主； 2. 推进主体：政府做引导，电网唱主角； 电改九号文：允 许市场化售电公 司 现货市场试点 辅助服务市场试 点 2015~2018 江苏联宏 3760MW 南京等多地区办 公楼宇中央空调 监视，非实时调 度 2018.09 2018.10 中美绿色合作项 目，深圳电力公 司面向城市源网 荷储友好互动的 虚拟电厂关键技 术研究 ©CSG 2018. All Rights Reserved VPP IEC标准委 员会成立 国网泛在电力物 联网概念公布， VPP正式列入 “泛在第三阶段” 2018.12 上海腾天 浦西多区806栋 楼宇中央空调实 时监视、控制、 可视化 2019.04 国家电网 确立两个试点： 1）冀北电力公 司秦皇岛虚拟电 厂试点 2）国网上海互 联网研究院上海 虚拟电厂试点 2019.05 广东现货市场试 运行，20%电 量现货交易 多地辅助服务市 场政策细化 其它8省市2020 年试运行 2019.06 多地开展以虚拟 电厂为技术依托 的电力辅助服务 市场试点。 2021 3. 总体特征： • 大部分虚拟电厂示范工程实现了初步的用户用能监测； • 较少有项目实现了虚拟电厂的优化调度及对分布式能源的 闭环控制。 二、研究内容及结论 （一）虚拟电厂情况国际发展情况——核心内容 何为虚拟电厂（VPP）？ • 基于“互联网+”的通用型电力灵活资源聚合体系。 VPP的核心研究内容是什么？ 1 系统架构设计 ©CSG 2018. All Rights Reserved 2 资源优化调控策略 3 电力市场交易模式 二、研究内容及结论 （一）虚拟电厂情况国际发展情况——核心内容 核心内容1：系统架构设计 集中式架构 • • 半分布式/分层架构 特点：自上而下，对中央控制系统性 • 特点：分层聚合和管理，对通信要求高，有上 能要求较高。 级控制中心。 适用场景：小范围区域内构建小型虚 • 适用场景：较大范围构建虚拟电厂、实现分层 拟电厂。 管理分布式能源。 ©CSG 2018. All Rights Reserved 完全分散架构 • 特点：多主体聚合资源进行合 作与博弈，无统一控制中心。 • 适用场景：电力市场规则完备， 多主体参与。 二、研究内容及结论 （一）虚拟电厂情况国际发展情况——核心内容 核心内容2：资源优化调控策略 1. 以经济效益最优为目标，优化调控分布式能源出力，使其参与系统削峰填谷、调频，支持系 统有功平衡。 2. 以新能源最大化消纳为目标，优化调控分布式能源出力，响应新能源出力波动。 3. 以系统运行最优、最小化配网网损等为目标，考虑系统潮流约束，优化调控分布式能源出力， 降低系统电压波动。 ©CSG 2018. All Rights Reserved 二、研究内容及结论 （一）虚拟电厂情况国际发展情况——核心内容 核心内容3：电力市场参与模式 1. 基于每个分布式能源的运行参数、边际运行成本、调度计划等信息设计不同的分布式能源聚 合方案与竞价策略，以此为基础参与电力市场进行交易，实现虚拟电厂运营商经济效益的最 大化。 2. 基于博弈论、机器学习法、情景分析法等理论构建基于多代理的竞争电力市场模拟器，并将 其应用于虚拟电厂参与日前交易决策。 ©CSG 2018. All Rights Reserved 二、研究内容及结论 （一）虚拟电厂情况国际发展情况——典型案例 案例1：示范项目FENIX 地位：欧盟虚拟电厂“灯塔项目”。 贡献：提出了商业型虚拟电厂（CVPP）和技术型虚拟电厂(TVPP)的概念，提出并验证了大型半分布式架构 虚拟电厂技术体系，示范了虚拟电厂在提升电力系统消纳分布式能源能力方面的作用。 分布式能 源 FB 控制盒 CVPP TVPP/配网运 营商 系统运营 商 其他大型电厂 FENIX VPP ©CSG 2018. All Rights Reserved 交易策略软件 电力市场 二、研究内容及结论 （一）虚拟电厂情况国际发展情况——典型案例 案例2：商业项目Next Kraftwerke VPP 地位：目前世界最大在运营商业虚拟电厂项目。 贡献：证明了利用虚拟电厂聚合分布式能源，进而参与电力市场交易、服务电网运行这一平台化商业行为的 可行性。 ©CSG 2018. All Rights Reserved 二、研究内容及结论 （二）深圳发展VPP的动力来源 虚拟电厂的开发建设与电网企业的外部环境、内部需求、本地负荷特征等密切相 关，故项目组对这些问题开展了细致的调研与分析。 外部环境 •国家能源发展战略要求 加强调峰和需求响应能 力； •电力体制改革与电网企 业业务转型； •粤港澳大湾区建设对电 网智能化的要求。 内部需求 •电网调峰形势严峻； •输配电设备重满载情况 突出； •最高负荷持续快速增长， 2019年同比增长11%； •部分区域供电容量紧张； •新能源汽车保有量快速 增长，充电负荷约占最 高负荷5%； •局部配电线路存在供电 安全性问题； •空调负荷占比较大，约 占最高负荷的30%。 •电力建设与城市土地资 源存在矛盾。 ©CSG 2018. All Rights Reserved 本地负荷特征