建設(shè)背景

貫徹落實(shí)《中共中央國(guó)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(jiàn)》 和《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā) 2030 年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》 要求 ，把綠色低碳 發(fā)展納入國(guó)民教育體系。

2021 年 3 月 26 日為推動(dòng)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(chǔ)聯(lián)動(dòng)的解決方案 ，過(guò)先進(jìn)信息通 信技術(shù)和軟件系統(tǒng) ，實(shí)現(xiàn)分布式電源 、儲(chǔ)能系統(tǒng) 、可控負(fù)荷 、 電動(dòng)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(gè)特殊電廠參與電力市場(chǎng)和電網(wǎng)運(yùn)行的電源協(xié) 調(diào)管理系統(tǒng) 。虛擬電廠并不是真實(shí)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(yùn)行調(diào)度 ，實(shí)現(xiàn) “源-荷-網(wǎng) "聚合優(yōu)

關(guān)鍵詞：虛擬電廠、源網(wǎng)荷儲(chǔ) 、碳達(dá)峰碳中和、光儲(chǔ)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(jiǎn)稱 VPP) 是通過(guò) 先進(jìn)信息通信技術(shù)和軟件系統(tǒng) ，實(shí)現(xiàn)分布式電 源、儲(chǔ)能系統(tǒng) 、可控負(fù)荷 、電 動(dòng)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(gè)特殊電廠參與電力市 場(chǎng)和電網(wǎng)運(yùn)行的電源協(xié)調(diào) 管理系統(tǒng) 。虛擬電廠并不是真實(shí)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(yùn)行調(diào)度 ，實(shí)現(xiàn) “源-荷網(wǎng) "聚 合優(yōu) 化。

虛擬電廠具有較強(qiáng)的靈活性調(diào)節(jié)能力。虛擬電廠并不實(shí)際發(fā)電，而是將分散的源、 網(wǎng)、荷、 儲(chǔ)等元素進(jìn)行集成調(diào)控 ，對(duì)外等效成為一個(gè)可控的電源 ，具有較強(qiáng)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(shí)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(chǎng) 。虛擬電廠本質(zhì)是一個(gè)能源管理系統(tǒng) ，因此智 能化的軟件平臺(tái)、集控系統(tǒng)是虛擬電廠的核心 。參與軟件平臺(tái)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(guò)與云中心 、 電力交易中心等進(jìn)行 信息通信 ，實(shí)現(xiàn)與大電網(wǎng)的能量互換 ，實(shí)現(xiàn)盈利 。因此電力市場(chǎng)等市場(chǎng)機(jī)制是虛擬電 廠實(shí)現(xiàn)盈利的市場(chǎng)基礎(chǔ)。

2 為什么需要虛擬電廠

2.1 風(fēng)光快速增加帶來(lái)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(guó)光伏裝機(jī)超過(guò)風(fēng)電，

其中分布式功不可沒(méi)。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(jì)裝機(jī)達(dá) 198.23GW。分布式建設(shè)、選址簡(jiǎn)單，項(xiàng)目周期短，裝機(jī)提升快。 由于其出力時(shí)間高度集中，受電網(wǎng)調(diào)度管控程度相對(duì)低，消納問(wèn)題正在顯現(xiàn)，山東、河南等 分布式裝機(jī)大省已出臺(tái)分布式配儲(chǔ)文件。

                                                                                             （圖片來(lái)自于華福證券虛擬電廠專題報(bào)告）

國(guó)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(jià)現(xiàn)象。值得注意的是，4 月 29 日-5 月 1 日現(xiàn)貨價(jià)格曲線形狀類似鴨子曲線， 期間 10 時(shí)-15 時(shí)負(fù)電價(jià)出現(xiàn)尤為頻繁，而該時(shí)段為光伏發(fā)電高峰。結(jié)合此前山東將中午時(shí)  段劃分為電價(jià)深谷時(shí)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(shí)段， 電網(wǎng)凈負(fù)荷出現(xiàn)了一個(gè)深谷，需要對(duì)負(fù)荷進(jìn)行時(shí)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(guó)公共充電 樁保有量為 214.86 萬(wàn)臺(tái)，同比+40.63%。2023H1，新能源汽車銷量同比+44.13%，保持快速 增長(zhǎng)，可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)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(duì)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(shí) 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(duì)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(huì)導(dǎo)致原有負(fù)荷峰值繼續(xù)提升，產(chǎn)生時(shí)間 短、量級(jí)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(shí)間資源閑置；

（3）充電負(fù)荷波動(dòng)帶來(lái)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(shí)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(guò)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(zhēng)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(gè)別地區(qū)、項(xiàng)目試點(diǎn)階段， 一是新能源裝機(jī)占比不高，電力系統(tǒng)對(duì)靈活性資源需求不強(qiáng)；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(zhēng)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(huì)第二次會(huì)議召開，審議通過(guò)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(jiàn)》。會(huì)議強(qiáng)調(diào)，要健全適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的體制機(jī)制，推動(dòng)加強(qiáng)電力 技術(shù)創(chuàng)新、市場(chǎng)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(gè)收益來(lái)源： 需求側(cè)響應(yīng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)、 電力現(xiàn)貨市場(chǎng) 。當(dāng)前我   國(guó)虛擬電廠處于邀約型向市場(chǎng)型過(guò)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(hào) ，虛擬電廠組織資源進(jìn)行響應(yīng) ，并獲得容量/電量補(bǔ)貼 。我國(guó)   多個(gè)省份出臺(tái)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(bǔ)貼單價(jià)高但頻率低 ，市場(chǎng)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(chǎng)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(wàn)千瓦 ，至大響應(yīng)申報(bào)量 609   萬(wàn)千瓦；有效響應(yīng)調(diào)用收益 1.63 億元?？梢钥吹剑m然補(bǔ)至至高達(dá)到 5 元/千瓦時(shí)（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(qiáng)的計(jì)劃色彩 。因此   隨著我國(guó)電力市場(chǎng)體制建設(shè)逐漸完善，虛擬電廠也正從邀約型階段向市場(chǎng)型階段過(guò)渡。

3.2 輔助服務(wù)市場(chǎng)

新型電力系統(tǒng)持續(xù)催生對(duì)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(dòng) 、無(wú)功缺失等特性 ，導(dǎo)致高比例新能源裝機(jī)電力 系統(tǒng)對(duì)電力輔助服務(wù)的需求提升。根據(jù)國(guó)家能源局?jǐn)?shù)據(jù)，2019H1 我國(guó)輔助服務(wù)費(fèi)用占  總電費(fèi)比例為 1.47%；根據(jù)中國(guó)能源報(bào) ，這一比例在近兩年上升至 2.5%；根據(jù)國(guó)際經(jīng) 驗(yàn)，輔助服務(wù)費(fèi)用一般占社會(huì)總電費(fèi)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(jì)輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)模將以高于用電量增速的速度增長(zhǎng)。

虛擬電廠主要發(fā)揮調(diào)峰 、調(diào)頻作用 。2021 年 12 月 ， 國(guó)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(guò)委托虛擬電廠代理的形式參與電力輔助服務(wù) 市場(chǎng)，此后多地在電力輔助服務(wù)細(xì)則中對(duì)虛擬電廠/負(fù)荷聚合商參與輔助服務(wù)的條件、 補(bǔ)償方式予以明確 。 當(dāng)前 ，虛擬電廠主要功能是電能量的時(shí)間轉(zhuǎn)移 ，對(duì)應(yīng)調(diào)峰服務(wù)； 未來(lái)隨著工商業(yè)儲(chǔ)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(guó)輔助服務(wù)運(yùn)行數(shù)據(jù)看，調(diào)峰、調(diào)頻是輔助服務(wù)費(fèi)用的主體，費(fèi)用合計(jì)占比達(dá)到 80%。

4 概述

AcrelEMS 智慧能源管理平臺(tái)是針對(duì)企業(yè)微電網(wǎng)的能效管理平臺(tái)，對(duì)企業(yè)微電網(wǎng)分 布式電源、市政電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電設(shè)施以及各類交直流負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)視、 智能預(yù)測(cè) 、動(dòng)態(tài)調(diào)配 ，優(yōu)化策略 ，診斷告警 ，可調(diào)度源荷有序互動(dòng)、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(dòng)態(tài)化、全景分析可視 化的需求 ，完成不同策略下光儲(chǔ)充資源之間的靈活互動(dòng)與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 ，為用戶降低能源 成本，提高微電網(wǎng)運(yùn)行效率。AcrelEMS 智慧能源管理平臺(tái)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(tái)的企業(yè)級(jí)子系統(tǒng)。

5 平臺(tái)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)覆蓋企業(yè)微電網(wǎng)“ 源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)-充 "各環(huán)節(jié)，通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)采集測(cè)控裝置、光伏、 儲(chǔ)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(shí)降低對(duì)電網(wǎng)的至大需量 ，使之運(yùn)行安全。

圖 1  AcrelEMS 智慧能源管理平臺(tái)主界面

6 平臺(tái)功能

6.1 能源數(shù)字化展示

通過(guò)展示大屏實(shí)時(shí)顯示市電、光伏 、風(fēng)電 、儲(chǔ)能 、充電樁以及其它負(fù)荷數(shù)據(jù) ，快 速了解能源運(yùn)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(chǔ)能充電及消耗過(guò)程 ，通過(guò)優(yōu)化控 制儲(chǔ)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(duì)比等。

6.3 智能預(yù)測(cè)

結(jié)合氣象數(shù)據(jù) ，歷史數(shù)據(jù)對(duì)光伏、風(fēng)力發(fā)電功率和負(fù)荷功率進(jìn)行預(yù)測(cè) ，并與實(shí)際 功率進(jìn)行對(duì)比分析 ，通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)和負(fù)荷控制實(shí)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(duì)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(dòng)控制 ， 引導(dǎo)用戶有序充電 ，保障企業(yè)微電網(wǎng)運(yùn)行安全。

6.6 運(yùn)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(guò)北斗 定位跟蹤運(yùn)維人員軌跡 ，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維流程閉環(huán)管理。

7 設(shè)備選型

除了智慧能源管理平臺(tái)外 ，還具備現(xiàn)場(chǎng)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(cè)產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線 監(jiān)測(cè)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(jí)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(yùn)維云平臺(tái)、能源綜合計(jì)費(fèi)管理平臺(tái)、環(huán)保用電監(jiān)管云 平臺(tái)、充電樁運(yùn)營(yíng)管理云平臺(tái)、智慧消防云平臺(tái)、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(cè)系統(tǒng)等系統(tǒng)解決方 案，覆蓋企業(yè)微電網(wǎng)各個(gè)環(huán)節(jié)，打造準(zhǔn)確感知、邊緣智能、智慧運(yùn)行的企業(yè)微電網(wǎng)智慧能源 管理系統(tǒng)。