源網荷儲聯動是虛擬電廠新型電力係統的必然選擇

建設背景

貫徹落實《中共中央國務院關(guan) 於(yu) 完整準確全麵貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作 的意見》 和《國務院關(guan) 於(yu) 印發 2030 年前碳達峰行動方案的通知》 要求 ，把綠色低碳 發展納入國民教育體(ti) 係。

2021 年 3 月 26 日為(wei) 推動信息技術與(yu) 教育教學深度融合 ，教育部印發《高等學校數字 校園建設規範（試行） 》

摘要：本文主要介紹基於(yu) 新型電力係統下的源網荷儲(chu) 聯動的解決(jue) 方案 ，過先進信息通 信技術和軟件係統 ，實現分布式電源 、儲(chu) 能係統 、可控負荷 、 電動汽車、充電樁等分 布式能源的聚合和協調優(you) 化 ，以作為(wei) 一個(ge) 特殊電廠參與(yu) 電力市場和電網運行的電源協 調管理係統 。虛擬電廠並不是真實存在的電廠 ，而是一種智能電網技術 ，應用分布式 電力管理係統參與(yu) 電網運行調度 ，實現 “源-荷-網 "聚合優(you)

關(guan) 鍵詞：虛擬電廠、源網荷儲(chu) 、碳達峰碳中和、光儲(chu) 充

1 虛擬電廠是什麽(me) : 分布式資源的聚合與(yu) 優(you) 化

根據《虛擬電廠的概念和發展》一文，虛擬電廠(virtualpower plant，簡稱 VPP) 是通過 先進信息通信技術和軟件係統 ，實現分布式電 源、儲(chu) 能係統 、可控負荷 、電 動汽車 、充電樁 等分布式能源的聚合和協調優(you) 化 ， 以作為(wei) 一個(ge) 特殊電廠參與(yu) 電力市 場和電網運行的電源協調 管理係統 。虛擬電廠並不是真實存在的電廠而是一種智能 電網技術 ，應用分布式電力管理 係統參與(yu) 電網運行調度 ，實現 “源-荷網 "聚 合優(you) 化。

虛擬電廠具有較強的靈活性調節能力。虛擬電廠並不實際發電，而是將分散的源、 網、荷、 儲(chu) 等元素進行集成調控 ，對外等效成為(wei) 一個(ge) 可控的電源 ，具有較強的靈 活 性調節能力，可以作為(wei) 發電電源可向電力係統供電，也可以作為(wei) 負荷消納係統的電力，

同時具有向上和向下調節負荷的能力 。虛擬電廠的核心是聚合資源的能源管理係統， 基礎是分布式、靈活性資源和電力市場 。虛擬電廠本質是一個(ge) 能源管理係統 ，因此智 能化的軟件平台、集控係統是虛擬電廠的核心 。參與(yu) 軟件平台調度、控製的分布式能 源 、靈活性資源是虛擬電廠的資源基礎 。靈活性資源 在能源管理係統的控製下 ，還 需要進一步考慮需求響應 、不確定性等要素 ，通過與(yu) 雲(yun) 中心 、 電力交易中心等進行 信息通信 ，實現與(yu) 大電網的能量互換 ，實現盈利 。因此電力市場等市場機製是虛擬電 廠實現盈利的市場基礎。

2 為(wei) 什麽(me) 需要虛擬電廠

2.1 風光快速增加帶來的填穀需求

光伏建設速度遠超風電，分布式光伏成為(wei) 主力。2022 年我國光伏裝機超過風電，

其中分布式功不可沒。2022 年分布式光伏新增裝機 51.11GW，占當年全部光伏新增的 58.48%； 截至 23H1，分布累計裝機達 198.23GW。分布式建設、選址簡單，項目周期短，裝機提升快。 由於(yu) 其出力時間高度集中，受電網調度管控程度相對低，消納問題正在顯現，山東(dong) 、河南等 分布式裝機大省已出台分布式配儲(chu) 文件。

                                                                                             （圖片來自於(yu) 華福證券虛擬電廠專(zhuan) 題報告）

國內(nei) 以山東(dong) 為(wei) 代表的部分省份同樣有明顯的填穀需求。山東(dong) 裝機結構與(yu) CAISO 相似，截至22 年底，光伏裝機占比達到 22.5%。在 2023 年五一假期期間，山東(dong) 省內(nei) 用電負荷下降約 15%，引發連續負電價(jia) 現象。值得注意的是，4 月 29 日-5 月 1 日現貨價(jia) 格曲線形狀類似鴨子曲線， 期間 10 時-15 時負電價(jia) 出現尤為(wei) 頻繁，而該時段為(wei) 光伏發電高峰。結合此前山東(dong) 將中午時  段劃分為(wei) 電價(jia) 深穀時段，新能源裝機增加改變了原有的負荷曲線，使得新能源集中大發時段， 電網淨負荷出現了一個(ge) 深穀，需要對負荷進行時間上的轉移（填穀）以平滑變化、促進新能 源消納。

2.2 充電樁等新型負荷使得負荷側(ce) 複雜程度提升

充電樁保有量隨新能源汽車快速提升，改變配電網形態。截至 2023H1，我國公共充電 樁保有量為(wei) 214.86 萬(wan) 台，同比+40.63%。2023H1，新能源汽車銷量同比+44.13%，保持快速 增長，可以預見未來隨新能源汽車銷量繼續快速提升，充電樁保有量將持續增加。充電樁的 大量增加將對配電網產(chan) 生衝(chong) 擊，相比於(yu) 常規交流充電樁，快充直流樁由於(yu) 功率更大、充電時 間更短，產(chan) 生衝(chong) 擊更大。

充電樁加劇居民生活用電負荷峰值提升。充電樁對配電網的影響主要包括：

（1）充電樁用電高峰同樣是居民原有用電高峰，會(hui) 導致原有負荷峰值繼續提升，產(chan) 生時間 短、量級高的尖峰負荷；

（2）按尖峰負荷配置變壓器容量，導致其餘(yu) 時間資源閑置；

（3）充電負荷波動帶來網絡損耗等。

因此，充電樁的發展導致了削峰填穀需求的增加，但同時充電樁和新能源汽車本身是良好的 可調節負荷，如能通過虛擬電廠進行聚合和優(you) 化，是降低充電成本和降低電網投資的雙贏之 選。

2.3 需求側(ce) 響應能力力爭(zheng) 達到至大負荷的 3%-5%

需求側(ce) 響應能力建設目標明確。十四五前，虛擬電廠停留在個(ge) 別地區、項目試點階段， 一是新能源裝機占比不高，電力係統對靈活性資源需求不強；二是缺乏量化目標。2022 年， 《 “十四五 "現代能源體(ti) 係規劃》提出，力爭(zheng) 到 2025 年， 電力需求側(ce) 響應能力達到至大負 荷的 3%～5%，其中華東(dong) 、華中、南方等地區達到至大負荷的 5%左右。

虛擬電廠政策密集發布，成為(wei) 新型電力係統建設的重要一環，政策力度有望持續加大。7 月 11 日，深化改革委員會(hui) 第二次會(hui) 議召開，審議通過了《關(guan) 於(yu) 深化電力體(ti) 製改革加快構建新 型電力係統的指導意見》。會(hui) 議強調，要健全適應新型電力係統的體(ti) 製機製，推動加強電力 技術創新、市場機製創新、商業(ye) 模式創新。虛擬電廠作為(wei) 促進新能源消納的重要環節和電力 商業(ye) 模式創新的重要形式，後續政策支持力度有望持續加大。

3 虛擬電廠如何創造收益

3.1 需求側(ce) 響應

虛擬電廠的三個(ge) 收益來源： 需求側(ce) 響應、輔助服務市場、 電力現貨市場 。當前我   國虛擬電廠處於(yu) 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度機構牽   頭組織 ，發出邀約信號 ，虛擬電廠組織資源進行響應 ，並獲得容量/電量補貼 。我國   多個(ge) 省份出台了需求響應細則 ，其中以江蘇、上海、廣東(dong) 等省市開展得較好 。需求側(ce)    響應補貼單價(jia) 高但頻率低 ，市場化程度低 。需求響應以削峰為(wei) 主 ，主要發生在迎峰度   夏期間 ，主要 目 的在於(yu) 保供 。以廣東(dong) 省為(wei) 例 ，2022 年全年開展 9 次日前邀約型市場化   需求響應（均發生在 7 月和 8 月 ） ；至大削峰負荷 277 萬(wan) 千瓦 ，至大響應申報量 609   萬(wan) 千瓦；有效響應調用收益 1.63 億(yi) 元。可以看到，雖然補至至高達到 5 元/千瓦時（可   中斷負荷） ，但需求響應並非常態化進行 ，發生頻率較低 ，有很強的計劃色彩 。因此   隨著我國電力市場體(ti) 製建設逐漸完善，虛擬電廠也正從(cong) 邀約型階段向市場型階段過渡。

3.2 輔助服務市場

新型電力係統持續催生對輔助服務的需求 。傳(chuan) 統電源（火電、水電等） 具備一定  的調節能力 ，而新能源存在出力波動 、無功缺失等特性 ，導致高比例新能源裝機電力 係統對電力輔助服務的需求提升。根據國家能源局數據，2019H1 我國輔助服務費用占  總電費比例為(wei) 1.47%；根據中國能源報 ，這一比例在近兩(liang) 年上升至 2.5%；根據國際經 驗，輔助服務費用一般占社會(hui) 總電費的 3%以上，隨著新能源大規模接入還將不斷增加。 因此 ，預計輔助服務市場規模將以高於(yu) 用電量增速的速度增長。

虛擬電廠主要發揮調峰 、調頻作用 。2021 年 12 月 ， 國家能源局修訂發布《電力輔助  服務管理辦法》，確指出電力用戶可通過委托虛擬電廠代理的形式參與(yu) 電力輔助服務 市場，此後多地在電力輔助服務細則中對虛擬電廠/負荷聚合商參與(yu) 輔助服務的條件、 補償(chang) 方式予以明確 。 當前 ，虛擬電廠主要功能是電能量的時間轉移 ，對應調峰服務； 未來隨著工商業(ye) 儲(chu) 能滲透率提升，虛擬電廠有望在調頻服務取得更大突破。從(cong) 2023H1 全國輔助服務運行數據看，調峰、調頻是輔助服務費用的主體(ti) ，費用合計占比達到 80%。

4 概述

AcrelEMS 智慧能源管理平台是針對企業(ye) 微電網的能效管理平台，對企業(ye) 微電網分 布式電源、市政電源、儲(chu) 能係統、充電設施以及各類交直流負荷的運行狀態實時監視、 智能預測 、動態調配 ，優(you) 化策略 ，診斷告警 ，可調度源荷有序互動、能源全景分析 ， 滿足企業(ye) 微電網能效管理數字化、安全分析智能化、調整控製動態化、全景分析可視 化的需求 ，完成不同策略下光儲(chu) 充資源之間的靈活互動與(yu) 經濟運行 ，為(wei) 用戶降低能源 成本，提高微電網運行效率。AcrelEMS 智慧能源管理平台可以接受虛擬電廠的調度指  令和需求響應 ，是虛擬電廠平台的企業(ye) 級子係統。

5 平台結構

係統覆蓋企業(ye) 微電網“ 源-網-荷-儲(chu) -充 "各環節，通過智能網關(guan) 采集測控裝置、光伏、 儲(chu) 能、充電樁、常規負荷數據 ，根據負荷變化和電網調度進行優(you) 化控製 ，促進新能源 消納的同時降低對電網的至大需量 ，使之運行安全。

圖 1  AcrelEMS 智慧能源管理平台主界麵

6 平台功能

6.1 能源數字化展示

通過展示大屏實時顯示市電、光伏 、風電 、儲(chu) 能 、充電樁以及其它負荷數據 ，快 速了解能源運行情況。

6.2 優(you) 化控製

直觀顯示能源生產(chan) 及流向 ，包括市電 、光伏 、儲(chu) 能充電及消耗過程 ，通過優(you) 化控 製儲(chu) 能和可控負載提升新能源消納 ，削峰填穀 ，平滑係統出力 ，並顯示優(you) 化前和優(you) 化 後能源曲線對比等。

6.3 智能預測

結合氣象數據 ，曆史數據對光伏、風力發電功率和負荷功率進行預測 ，並與(yu) 實際 功率進行對比分析 ，通過儲(chu) 能係統和負荷控製實現優(you) 化調度 ， 降低需量和用電成本。

6.4 能耗分析

采集企業(ye) 電、水、天然氣、冷/熱量等各種能源介質消耗量 ，進行同環比比較， 顯示能源流向 ，能耗對標 ，並折算標煤或碳排放等。

6.5 有序充電

係統支持接入交直流充電樁 ，並根據企業(ye) 負荷和變壓器容量 ，並和變壓器負荷率 進行聯動控製 ， 引導用戶有序充電 ，保障企業(ye) 微電網運行安全。

6.6 運維巡檢

係統支持任務管理、巡檢/缺陷/消警/搶修記錄以及通知工單管理 ，並通過北鬥 定位跟蹤運維人員軌跡 ，實現運維流程閉環管理。

7 設備選型

除了智慧能源管理平台外 ，還具備現場傳(chuan) 感器、智能網關(guan) 等設備 ，組成了完整的“ 雲(yun) -邊-端 "能源數字化體(ti) 係 ，具體(ti) 包括高低壓配電綜合保護和監測產(chan) 品、電能質量在線 監測裝置 、 電能質量治理、照明控製 、充電樁、 電氣消防類解決(jue) 方案等 ，可以為(wei) 虛擬 電廠企業(ye) 級的能源管理係統提供一站式服務能力

8 總結

安科瑞係統解決(jue) 方案還包含電力運維雲(yun) 平台、能源綜合計費管理平台、環保用電監管雲(yun) 平台、充電樁運營管理雲(yun) 平台、智慧消防雲(yun) 平台、18luck新客户端係統、微電網能量管理係統、智 能照明控製係統、電能質量治理係統、電氣消防係統、隔離電源絕緣監測係統等係統解決(jue) 方 案，覆蓋企業(ye) 微電網各個(ge) 環節，打造準確感知、邊緣智能、智慧運行的企業(ye) 微電網智慧能源 管理係統。