中国电力科学研究院陈宋宋 ：面向工商业用户的虚拟电厂关键技术与试点建设经验

  7月24日，中国电力科学研究院用电与能效研究所用电技术研究室主任陈宋宋发表了名为《面向工商业用户的虚拟电厂关键技术与试点建设经验》的主题演讲。

陈宋宋：大家好，我是中国电科院用电能效研究所的陈宋宋，很高兴为大家做报告。

主要从5个方面，首先是背景与现状，业务背景当前极端天气频发，2021年9月份东北的事件，以及去年四川事件都是一个很好的证明，局部地区短时电力供需矛盾加剧。

第二个是新型电力系统灵活性调节资源容量紧缺，截至今年5月份我们国家风电、光伏装机达到8.3亿千瓦，预计全年装机增加2亿千瓦左右，大规模波动性可再生能源接入后，传统源随荷动的方式受到挑战，灵活性调节资源能量不足，按2025年风光装机10亿千瓦测算，将产生5.62亿千瓦的调节需求。这些数据我右下角有一个表格，这里是没有考虑需求侧柔性资源参与电网调节的情况下，单靠当前的抽水蓄能，电化学储能，以及煤电的灵活性改造，天然气机组整个的缺口。

政策现状，为了深入贯彻党中央关于双碳重大战略部署，国务院及有关部委陆续颁布了相关规划以及方案，要求以数字化智能化技术助力源网荷储的融合发展，为了解决卡脖子的难题我们要提双碳，要绿色高质量发展，为了落实双碳要建设新型电力系统，建设新型电力系统我们要发展储能，发展需求侧柔性资源，这是整个大的逻辑关系，我这里列举了我们近三年来鼓励发展整个的虚拟电厂需求侧可再生资源挖掘方面的政策，就不详细说了。

最新的一个政策，今年6月份，国家能源局发布的新型电力系统蓝皮书，当然这个已经正式发布了，再加上7月11日习近平总书记对新型电力系统建设提出的指导意见，“供需协同，灵活制冷”是对我们未来新型电力系统的定位。

这里是罗列的国家和重点省市关于虚拟电厂的政策，其中国家发改委是十四五现代能源体系规划要求开展工业、楼宇可调负荷的挖掘应用，像北京、上海、深圳、湖北也是对相关的虚拟电厂的建设提出了明确的政策。目前我们团队也是在配合北京包括甘肃正在开展虚拟电厂示范建设。

当前我们面临的业务现状，夏季楼宇建筑空调负荷是造成电网尖峰负荷的重要原因，为什么我们要围绕商业领域做柔性资源的挖掘，整个电能占建筑能耗的比重非常高，在办公商业楼宇负荷中空调占整个运行容量的40%-60%，特别是超大型城市中空调集中和过度使用导致城市热岛效应。

包括我们95%以上的尖峰也是有这个温度敏感度负荷造成的，说完了商业楼宇领域再说一下工业领域，我们一直在围绕着需求侧工业领域做现场的调研摸排，去摸排我们各个细分工业领域生产工艺特性，生产符合不符合，去分析负荷特性，看哪一类型的负荷具备调节空间。

说完政策要求，业务背景和工商业领域可调节资源挖掘的现状，总结一下当前面临的挑战：

1、在感知监测方面，用户种类分多，感知交互难度大，底层的设备信息采集监测难度还是非常大的。

2、分析预测，信息获取不健全，可调节潜力评估准确度低。

3、用户生产约束多，设备控制风险高。目前我们开展的关于工业领域的柔性资源的挖掘最多是给用户推送一个策略，用户根据我们的策略主动地做生产设备的运行状态的调整，而不是说直接可以达到由上级负荷聚合商，虚拟电厂运营商远程控制的程度，距离这一天的实现还是比较难的，因为现在相关的法律法规还没有健全到这个程度，一旦引起设备损坏，人身伤亡，责任界定是非常难的。

4、市场机制不成熟，用户常态化参与意愿低。

5、需求侧资源参与电网互动标准化工作仍然处于起步阶段，在需求响应领域有相关的国家标准行业标准，再就是国际标准都有了，但是虚拟电厂的标准仍然是起步阶段，而且我们目前的标准相对来说是存在推广应用宣贯实施难度比较大，因为很多的标准都是推荐标准，跨行业的，所以标准难度比较大，标准无法很好的推广，行业的发展，特别是有序规范的发展，高质量发展，大规模发展是发展不起来的，因为只有标准化才能带动整个的无论你是产品研发，推广应用，降本增效，没有标准的加持这个行业的有序大规模发展还是存在瓶颈的。

第二方面是关键技术，第一类技术是潜力的动态分析，我们主要开展了物理的建模分析，主要通过明确生产流程，经营规律，生活特性用电设备建立相关的物理机理分析模型，考虑用户的意愿，设备的安全约束的前提下，去分析顶峰发电，或者是调峰发电时候的上下限。

按照数据聚类分析不需要具体用户的内部，我们只是利用用户关口代表负荷特性，分析春季、夏季的典型特性，以商业用户为例通过特性结合相关的经济因素做负荷的自然增长率的指标的设计，同时我们考虑一些气温的异常影响，就可以得到整个在度夏，度冬期间降温负荷和采暖数值，这就是可调空间，这个我们目前用的还是比较多的。

目前我们在浙江大概团队是聚合了1500栋楼宇，全部都是VRV多联机空调，我们没有做任何的改造，只是跟家电厂商联合，利用云平台以及底层的物联网网关做监测分析和聚合调控，都是用大数据的方法。

适应调峰调频场景的协调控制策略，主要是包括电压、电流、频率型各种各样的控制技术，如果说我们的业务能够更深入的推广，各种各样的控制是不成问题的，而且我们会根据设备的具体的运行机理去做非常详细的调控。这个是我们在示范项目中针对铁合金的调控的相关策略，包括日前，日内相关的调控策略。

第三个面向多元电力市场的报量报价策略，虚拟电厂除了去做功率的调节，更主要的使命是要参与电能量市场，目前虚拟电厂参与现货市场的实践在山西、包括西北部分区域已经开始，虚拟电厂参与能量市场的机制往往是利用聚合的一些储能资源和分布式发电资源，以及利用柔性负荷资源少用电、不用电变相等同于虚拟发电来进行发电能力的聚合，最多我要聚合到小时级，聚合到分钟，以迎合我现货市场中日前和日内滚动报量报价的需求。

这些是具体的策略和基于预测出清电价的策略，自适应学习的策略。

第四个比较关键，无论是参与电能量市场还是辅助服务市场，还是参与狭义的需求响应市场，我们市场的组织者要对你这个虚拟电厂运营主体进行效果评价，虚拟电厂运营主体对所辖的二级聚合商或者是大用户进行进一步的效果的拆分评价都要用到相应的基线的计算以及整个集约电力效果的评估，2018年我们团队做了国家标准，同时我们也根据目前各个区域电网和省级电网试点应用的一个需求做的一些差异化的定义，现在不是单纯的考量趋势，甚至每个权重不一样，目前在宁夏政府出台的虚拟电厂政策中，已经引用了不同权重的基线计算方法。

这个是考虑电网安全的虚拟电厂入网测试技术，在目前我看网上的宣传，各个省级电网都在做这方面的工作，目前入网测试相对来说比较简单，只是看你整个的响应量，以及持续时间，未来还涉及到爬坡速度相关的测试，目前相关的测试软件我们也在研发。

再就是虚拟电厂的运行仿真技术，在整个现场的示范包括相关的政策机制出台之前，为了让领导，让这些行业协会包括科研院所能够很好地直观的了解虚拟电厂，能够把这个相关的策略方法进行验证，我们团队把不同类型的工业商业甚至是居民资源做了相关的数字仿真，形成了资源层的潜力评估和整个交互控制方面的仿真平台，对上层的业务组织过程也做了模拟仿真，搭建了一套软件，这个是仿真软件的构成。

可以对整个虚拟电厂运行的成本稳定性，聚合资源的响应速度，调控效果的预判做相关的仿真。

第三、运营模式。

虚拟电厂参与的交易品种尽管现在辅助服务和电能量市场有额，市场比较持续，但是目前只是分布在少数的省份，分布比较广泛的是需求响应市场，这个是基于省内每年会出台相关的政策，每年会明确补贴标准这么一个市场。

参与需求响应市场要注册，要按照日前邀约进行回复，根据回复的结果做响应时段的调控，最后去做效果的评估，补贴测算这是整个的过程，参与辅助服务市场，目前是列举了华北电网的示例，从2019年就试点虚拟电厂，以日前报量，报价的方式参与到次日新能源消纳的调峰中，主要是电蓄热锅炉等等配合新能源消纳。

虚拟电厂参与现货，目前我们是引用的山西的模式，公开的政策是山西，在西北电网也有一些这方面的工作，但是西北的工作更类似于华北电网，基本上是属于应对新能源消纳能力不足，山西是创新的采用由售电公司一方面为这些大客户代理购电，另外一方面把他的柔性虚拟发电能力做相应的交易。

第四、试点建设经验。

首先虚拟电厂建设总体方案，是云、管、边端的物理架构，这个是我们做的楼宇空调负荷的在线聚合，是拿的北京泰山饭店的事例，高载能工业负荷试点规范，大型商业楼宇试点示范，这个是做现场改造，针对冷水机组做现场改造的示范。这个是实验事例需求侧可调节潜力分析评估。虚拟电厂资源的模拟仿真，这个是基于典型日权重法做的基线，已经在宁夏采用。

第五、发展建议。

主要从顶层设计的角度，进一步明确虚拟电厂的市场地位。

1、持续完善虚拟电厂参与电力市场机制，提高机制的对用户的吸引性，要设计各种各样的交易品种。

2、尽快完善相关的标准化和检验认证体系，确保这个市场的有序发展，因为没有标准化就没有办法衡量某一个产品到底是不是虚拟电厂产品。因为大家都在喊我的软件是虚拟电厂软件，这个行业有点乱，必须通过标准和检验认证规范。

3、充分运用数字化转型，充分融合大数据和物联网技术，再就是人工智能的预测技术提高虚拟电厂的运营效率。