新型電力系統(tǒng)以新能源為主體，以創(chuàng)新為驅(qū)動力，以數(shù)字化和智能化為手段，圍繞源、網(wǎng)、荷、儲、四側(cè)共同發(fā)力的電力系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)依賴電源側(cè)和網(wǎng)側(cè)，更加注重負(fù)荷側(cè)和儲能側(cè)，要求更多的參與電力市場交易，路徑就是虛擬電廠。

01

發(fā)展與趨勢

—

在新型電力系統(tǒng)中，要求新能源成為電量主體、出力主體和責(zé)任主體。

之所以電網(wǎng)對新能源有這么多的要求，主要是新能源特性與傳統(tǒng)電廠特性完全不同，傳統(tǒng)電廠具備可控、計(jì)劃和連續(xù)性，隨時(shí)去調(diào)節(jié)負(fù)荷需求，可以保障電網(wǎng)關(guān)鍵參數(shù)穩(wěn)定。但是光伏為代表的新能源具有波動性和間歇性，調(diào)節(jié)能力很低。隨著新型電力系統(tǒng)的建立，煤電裝機(jī)量逐漸減小，調(diào)節(jié)缺口越來越大，電網(wǎng)對新能源參與的要求也越來越高，所以傳統(tǒng)光伏必須進(jìn)行升級，以滿足電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性。

既然新能源要構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，那就要承接傳統(tǒng)電廠的責(zé)任要求：

浙江、江蘇一些區(qū)域要求分布式光伏配置一定容量的儲能；山東、河南要求分布式光伏也要參與分?jǐn)偲羁己速M(fèi)用（機(jī)組啟動費(fèi)用、特殊機(jī)組補(bǔ)償費(fèi)用、調(diào)頻服務(wù)費(fèi)用和優(yōu)發(fā)優(yōu)購曲線匹配偏差費(fèi)用）；山東、河北要求將在原有的光伏出力功率最高的中午時(shí)段電價(jià)調(diào)整為谷時(shí)段電價(jià)；包括參與到調(diào)頻中，比如春節(jié)用電量減少就要求限發(fā)。

傳統(tǒng)光伏必須升級，首先從軟件能力方面的升級，傳統(tǒng)電廠具備完善的監(jiān)控系統(tǒng)、高水平的電力數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)、以及發(fā)電機(jī)本身的可控制性特性，在數(shù)字化能力的加持下，具備了調(diào)峰、調(diào)頻、爬坡和黑啟動等。但是分布式光伏基本不具備這樣的能力，信息不全，數(shù)據(jù)質(zhì)量低，缺乏監(jiān)控能力，基本無法響應(yīng)調(diào)度（限出力功率）。

硬件層面，我們要走的第一步就是將光伏電站數(shù)字化，具備了基本的可觀測和可調(diào)控性后，再走向數(shù)字化光伏系統(tǒng)，具有可預(yù)測性、計(jì)劃和調(diào)度，這就需要負(fù)荷側(cè)的源網(wǎng)荷儲一體化，系統(tǒng)里面包含，儲能、充電站、負(fù)荷，能量流和信息流的互聯(lián)互通，響應(yīng)電網(wǎng)的調(diào)度和經(jīng)濟(jì)型交易，再參與到虛擬電廠交易中。

投資建設(shè)數(shù)字化的光伏系統(tǒng)，構(gòu)建虛擬電廠的經(jīng)濟(jì)型效果就是參與到市場化的電力交易中，現(xiàn)在分布式光伏交易就是自發(fā)自用和余電上網(wǎng)或者全額上網(wǎng)，上網(wǎng)部分是統(tǒng)一收購價(jià)格，電力主體沒有對與電能產(chǎn)品的分配選擇權(quán)力。但是在市場電力交易中可以通過中長期、現(xiàn)貨、綠電、輔助服務(wù)市場等方式獲得更多經(jīng)濟(jì)收益。

舉個(gè)虛擬電廠參與到電力交易中的例子：特斯拉利用戶儲系統(tǒng)powerwall，與售電公司PG＆E共同投資了虛擬電廠，目的就是在加州電網(wǎng)緊急情況下的負(fù)荷恢復(fù)項(xiàng)目，以在電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)情況下提供電的電價(jià)是2美元/度，正常加州電價(jià)2美分。南澳的虛擬電廠廠家AEMO，在2019年電網(wǎng)頻率發(fā)生異常時(shí)，在頻率控制服務(wù)市場參與調(diào)節(jié)服務(wù)，這次調(diào)頻服務(wù)時(shí)間45分鐘，收入13萬澳元，2020年遭到風(fēng)暴襲擊，導(dǎo)致電網(wǎng)宕機(jī)，用電緊張，虛擬電廠廠家進(jìn)行兩周的緊急響應(yīng)，獲得103萬澳元的收入。所以可以看出虛擬電廠通過與電網(wǎng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)和交易是完全可以實(shí)現(xiàn)收益的。

整個(gè)路徑和關(guān)鍵階段就是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，系統(tǒng)化到智能化，參與到電力市場化交易中，獲得切實(shí)的經(jīng)濟(jì)收益。

02

目標(biāo)與挑戰(zhàn)

—

從數(shù)字化到市場化，最終搭建完成虛擬電廠，每個(gè)階段目標(biāo)不同，面對的挑戰(zhàn)也不同。

虛擬電廠需要從軟件和硬件方面，設(shè)備層面要建立分布式光伏、儲能、充電樁、負(fù)荷可調(diào)的元素，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的要素互補(bǔ)和平衡，再通過數(shù)字化、系統(tǒng)化、智能化和市場化的聚合成一個(gè)虛擬電廠，最終虛擬電廠實(shí)現(xiàn)目的是系統(tǒng)內(nèi)部優(yōu)化運(yùn)行、第二響應(yīng)調(diào)度、第三參與電力交易，第四提供輔助服務(wù)。

數(shù)字化方面的目標(biāo)和挑戰(zhàn)：

虛擬電廠數(shù)字化路徑，設(shè)備層面的狀態(tài)感知和靈活聚合，電源、負(fù)荷和儲能的電能預(yù)測和調(diào)度容量預(yù)估，再深層次的提供市場化交易決策信息支撐（決策錯(cuò)了要罰錢的），最后就是結(jié)算和效益評估。這些功能只有通過數(shù)字化技術(shù)的支撐，才能解決，因?yàn)檫@些里面的信息量、技術(shù)能力要求非常高。

系統(tǒng)化方面的目標(biāo)和挑戰(zhàn)：

由于虛擬電廠系統(tǒng)的內(nèi)部多個(gè)節(jié)點(diǎn)，而且物理意義上沒有直接連接與控制，運(yùn)行特征不一樣，所以就要求系統(tǒng)內(nèi)部具有高精度調(diào)節(jié)能力，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部互補(bǔ)互濟(jì)，這樣對外就具備足夠的彈性響應(yīng)能力，擁有足夠的容量和功率空間進(jìn)行響應(yīng)外部調(diào)節(jié)需求，從而實(shí)現(xiàn)收益。

智能化方面的目標(biāo)與挑戰(zhàn)：

內(nèi)部元素特性差異，電廠市場不同時(shí)間尺度的交易模式，需要在多層次的控制策略下，對多類型的項(xiàng)目進(jìn)行建模和優(yōu)化聚合、預(yù)測與調(diào)節(jié)計(jì)算等，最終可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)跟隨、功率預(yù)測等。

市場化方面也面臨很多挑戰(zhàn)：

03

研究與實(shí)踐

—

固德威智慧能源正在做的兩個(gè)平臺，微電網(wǎng)管理平臺和虛擬電廠運(yùn)行平臺。

下圖是廣德工廠搭建的微電網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化和系統(tǒng)化：使用的wepower平臺，完成數(shù)字化的監(jiān)控和內(nèi)部調(diào)度，從數(shù)字化的分布式光伏項(xiàng)目走向光伏系統(tǒng)化。

分布式能源體量小，分散，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化難度高，電網(wǎng)不參與直接調(diào)度，因此需要專業(yè)的聚合服務(wù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析技術(shù)將分布式光伏，儲能和負(fù)荷進(jìn)行聚合。westar就是架在分布式能源和電網(wǎng)中間的橋梁，提供專業(yè)的的聚合能力，從而達(dá)到能量流和信息流的實(shí)時(shí)互通。