安科瑞 馬香霞

建設背景

貫徹落實《中共中央國務院關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和《國務院關于印發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系。

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

摘要：本文主要介紹基于新型電力系統下的源網荷儲聯動的解決方案，過先進信息通信技術和軟件系統，實現分布式電源、儲能系統、可控負荷、電動汽車、充電樁等分布式能源的聚合和協調優化，以作為一個特殊電廠參與電力市場和電網運行的電源協調管理系統。虛擬電廠并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系統參與電網運行調度，實現“源-荷-網”聚合優

關鍵詞：虛擬電廠、源網荷儲、碳達峰碳中和、光儲充

1虛擬電廠是什么: 分布式資源的聚合與優化

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系統，實現分布式電 源、儲能系統、可控負荷、電動汽車、充電樁 等分布式能源的聚合和協調優化，以作為一個特殊電廠參與電力市場和電網運行的電源協調 管理系統。虛擬電廠并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 系統參與電網運行調度，實現“源-荷網”聚 合優化。

虛擬電廠具有較強的靈活性調節能力。虛擬電廠并不實際發電，而是將分散的源、網、荷、 儲等元素進行集成調控，對外等效成為一個可控的電源，具有較強的靈 活性調節能力，可以作為發電電源可向電力系統供電，也可以作為負荷消納系統的電力， 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系統，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能源管理系統，因此智能化的軟件平臺、集控系統是虛擬電廠的核心。參與軟件平臺調度、控制的分布式能源、靈活性資源是虛擬電廠的資源基礎。靈活性資源 在能源管理系統的控制下，還需要進一步考慮需求響應、不確定性等要素，通過與云中心、 電力交易中心等進行信息通信，實現與大電網的能量互換，實現盈利。因此電力市場等市場機制是虛擬電廠實現盈利的市場基礎。

2為什么需要虛擬電廠

2.1風光快速增加帶來的填谷需求

光伏建設速度遠超風電，分布式光伏成為主力。2022年我國光伏裝機首次超過風電，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。由于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、河南等分布式裝機大省已出臺分布式配儲文件。

（圖片來自于華福證券虛擬電廠專題報告）

國內以山東為代表的部分省份同樣有明顯的填谷需求。山東裝機結構與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，山東省內用電負荷下降約15%，引發連續負電價現象。值得注意的是，4月29日-5月1日現貨價格曲線形狀類似鴨子曲線，期間10時-15時負電價出現尤為頻繁，而該時段為光伏發電高峰。結合此前山東將中午時段劃分為電價深谷時段，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，電網凈負荷出現了一個深谷，需要對負荷進行時間上的轉移（填谷）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復雜程度提升

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214.86萬臺，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生沖擊，相比于常規交流充電樁，快充直流樁由于功率更大、充電時間更短，產生沖擊更大。

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，會導致原有負荷峰值繼續提升，產生時間短、量級高的尖峰負荷；

（2）按尖峰負荷配置變壓器容量，導致其余時間資源閑置；

（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谷需求的增加，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需求側響應能力力爭達到至大負荷的3%-5%

需求側響應能力建設目標明確。十四五前，虛擬電廠停留在個別地區、項目試點階段，一是新能源裝機占比不高，電力系統對靈活性資源需求不強；二是缺乏量化目標。2022年，《“十四五”現代能源體系規劃》提出，力爭到2025年，電力需求側響應能力達到至大負荷的3%～5%，其中華東、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，成為新型電力系統建設的重要一環，政策力度有望持續加大。7月11日，深化改革委員會第二次會議召開，審議通過了《關于深化電力體制改革加快構建新型電力系統的指導意見》。會議強調，要健全適應新型電力系統的體制機制，推動加強電力技術創新、市場機制創新、商業模式創新。虛擬電廠作為促進新能源消納的重要環節和電力商業模式創新的重要形式，后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需求側響應

虛擬電廠的三個收益來源：需求側響應、輔助服務市場、電力現貨市場。當前我國虛擬電廠處于邀約型向市場型過渡階段。邀約型階段主要由zhengfubumen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，并獲得容量/電量補貼。我國多個省份出臺了需求響應細則，其中以江蘇、上海、廣東等省市開展得較好。需求側響應補貼單價高但頻率低，市場化程度低。需求響應以削峰為主，主要發生在迎峰度夏期間，主要目的在于保供。以廣東省為例，2022年全年開展9次日前邀約型市場化需求響應（均發生在7月和8月）；至大削峰負荷277萬千瓦，至大響應申報量609萬千瓦；有效響應調用收益1.63億元?？梢钥吹?，雖然補至至高達到5元/千瓦時（可中斷負荷），但需求響應并非常態化進行，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制建設逐漸完善，虛擬電廠也正從邀約型階段向市場型階段過渡。

3.2輔助服務市場

新型電力系統持續催生對輔助服務的需求。傳統電源（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系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1.47%；根據中國能源報，這一比例在近兩年上升至2.5%；根據國際經驗，輔助服務費用一般占社會總電費的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于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電力輔助服務市場，此后多地在電力輔助服務細則中對虛擬電廠/負荷聚合商參與輔助服務的條件、補償方式予以明確。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；未來隨著工商業儲能滲透率提升，虛擬電廠有望在調頻服務取得更大突破。從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，費用合計占比達到80%。

4 概述

AcrelEMS智慧能源管理平臺是針對企業微電網的能效管理平臺，對企業微電網分布式電源、市政電源、儲能系統、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，滿足企業微電網能效管理數字化、安全分析智能化、調整控制動態化、全景分析可視化的需求，完成不同策略下光儲充資源之間的靈活互動與經濟運行，為用戶降低能源成本，提高微電網運行效率。AcrelEMS智慧能源管理平臺可以接受虛擬電廠的調度指令和需求響應，是虛擬電廠平臺的企業級子系統。

5平臺結構

系統覆蓋企業微電網“源-網-荷-儲-充”各環節，通過智能網關采集測控裝置、光伏、儲能、充電樁、常規負荷數據，根據負荷變化和電網調度進行優化控制，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智慧能源管理平臺主界面

6平臺功能

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優化控制

直觀顯示能源生產及流向，包括市電、光伏、儲能充電及消耗過程，通過優化控制儲能和可控負載提升新能源消納，削峰填谷，平滑系統出力，并顯示優化前和優化后能源曲線對比等。

6.3智能預測

結合氣象數據，歷史數據對光伏、風力發電功率和負荷功率進行預測，并與實際功率進行對比分析，通過儲能系統和負荷控制實現優化調度，降低需量和用電成本。

6.4能耗分析

采集企業電、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，并折算標煤或碳排放等。

6.5有序充電

系統支持接入交直流充電樁，并根據企業負荷和變壓器容量，并和變壓器負荷率進行聯動控制，引導用戶有序充電，保障企業微電網運行安全。

6.6運維巡檢

系統支持任務管理、巡檢/缺陷/消警/搶修記錄以及通知工單管理，并通過北斗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臺外，還具備現場傳感器、智能網關等設備，組成了完整的“云-邊-端”能源數字化體系，具體包括高低壓配電綜合保護和監測產品、電能質量在線監測裝置、電能質量治理、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級的能源管理系統提供一站式服務能力

8總結

安科瑞系統解決方案還包含電力運維云平臺、能源綜合計費管理平臺、環保用電監管云平臺、充電樁運營管理云平臺、智慧消防云平臺、電力監控系統、微電網能量管理系統、智能照明控制系統、電能質量治理系統、電氣消防系統、隔離電源絕緣監測系統等系統解決方案，覆蓋企業微電網各個環節，打造準確感知、邊緣智能、智慧運行的企業微電網智慧能源管理系統。