虚拟电厂及管控管理平台建设总体方案

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虚拟电厂及管控管理平台建设总体方案 2 第一部分 业务分册 1 1.2 主要依据 （1）《关于印发<电力需求侧管理办法>的通知》,发改运行[2010]2643 号； （2）《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》中发[2015]9 号； （3）《电力需求侧管理办法（修订版）》，国家发展改革委等六部委，发改运行规〔2017〕 1690 号； （4）《国家能源局华东监管局关于印发<华东电力调峰辅助服务市场试点方案和<华东电力 调峰辅助服务市场运营规则（试行）>的通知》，华东监能市场[2018]102 号； （5）《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，发改能源[2016]392 号； （6）《关于深入推进供给侧结构性改革做好新形势下电力需求侧管理工作的通知》，发改 运行规[2017]1690 号； 1.3 必要性分析 当前，在能源紧缺、环境恶化的严峻形势下，全球能源正处在以油气为代表的传统化石能 源系统向以可再生能源为代表的现代能源系统转型的关键期。同时，由于分布式可再生能源、 可控负荷、储能设施以及电动汽车等的快速发展，电力用户也将由单一的消费者转变为混合型 的产销者。 但是，具有产销一体特性的电力用户具有地理位置分散、随机性波动性强的特点，且兼有 弱可观性和可控性，如何实现与电网的友好互动？在这个大背景下，“虚拟电厂”的概念应运 而生。 虚拟电厂，是聚合优化“源—网—荷”清洁低碳发展的新一代智能控制技术和互动商业模 式。这种技术模式无需对电网进行改造，就能充分利用分布式资源，实现电源侧的多能互补和 负荷侧的灵活互动，给电网提供电能和辅助服务，可为破解清洁能源消纳的世界性难题和低碳 能源转型提供前瞻性的技术解决方案 本项目旨在响应《国家能源局关于印发〈完善电力调峰辅助服务补偿（市场）机制工作方 案〉的通知》（国能发监管〔2017〕67 号）、《国家发展改革委关于深入推进供给侧结构性改 革做好新形势下电力需求侧管理工作的通知》（发改运行规〔2017〕1690 号）、《关于提升电 3 力系统调节能力的指导意见》（发改能源〔2018〕364 号）等指导意见及工作意见和国网规划 泛在电力物联网建设要求，提升电网安全经济运行水平、促进清洁能源消纳、提供智慧能源综 合服务、帮助构建能源生态体系。 （1）积极响应能源互联网建设要求 在促进清洁能源消纳方面，国网能源互联网规划建设提出将用市场办法引导用户参与调峰 调频，重点通过虚拟电厂和多能互补提高分布式新能源的友好并网水平和电网可调控容量占比， 基于电力市场实现集中式新能源省间交易和分布式新能源省内交易，缓解弃风弃光，促进清洁 能源消纳。 （2）助力新型电力系统建设的需要 虚拟电厂是聚合优化“源网荷储”清洁发展的新一代智能控制技术和互动商业模式，实现 电源侧的多能互补、负荷侧的灵活互动，对电网提供调峰、调频、备用等辅助服务，为破解清 洁能源消纳的世界性难题和低碳能源转型提供前瞻解决方案，助力清洁能源占主导地位新型电 力系统建设。 （4）提高能源利用率 近年来，以油气为代表的传统化石能源系统正在向以可再生能源为代表的现代能源系统转 型，这个过程中产生了一些新问题。在此背景下，“虚拟电厂”的概念应运而生。什么是虚拟 电厂、能发挥哪些作用？它目前处于什么发展阶段，前景如何？ 当前，在能源紧缺、环境恶化的严峻形势下，全球能源正处在以油气为代表的传统化石能 源系统向以可再生能源为代表的现代能源系统转型的关键期。同时，由于分布式可再生能源、 可控负荷、储能设施以及电动汽车等的快速发展，电力用户也将由单一的消费者转变为混合型 的产销者。 但是，具有产销一体特性的电力用户具有地理位置分散、随机性波动性强的特点，且兼有 弱可观性和可控性，如何实现与电网的友好互动？在这个大背景下，“虚拟电厂”的概念应运 而生。 虚拟电厂，是聚合优化“源—网—荷”清洁低碳发展的新一代智能控制技术和互动商业模 式。这种技术模式无需对电网进行改造，就能充分利用分布式资源，实现电源侧的多能互补和 负荷侧的灵活互动，给电网提供电能和辅助服务，可为破解清洁能源消纳的世界性难题和低碳 能源转型提供前瞻性的技术解决方案。 虚拟电厂相当于一个区域性的源网荷集中管理模式 4 虚拟电厂可看作是在传统电网物理架构上，利用先进的调控技术、计量技术、通信技术把 分布式发电、分布式储能设施、可控负荷等不同类型分布式资源进行整合协同开展优化运行控 制和市场交易的载体，实现电源侧的多能互补和负荷侧的灵活互动，对电网提供电能或调峰、 调频、备用等辅助服务。其核心在于“聚合”和“通信”。 “虚拟电厂”这一术语最早出现于 1997 年。它不是传统意义上的实体发电厂，而是相当于 一个区域性的源网荷集中管理模式。 项目不同、应用场景不同，因此对虚拟电厂的研究侧重点也不一样：欧洲各国主要考虑实 现分布式发电的可靠并网、智能互动和参与电力市场，打造持续稳定发展的商业模式；北美地 区的虚拟电厂主要基于需求响应发展而来，兼顾可再生能源的利用，希望通过自动需求响应和 能效管理来提高综合能源的利用效率，因此可控负荷占据主要成分。 虚拟电厂可在破解清洁能源消纳、绿色能源转型方面发挥重要作用 虚拟电厂的特点符合新一代电力系统“智能互动和开放共享”的发展需求和方向，因此在 破解清洁能源消纳难题、绿色能源转型方面可以发挥重要作用。 首先，可缓解分布式发电的负面效应，提高电网运行稳定性。虚拟电厂对大电网来说是一 个可视化的自组织，既可通过组合多种分布式资源进行发电，实现电力生产；又可通过调节可 控负荷，采用分时电价、可中断电价及用户时段储能等措施，实现节能储备。虚拟电厂的协调 控制优化大大减小了以往分布式资源并网对大电网造成的冲击，降低了分布式资源增长带来的 调度难度，使配电管理更趋于合理有序，提高了系统运行的稳定性。 其次，可高效利用和促进分布式能源发电。近年来，我国分布式光伏、分散式风电等分布 式能源增长很快，其大规模、高比例接入给电力系统的平衡和电网安全运行带来一系列挑战。 如果这些分布式发电以虚拟电厂的形式参与大电网的运行，通过内部的组合优化，可消除其波 动对电网的影响，实现高效利用。同时，虚拟电厂可以使分布式能源从电力市场中获取最大的 经济效益，缩短成本回收周期，吸引和扩大此类投资，促进分布式能源的发展。 再次，可以以市场手段促进发电资源的优化配置。虚拟电厂最具吸引力的功能就在于能够 聚合多种类型的分布式资源参与电力市场运行。虚拟电厂充当分布式资源与电力调度机构、与 电力市场之间的中介，代表分布式资源所有者执行市场出清结果，实现能源交易。从其他市场 参与者的角度来看，虚拟电厂表现为传统的可调度发电厂。由于拥有多样化的发电资源，虚拟 电厂既可以参与主能量市场，也可以参与辅助服务市场，参与多种电力市场的运营模式及其调 度框架，对发电资源的广泛优化配置起到积极的促进作用。 虚拟电厂具有协调控制、交易运营、智能计量、信息通信等关键技术，应用前景十分广阔 早期所谓“虚拟电厂”实际上应称为“能效电厂”。它主要通过在用电需求方安装一些提 高用电效能的设备，来产生与建设实际电厂一样的效果，因为需求的减少等于电网对于其他部 分供应的增加。 总的来说，虚拟电厂的关键技术包括协调控制技术、交易运营技术、智能计量技术、信息 通信技术。 5 近几年来，我国对虚拟电厂的关注度不断上升。针对清洁能源消纳的大规模虚拟电厂“源 网荷智能电网”系统在江苏投运；上海黄埔区商业建筑虚拟电厂也正在建设中。尤其值得一提 的是，随着 2018 年 3 月国家电网有限公司主导发起的虚拟电厂《架构与功能要求》和《用例》 这两项首批国际电工委员会标准的获批立项，虚拟电厂正在得到越来越多的关注。 目前，虚拟电厂尚处于起步阶段，但因其符合中国电力发展的需求与方向，在政府、企业、用 户等各方的共同努力下，将拥有越来越广阔的应用前景 1.4 效益分析 首先，可缓解分布式发电的负面效应，提高电网运行稳定性。虚拟电厂对大电网来说是一 个可视化的自组织，既可通过组合多种分布式资源进行发电，实现电力生产；又可通过调节可 控负荷，采用分时电价、可中断电价及用户时段储能等措施，实现节能储备。虚拟电厂的协调 控制优化大大减小了以往分布式资源并网对大电网造成的冲击，降低了分布式资源增长带来的 调度难度，使配电管理更趋于合理有序，提高了系统运行的稳定性。 其次，可高效利用和促进分布式能源发电。近年来，我国分布式光伏、分散式风电等分布 式能源增长很快，其大规模、高比例接入给电力系统的平衡和电网安全运行带来一系列挑战。 如果这些分布式发电以虚拟电厂的形式参与大电网的运行，通过内部的组合优化，可消除其波 动对电网的影响，实现高效利用。同时，虚拟电厂可以使分布式能源从电力市场中获取最大的 经济效益，缩短成本回收周期，吸引和扩大此类投资，促进分布式能源的发展。 再次，可以以市场手段促进发电资源的优化配置。虚拟电厂最具吸引力的功能就在于能够 聚合多种类型的分布式资源参与电力市场运行。虚拟电厂充当分布式资源与电力调度机构、与 电力市场之间的中介，代表分布式资源所有者执行市场出清结果，实现能源交易。从其他市场 参与者的角度来看，虚拟电厂表现为传统的可调度发电厂。由于拥有多样化的发电资源，虚拟 电厂既可以参与主能量市场，也可以参与辅助服务市场，参与多种电力市场的运营模式及其调 度框架，对发电资源的广泛优化配置起到积极的促进作用。 虚拟电厂具有协调控制、交易运营、智能计量、信息通信等关键技术，应用前景十分广阔 早期所谓“虚拟电厂”实际上应称为“能效电厂”。它主要通过在用电需求方安装一些提 高用电效能的设备，来产生与建设实际电厂一样的效果，因为需求的减少等于电网对于其他部 分供应的增加。 总的来说，虚拟电厂的关键技术包括协调控制技术、交易运营技术、智能计量技术、信息 通信技术。 2 建设现状 6 2.1 7 自动需求响应终端采集的信息上送给自动需求响应主站云平台。在供需互动服务及共享中 心建立面向客户侧的需求响应管理系统，并引入专家预测系统，可以为电力客户提供量身定制 的自动需求响应解决方案。 （1）实现实时电气量、录波数据、保护事件、异常事件数据采集与存储；保护事件定值设 置；异常事件类型有效性设定；继电开关遥控；程序版本升级功能。 （2）实现与客户侧可调负荷的应用交互，包括负荷预测、可调负荷潜力预测、可调负荷需 求响应及效果评估等控制功能。 （3）实现数据可视化，包括用能监测：展示电能量、交流测量值、谐波等实时基础数据； 统计分析：展示年月周日不同的时间维度下电压、电流、负荷、电能量的统计数据，分析数据 8 极值和异常值。 3 项目需求概述 3.2.2 业务功能 3.2.2.1 首页 3.2.2.1.1 地图展示 业务功能名称 地图展示 参与者 系统管理员、业务管理员、用电企业方、代理企业方 业务规则 监控系统所有接入企业的负荷曲线，包括监控负荷曲线和基线参考负荷 曲线，光伏发电曲线、储能运行曲线。 输入业务对象及 属性 企业数量、设备数量、企业设备负载情况、企业信息 业务逻辑 展示企业数量、设备数量、企业设备负载情况、企业信息 输出业务对象及 属性 展示企业数量、设备数量、企业设备负载情况、企业信息 功能需求描述 展示企业数量、设备数量、企业设备负载情况、企业信息 界面要求 根据省公司统一框架界面要求布局，数据过滤条件要求有名称、企业 等，支持模糊查询 非功能性需求 安全性、易用性、可靠性、高性能、可扩展性、可维护性 状态 新增 3.3.3.1.2 气象信息 业务功能名称 气象信息 参与者 系统管理员、业务管理员、用电企业方、代理企业方 9 业务规则 监控系统所有接入企业的负荷曲线，包括监控负荷曲线和基线参考负荷 曲线。 输入业务对象及 属性 企业用户登录信息 业务逻辑 准确跟踪不同设备，不同取悦下的温度、气象信息 输出业务对象及 属性 温度、湿度、天气情况 功能需求描述 实时展示设备运行的外界情况 界面要求 根据省公司统一框架界面要求布局，数据过滤条件要求有名称、企业 等，支持模糊查询及业主查询 非功能性需求 安全性、易用性、可靠性、高性能、可扩展性、可维护性 状态 查询 3.2.2.1.3 负荷晴雨表 业务功能名称 负荷晴雨表 参与者 系统管理员、业务管理员、用电企业方、代理企业方 业务规则 不同维度统计企业负荷使用统计情况 输入业务对象及 属性 企业信息，统计维度 业务逻辑 可统计出企业以时间：年月日负荷统计、可通过区域负荷统计、可通过 设备负荷统计最高负荷量 输出业务对象及 属性 负荷统计数据 10 功能需求描述 负荷统计量多维度展示 界面要求 根据省公司统一框架界面要求布局，数据过滤条件要求有名称、企业 等，支持模糊查询 非功能性需求 安全性、易用性、可靠性、高性能、可扩展性、可维护性 状态 查询 3.2.2.1.4 负荷曲线 业务功能名称 负荷曲线 参与者 系统管理员、业务管理员、用电企业方、代理企业方 业务规则 展现不同时段内企业的负荷曲线 输入业务对象及 属性 企业负荷数据 业务逻辑 展示昨日、今日的负荷曲线、同时展示负荷上调和下调的项目时间跨度 在图表中进行体现 输出业务对象及 属性 展示昨日、今日的负荷曲线、同时展示负荷上调和下调的项目时间跨度 在图表中进行体现 功能需求描述 负荷曲线时段内查看实时量 界面要求 根据省公司统一框架界面要求布局，数据过滤条件要求有名称、企业 等，支持模糊查询 非功能性需求 安全性、易用性、可靠性、高性能、可扩展性、可维护性 状态 查询 3.2.2.1.4 用能统计 业务功能名称 用能统计 11 参与者 系统管理员、业务管理员、用电企业方、代理企业方 业务规则 监控系统不同维度下累计用电量 输入业务对象及 属性 企业设备用能负荷、企业行业信息 业务逻辑 监控系统不同维度下累计用电量 输出业务对象及 属性 监控系统不同维度下累计用电量 功能需求描述 监控系统不同维度下累计用电量 界面要求 根据省公司统一框架界面要求布局，数据过滤条件要求有名称、企业 等，支持模糊查询 非功能性需求 安全性、易用性、可靠性、高性能、可扩展性、可维护性 状态 查询 3.2.2.1.5 峰谷电量 业务功能名称 峰谷电量 参与者 系统管理员、业务管理员、用电企业方、代理企业方 业务规则 折线图动态本月不同日期下的电量峰谷值。 输入业务对象及 属性 企业信息 业务逻辑 折线图动态本月不同日期下的电量峰谷值。 输出业务对象及 属性 折线图动态本月不同日期下的电量峰谷值。 功能需求描述 12 界面要求 根据省公司统一框架界面要求布局，数据过滤条件要求有名称、企业 等，支持模糊查询 非功能性需求 安全性、易用性、可靠性、高性能、可扩展性、可维护性 状态 查询 3.2.2.1.6 电网互动统计 业务功能名称 电网互动统计 参与者 系统管理员、业务管理员、用电企业方、代理企业方 业务规则 电网互动展示结果互动信息 输入业务对象及 属性 企业信息 业务逻辑 电网互动交易过程，以及系统调控情况闭环展示可记录可跟踪 输出业务对象及 属性 电网互动记录 功能需求描述 电网互动交易过程，以及系统调控情况闭环展示可记录可跟踪 界面要求 根据省公司统一框架界面要求布局，数据过滤条件要求有名称、企业 等，支持模糊查询 非功能性需求 安全性、易用性、可靠性、高性能、可扩展性、可维护性 状态 查询 3.2.2.1.7 电网响应统计 业务功能名称 电网相应统计 参与者 系统管理员、业务管理员、用电企业方、代理企业方 13 业务规则 统计电网调控跟踪记录，及调控完成情况跟踪分析出相应度百分比 输入业务对象及 属性 企业信息 业务逻辑 电网相应统计 输出业务对象及 属性 统计电网调控跟踪记录，及调控完成情况跟踪分析出相应度百分比 功能需求描述 相应实时刷新 界面要求 根据省公司统一框架界面要求布局，数据过滤条件要求有名称、企业 等，支持模糊查询 非功能性需求 安全性、易用性、可靠性、高性能、可扩展性、可维护性 状态 查询 3.2.2.1.8 用电排名 业务功能名称 用电排名 参与者 系统管理员、业务管理员、用电企业方、代理企业方 业务规则 用电排名统计 输入业务对象及 属性 企业信息 业务逻辑 展示企业不同设备，不同区域的用电排名情况 输出业务对象及 属性 企业新鲜感 功能需求描述 相应实时刷新 界面要求 根据省公司统一框架界面要求布局，数据过滤条件要求有名称、企业 等，支持模糊查询 14 非功能性需求 安全性、易用性、可靠性、高性能、可扩展性、可维护性 状态 查询 3.2.2.2 柔性调控管理 3.2.2.2.1 设备可调负荷物理模型 业务功能名称 设备可调负荷模型 参与者 系统管理员、业务管理员 业务规则 针对设备型号制定设备模型生成设备可调负荷 输入业务对象及 属性 设备信息、可调因子 业务逻辑 根据设备使用情况、负载、温度、电压、电流、型号参数线性生成不同 时间段内可调功率负荷 输出业务对象及 属性 不同设备不同时间下的可调负荷 功能需求描述 动态显示设备可调负荷 界面要求 根据省公司统一框架界面要求布局，数据过滤条件要求有名称、企业 等，支持模糊查询 非功能性需求 安全性、易用性、可靠性、高性能、可扩展性、可维护性 状态 新增 3.2.2.2.2 设备调配策略 业务功能名称 设备调配策略 参与者 系统管理员、业务管理员 15 业务规则 企业管理者可针对设备指定调配级别，级别越高，根据可调配负荷优先 调配 输入业务对象及 属性 设备名称、设备级别、调配量、可调配量 业务逻辑 根据设备级别和待调配量，可调配量、动态指定出在不影响设备正常使 用的情况下最优调配策略 输出业务对象及 属性 调配策略 功能需求描述 定义设备级别、根据设备级别和待调配量，可调配量、动态指定出在不 影响设备正常使用的情况下最优调配策略 界面要求 根据省公司统一框架界面要求布局，数据过滤条件要求有名称、企业 等，支持模糊查询 非功能性需求 安全性、易用性、可靠性、高性能、可扩展性、可维护性 状态 新增 3.2.2.2.3 柔性调控仿真 业务功能名称 柔性调控仿真 参与者 系统管理员、业务管理员 业务规则 根据调配策略生成调控仿真，用户根据结果执行仿真 输入业务对象及 属性 设备信息，调配信息 业务逻辑 根据调控策略生成仿真 输出业务对象及 不同设备不同时间下的可调负荷 16 属性 功能需求描述 动态仿真柔性调控下的设备可调负荷 界面要求 根据省公司统一框架界面要求布局，数据过滤条件要求有名称、企业 等，支持模糊查询 非功能性需求 安全性、易用性、可靠性、高性能、可扩展性、可维护性 状态 新增 3.2.2.3 故障管理 3.2.2.3.1 故障分类 业务功能名称 故障分类展示 参与者 系统管理员、业务管理员 业务规则 故障数据展示 输入业务对象及 属性 实时展示平台内的报警数据 业务逻辑 通过报警规则展示企业