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1、虚拟电厂标杆项目整体建设方案1.项目背景电力市场是电力工业重组和市场化运营的必然产物，现货交易是我国电力市场中采用的一种重要的交易方式。从当前国内电力现货市场的电能商品模型中可以看出，传统的基于实时电价理论的电力现货（批发）市场设计忽略了电能生产和消费的时间连续性这个十分重要的特征，并假设同一时段的电能商品都是同质的，因此无法分辨不同品质的电能商品并进行合理定价。在这种定价方式下，由于光伏、风电近零边际成本的特点，将传统火力发电在以边际成本为准的竞价交易中挤出，使得市场出清价格降低，甚至出现负值，因此火力发电难以生存。而同时，光伏和风电的随机性、波动性，给电力系统的运行和控制带来重大挑战，对灵
2、活性的需求急剧增加。电力现货交易与用户侧负荷之间也存在着矛盾。近乎刚性需求的电力消费，在电力市场中致使负荷侧的需求的变化在价格上的波动较大。一天当中，用电高峰负荷处一般市场价格会达到最高，即价格上限，而低谷负荷处则是零价格。一年中冬季和夏季，大量用户侧微负荷如取暖设备和空调的应用，用电量大，而春秋电力消耗少，电力市场通过经济的调控，必将使得用电高峰，夏天、冬天的电价贵，而事实上电力价格基本上不变，就会导致电力市场现货交易使用较少。若电力市场现货交易，电力价格一天一变，则电力市场现货交易必然激增。自2013年国家开展电力需求侧管理城市综合试点建设以来，北京、上海、苏州、唐山、佛山等城市分别建立了
3、可服务城市运行保障工作的需求响应资源库。经过多年试点培育，我国需求响应试点工作形成了政府主导、电网企业支持、新型电能服务机构和电力用户参与的需求响应工作体系。江苏开展了大规模非生产性空调参与电网有序削峰的示范工程，首次提出针对大规模非生产性空调负荷调控实现有序削峰的需求侧管理模式；应用非生产性空调负荷调控中大量“柔性”的控制手段，实现了负荷管理从“刚性”到“柔性”的转变。江苏省2000多户公共楼宇空调负荷实现了刚柔性控制，可控容量超过100万千瓦；2016年通过尖峰电价/可中断负荷补贴，工商业用户自主响应负荷352万千瓦。2018年江苏电网已建成260万千瓦源网荷毫秒级精准切负荷系统，作为特高
4、压交直流电网系统保护试点工程的重要组成部分，该系统实现了对大工业用户可中断负荷、燃煤电厂可中断辅机、翻水站抽水泵以及大型储能电站负荷的毫秒级精准控制。上海市也在积极开展虚拟电厂试点项目，国网上海电力公司在六个特定区域试点局部精准削峰响应，有效减低区域负载，实现“需求弹性，供需协同”。这些前期工作是对解决系统性电力供应不足和时段性电力供需不平衡等问题的积极探索，同时，也为这些试点以虚拟电厂的方式参与电力市场交易运行奠定了良好的基础。虚拟发电厂是多个分布式电源、负荷以及储能装置的集合，可作为一个特殊的发电厂运行，是一种新兴的解决分布式电源并网问题的技术；可以像传统发电厂一样对其进行控制管理，向电网
5、提交发电计划，参与电力市场以及调峰、调频等辅助服务；同时，作为一个综合的能源管理系统，拥有自我协调、自我管理、自我控制以及自我恢复等多重功能，为可再生能源并网运行提供了实时可行的解决方案。虚拟发电厂不改变分布式电源的并网方式，通过先进的控制、通信、计量技术在更高层面的软件架构上实现多分布电源的协调优化运行。虚拟发电厂对外呈现整体功能与效果，无需改造电网而能稳定输电，并提供快速响应辅助服务,是分布式电源并入电网的一种安全有效的方法。虚拟电厂技术是需求响应技术的进一步发展，而需求响应资源及技术是虚拟电厂资源及关键技术中的重要部分。随着智能电网技术的发展，需求侧管理由传统的行政手段引导中断负荷变得更
6、加丰富，在通信技术的支撑下，负荷侧弹性得以发挥其参与市场调节的作用，国内外需求响应项目的实施也取得很好的效果，但是，由于负荷资源参与调节需要满足一定的容量门槛以及性能要求，很多具有弹性的中小用户受到限制，无法参与到需求响应中。为了给具备储能性的中小负荷提供参与市场的机会，创造出了负荷集成的概念，负荷集成将整合需求侧中小负荷资源，通过专业技术手段充分发掘负荷资源的响应价值，与供电侧资源共同参与到市场中。随着分布式电源和集成负荷的迅速发展，电力系统必将受到巨大影响。分布式电源在电力能源中所占比重日益增多不可忽视，在发展规划中必须对其影响与发展做出预测、引导和合理设计，然而由于分布式电源本身不确定性
7、较大，规划设计也难以准确合理，同时分布式电源的种类、原理各异，不同种类分布式电源差异性很大，而且分布式电源往往还受到气候等自然环境影响，风力、光伏发电等间歇性分布式电源的发电能源分别为风能和太阳能，自然条件的变化对其发电影响较大，导致其输出功率带有很强的波动性，接入电网后对电网频率及电压的稳定都会产生一定的冲击。因此分布式电源大比例接入电网，可再生能源扩展使用所面临的一个重要难题是如何运行管理大批地域分散、所属权各异的分布式电源。单个分布式电源发电机组接入电力系统时控制难度较大、投资成本较高。随着分布式电源渗透率的逐步扩大，其对电网运行的稳定性与安全性、电能质量以及配电网管理等方面均构成了多方
8、面威胁同样地，集成负荷不确定性大，种类、容量各不相同，在参与市场的时候也有同样的问题。虚拟电厂与需求响应技术关键的区别在于：需求响应往往是基于聚合及管理负荷资源，实现负荷削减、保证电网安全等目的；而虚拟电厂是将分布式发电资源和负荷资源进行聚合及协同优化运行管理，实现负荷削减、分布式发电资源运行管理、参与市场并提高总体利润或降低市场风险、提供辅助服务及保证用户用电质量等目的。电力市场背景下，为提升我国能源行业核心竞争力，推进能源领域结构性改革，基于能源互联网的大思维模式和虚拟电厂建设的时代潮流，本项目主要研究全时间尺度虚拟电厂智能管控关键技术。针对电力系统对分布式能源合理优化配置的实际需求，依托
9、源网荷储友好互动系统的主站层聚合层-资源层的框架，从就地频率自治控制、直接负荷控制、负荷柔性调控（需求响应）和重点设备能效采集等方面，研制针对资源层接入的虚拟电厂控制器样机，开发虚拟电厂运行管理平台，满足全时间尺度的智能管控要求，带动虚拟电厂关联产业的进一步发展。2 .项目内容与规模2.1 .虚拟调控本项目主要针对全时间尺度虚拟电厂智能管控关键技术，从就地频率自治控制、直接负荷控制、负荷柔性调控（需求响应）和重点设备能效采集等方面，研制针对资源层接入的虚拟电厂控制器样机，开发虚拟电厂运行管理平台，满足全时间尺度的智能管控要求，带动虚拟电厂关联产业的进一步发展。1、就地频率自治控制一种用户负荷自
10、适应感知电网态势变化，实现应急状态下主动切的调控方式。主要针对特高压电网紧急故障出现情况，如突发多条直流同时闭锁，大功率缺额情况急速出现，故障明显。虚拟电厂控制器采用先进的测频方法，精度较高地测频，启动低频减负荷控制功能，根据就地实时测量的频率，按预定定值进行减载控制，以协助电网频率恢复。2、直接负荷控制主动自治型模式，虚拟电厂控制器会内置直接负荷控制预案，通过感知电网频率电压变化，自主切除预先制定的负荷。并借助区块链技术实现直控负荷控制后评估。3、柔性调控执行管理接受主站的调控指令模式。一般故障多数情况下功率缺额较小，可根据全网调度资源进行多种手段的综合调配，虚拟电厂控制器可接收来自上层主站
11、在事故处置各阶段的不同运行指令，有序调控用户可调控负荷，以协助电网调度运行。此种模式下虚拟电厂控制器具备负荷监测、负荷预测、控制交互等功能，实现远程负荷柔性调控。4、虚拟电厂控制器集高速采样、信号处理、遥控、遥信以及数据采集于一体，且控制系统和数据采集系统物理隔离，在保障数据安全的基础上灵活选择负荷切除，提升电网切负荷的多样性、快速性和准确性。5、根据复杂多变的现场环境，研制出适用于不同工程场景的壁挂式模组化虚拟电厂控制器，为全时间虚拟电厂智能管控的实际工程应用提供了装备支撑。虚拟电厂是将分布式发电资源和负荷资源进行聚合及协同优化运行管理，实现负荷削减、分布式发电资源运行管理、参与市场交易并提
12、高总体利润或降低市场风险、提供辅助服务及保证用户用电质量等目的，示范项目正是在电力体制深化改革及电力市场建设背景下，研究全时间尺度虚拟电厂控制关键技术。22项目目标（1）研究当前电力交易的特点，探索负荷参与虚拟电厂的完整的模式现货交易作为现代电力市场中重要的交易方式，是电力市场体系的关键环节。随着可再生能源的大规模接入，对于电力系统的灵活性要求越来越高，多种可再生能源及大量微负荷,其具有波动性、随机性和不可预测性的特点，这些电源及负荷相对难于控制。而虚拟电厂技术可实现对分散分布的大量新能源项目有效地并网运行和售电交易，利用分布式电源快速灵活调节特性和出力互补功能，提高电力系统的灵活性、经济性和
13、安全性。使负荷更好地参与到现货市场交易成为可能，同时为其奠定了理论和实践基础。（2）通过构建基于虚拟电厂的负荷调控体系，开展典型负荷虚拟电厂的先行先试通过构建基于虚拟电厂的负荷调控体系，可以缓解电网供需平衡，实现负荷平稳运行。通过主动调整用户负荷来改善负荷曲线，能有效地实现削峰填谷，平抑电网功率波动。通过对电网存在大量柔性负荷实施直接或间接的控制，使该部分负荷参与系统频率和功率调节，从而抑制微负荷的波动性，保证新能源安全并网并增加新能源的环保效益，促进节能减排。虚拟电厂是高效利用和促进新能源和可再生能源发电的有效形式。可再生能源发电连同其他负荷分布式能源聚合成虚拟电厂的形式参与大电网的运行，构
14、建起区域性的电能集中调控管理体系，通过内部的组合优化，可消除可再生能源发电与负荷对外部系统的间歇性和随机性影响，提高电能质量。让负荷参与到电网辅助服务，根据各资源时空差异和互补特性，提供智能技术控制策略和控制框架，从而有效提升电网的消纳能力，提高电网灵活性和调控能力，实现各类负荷平稳运行。（3）开展用户参与虚拟电厂调控的运行机制，为规模化推广奠定基础电力客户与电网互动目前并无规模化推广应用，主要实践包括部分地区的需求响应机制、峰谷分时电价，来引导用户错峰用电；楼宇、智能家居、小区等小规模试点，提供电力用户智能用电的调节手段，应用效果由于规模极小难以体现。因此，基于规模化用户的智能装备,配套以建
15、设模式、商业激励机制，是提高电力用户与电网互动效果的必然手段。项目选取高校楼宇和充电桩用户从建设投资、共享收益以及商业激励等方面开展用户互动机制的研究。23建设内容(1)全时间尺度虚拟电厂控制器开发与部署。虚拟电厂控制器使用单相交流电源供电，在非通信状态下，有功功耗V4W。具备采集多种数据源、本地数据转换、本地数据分析等功能。上行通信：可采用4G、以太网、光纤等与主站通信，下行通信：可采用RS-485/RS-232、HP1.C、M-Bus1.oRa等与现场各种能源采集终端之间进行通信。主控模块和功能模块之间通过可插拔式连接器连接，可根据现场实际需求，灵活配置上、下行功能模块的种类和数量;借助功
16、能模块的传输、控制信道，实现数据的传输、节点的操控，可适应各类工控现场对数据处理、传输、控制的需求。(2)支撑全时间尺度虚拟电厂参与电力能源市场交易。虚拟电厂参与能量市场、辅助服务市场，中长期合同市场、日前市场、日内市场和实时市场，根据市场特性，建立虚拟电厂的竞价模型，实现虚拟电厂参与电力市场，完成电能交易功能。(3)支持全时间尺度虚拟电厂调控方式和控制策略。包含楼宇中央控负荷调控策略、新能源调控策略，采用直接控制、柔性控制等多种控制方式，实现主动响应电网调控，优化楼宇和电动汽车充电站系统运行方式、运行模式。2.4 项目规模本项目实施的虚拟电厂控制器集高速采样、信号处理、遥控、遥信以及数据采集
17、于一体,且控制系统和数据采集系统物理隔离，在保障数据安全的基础上灵活选择负荷切除，提升电网切负荷的多样性、快速性和准确性。根据复杂多变的现场环境，研制出适用于不同工程场景的壁挂式模组化虚拟电厂控制器，为全时间虚拟电厂智能管控的实际工程应用提供了装备支撑。项目拟接入楼宇空调、热泵、照明等可调负荷600kW,接入工业生产负荷1500kW,接入工业电锅炉80OkW,接入光伏发电系统1.2MW,接入储能电站15OkW出OokWh,接入充电桩12OkW。通过聚合各种调控资源，形成最大发电能力2.4MW的虚拟发电机组，相当于在用电高峰时间段具备1-2.4MW的“发电能力”o虚拟电厂控制器具备地频率自治控制
18、、直接负荷控制、负荷柔性调控(需求响应)和能效采集监控等方面功能，通过研制针对资源层接入的虚拟电厂控制器样机，开发虚拟电厂运行管理平台，满足全时间尺度的智能管控要求，带动虚拟电厂关联产业的进一步发展。主要控制功能介绍如下：1、就地频率自治控制一种用户负荷自适应感知电网态势变化，实现应急状态下主动切的调控方式。主要针对特高压电网紧急故障出现情况，如突发多条直流同时闭锁，大功率缺额情况急速出现，故障明显。虚拟电厂控制器采用先进的测频方法，精度较高地测频，启动低频减负荷控制功能，根据就地实时测量的频率，按预定定值进行减载控制，以协助电网频率恢复。2、直接负荷控制主动自治型模式，虚拟电厂控制器会内置直
19、接负荷控制预案，通过感知电网频率电压变化，自主切除预先制定的负荷。并借助区块链技术实现直控负荷控制后评估。3、柔性调控执行管理接受主站的调控指令模式。一般故障多数情况下功率缺额较小，可根据全网调度资源进行多种手段的综合调配，虚拟电厂控制器可接收来自上层主站在事故处置各阶段的不同运行指令，有序调控用户可调控负荷，以协助电网调度运行。此种模式下虚拟电厂控制器具备负荷监测、负荷预测、控制交互等功能，实现远程负荷柔性调控。4、示范场景实施工程为支撑全时间尺度虚拟电厂在楼宇能源虚拟机组、充电桩虚拟机组和工业电窑炉虚拟机组等多场景试点建设，开发虚拟电厂控制器及服务管理平台，对虚拟机组参与电网调峰、电能市场
20、、辅助服务市场效果进行分析和性能评价。对接江苏省综合能源服务有限公司（以下简称江苏综能）能源e+平台，实现示范场景用能设备的泛在接入、实时感知、智能计算、优化控制等综合能源服务功能。本项目主要针对全时间尺度虚拟电厂智能管控关键技术，选择楼宇可控负荷、工业企业可控负荷、光储充等应用场景，打造源网荷储广泛参与的虚拟电厂负荷调度、控制及交易示范工程。3 ,编制依据3.1 .政策法规（1）关于印发电力需求侧管理办法的通知，发改运行20102643号；（2）关于进一步深化电力体制改革的若干意见中发20159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120）1690号；（4
21、）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2018102号；（5）关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见，发改能源2016392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201刀1690号；(7)关于江苏省实施季节性尖峰电价的有关问题的复函，发改价格(2015)1028号；(8)江苏省电力需求响应实施细则，苏经信电力(2015)368号；(9)江苏省电力需求响应实施细则(修订版)，苏经信电力(2018)477号；(IO)关于完善电力应急机制做好电力需求侧管理城市综合
22、试点工作的通知，发改运行2015703号；32主要设计规范(1)电力能效监测系统技术规范第1部分总则(GB/T31960.1-2015)；(2)电力能效监测系统技术规范第2部分主站功能规范(GBT31960.22015)；(3)电力能效监测系统技术规范第3部分通信协议(GBT31960.32015)；(4)电力能效监测系统技术规范第4部分子站功能设计规范(GB/T3196042015)；(5)电力能效监测系统技术规范第5部分主站设计原则(GB/T31960.5-2015)；(6)电力能效监测系统技术规范第6部分电力能效信息集中与交互终端技术条件(GB/T31960.6-2015)；(7)电力能
23、效监测系统技术规范第7部分电力能效监测终端技术条件(GB/T31960.7-2015)；(8)电力能效监测系统技术规范第8部分安全防护要求(GB/T31960.8-2015)；(9)电力能效监测系统技术规范第9部分系统检验规范(GBT31960.9-2016)；(10)电力能效监测系统技术规范第10部分电力能效监测终端检验规范(GBT31960.10- 2016)；(11)电力能效监测系统技术规范第11部分电力能效集中与交互终端检验规范(GBT31960.11- 2016)；(12)电力用户用电信息采集系统管理规范：验收管理规范(QGDW380.7-2009)；(13)智能用电服务系统技术导则
24、(Q/GDW/Z518-2010)；(14)信息安全技术信息系统安全等级保护定级指南(GB/T22240-2008)；(15)远动设备及系统第5-104部分：传输规约采用标准传输协议集的IEC60870-5-101网络访问(D1./T634.5104-2009)；(16)多功能电能表通信协议(D1./T645-2007)；(17)电力信息系统安全检查规范(GB/T36047-2018)；(18)信息安全技术物联网数据传输安全技术要求(GB/T37025-2018)；(19)信息安全技术信息系统安全运维管理指南(GB/T36626-2018)；(20)需求响应效果监测与综合效益评价导则(GB/T
25、32127-2015)；(21)电力需求响应系统通用技术规范(GBT32672-2016)o4.需求分析在大受电、交直流混联、高比例清洁能源背景下，亟需构建源网-荷-储友好互动系统，以电力互联网和电力现货市场建设为依托，聚合公司系统及社会上的海量用户侧资源，采用刚性精准控制和柔性互动的方式，应对频率失稳、设备及断面越限、新能源消纳困难、备用不足等问题，推动传统的“源随荷动”调度模式向“源网荷储泛在调度控制”模式转变，提升大电网安全稳定水平和运行效率，促进电网高质量发展。(I)大规模分布式能源(distributedenergyresources,DER)入网对电网提出了挑战，需要研究新的DER
26、控制技术。能源互联网技术随着“互联网+”的提出以及互联网的快速发展受到越来越多的重视。虚拟电厂(VirtUaIPOWerplant,VPP)技术是一个典型代表，通过先进的信息技术，有效聚合大量地域分散安装的分布式电源、受控负荷和储能单元，实现广域范围的能源互联与共享。VPP能够结合DER的普遍需求或电力市场需求合理调整内部的优化策略，在实现内部协同运行并满足电力市场需求的同时，达到环境和经济效益的最优。(2)通过辅助及支撑虚拟电厂的实施运营，可以激励用户改变粗放型消费行为，主动参与节能节电活动，并获得相应的收益；在需求侧节约每千瓦的投资远低于新建电厂的千瓦造价；可减缓发供电边际成本的过快增长，
27、抑制电价的上升幅度，有利于稳定电价；可强力推动电网移峰填谷，缓解拉闸限电，改善电网运行的经济性和可靠性，提高电网的运营效益；可减少发电燃料消耗，减少二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和烟尘等污染控制费用。(3)通过辅助及支撑虚拟电厂关键技术研究，并通过积极引导楼宇和居民参与，带动规模楼宇、商业、工业等用户共同参与，发挥光伏、储能、电动汽车等内在潜力优势，推动这类资源作为储能单元参与调峰/填谷事件，继续挖掘并充分调动用户参与电力需求侧管理的积极性。电力市场化注重用户自主参与，注重帮助客户提升能源精细化管理能力建设，结合政府在节能减排以及日常管理服务业务，以政府推动、企业推进、市场主导、行业促进和社会参
28、与多角度结合，不断提升用户认知、加强电力需求侧管理认同、提高电力运行管理水平。(4)辅助及支撑研究负荷集成商为主体运营的商业运营模式，形成政府-电网企业-负荷集成商-用户相互关联的信息链，使虚拟发电实施真正反馈电网所需，保证虚拟发电效果可监测和可验证，同时建议由主管部门对已有平台及监测设备进行整合，减轻负荷集成商和用户二次投入支出。5,工程设计方案5.1 .技术路线虚拟电厂控制器物理架构如下图5.1-1所示，对上对接调控平台和虚拟电厂系统，对下实现负荷资源接入。总体来说包括实时采集、运行监控、负荷管理、数据转发及其他功能。全时间尺度虚拟电厂项目建设技术路线介绍如下：1、不同紧急程度的负荷控制系
29、统控制策略研究调研现有负荷控制策略的适应性，提出快速负荷控制的需求；研究不同时间尺度负荷控制对电网安全稳定特性的影响及其机理；基于稳定量化分析技术，研究不同负荷类型控制对电网安全稳定影响；计及不同故障场景、不同负荷控制类型对象，研究针对20OmS以内时间尺度满足暂态稳定的负荷控制方法；研究针对200ms至秒级时间尺度保证系统频率安全的负荷控制方法；研究针对分钟级及以上时间尺度解决断面越限、联络线超用及恢复系统旋备的负荷控制方法；提出不同紧急程度的负荷控制策略制定原则；研究紧急和次紧急不同控制需求下，计及多种交直流控制措施的配合，以保证电网安全及控制代价最优为目标的不同紧急程度下的快速负荷控制策
30、略。2、具备高可靠冗余机制的虚拟电厂控制器组网模式研究虚拟电厂控制器下行本地组网连接设备众多，各类设备的数据类型、协议类型、数据带宽、数据速率等都不一样，这要求虚拟电厂控制器需要有多协议接入功能，兼容多设备物理接口，结合载波、无线通信技术的研究及实施进展，调研宽带载波及无线通信性能特点，梳理其对承载能源采集控制信息数据的本地传输通道的可靠性、高效性、灵活性的相互影响和技术需求，研究各种典型应用场景下的通信网络架构，研究各种网络架构扑的实时性、可靠性、可维护性、建设及运行成本，提出一种面向需求侧负荷柔性协调控制的通信网络部署及典型应用方案。3、支撑智慧能源服务平台的虚拟电厂控制器研制基于以上技术
31、，进行支撑智慧能源服务平台的虚拟电厂控制器研制，以“模块化、平台化”作为基础设计思路，将虚拟电厂控制器设计成多个功能独立的模组结构型式，并按各地区实际需求配制相应的模组组合，形成具有不同功能的虚拟电厂控制器。4、全时间尺度虚拟电厂项目示范建设力争2021年7月底之前，初步完成全时间尺度虚拟电厂控制器、虚拟电厂控制器组网模式研究及APP应用商城的研发；2021年8月，开展全尺度虚拟电厂示范项目建设，在淮安市选择可调资源种类丰富的楼宇或工业园区，通过安装全时间尺度虚拟电厂控制器，部署现场通信网络，将楼宇中的中央空调、工业电窑炉、电动汽车充电桩、光伏、储能等可调资源有序整合，组建楼宇能源虚拟机组负荷
32、控制群，开展虚拟电厂调控方式和调控策略；2021年11月，系统试运行，联合调试，验证其装备的先进性和可用性；2021年12月底前，完善试点工程中存在的问题，探索基于全时间尺度虚拟电厂运营模式等，验证整体的实施效果。调控平台集控平台公网控制通道5G安全接入平台I纵向加密I互联网大区系统对联I路甲器I无线I安邳精域网-信息内网虚拟电厂控制器负控系统图5.1-1物理架构52系统架构虚拟电厂系统架构如下图所示。虚拟电厂运行架构如图所示，按照“统一管理、分布式接入、协同调控”运营管理模式，以电力物联网为基础，通过智能边缘计算、感知终端，运用囊括终端智能感知、数据智能融合分析、辅助管理决策等技术方式，构建
33、虚拟电厂平台。总体系统架构从上至下由交互层、应用层、数据层和物理层构成。整个架构集中体现（如下图）：以应用层为核心，以数据层和物理层为依托，以交互层多种方式接入，全面为各层次客户提供高品质的个性化服务。系统平台层鞫度需求出清结果虚拟电厂层用户层设备层虚拟电厂平台-虚拟电JT替代酒蜂备案J/蟠邂醐11蛔既显准入审核结探索/龈电厂外特性IIiI出清结果丽秋版贮IUIr.虚拟电厂集控平台出活结果结算信息统响应终端荷B类虚拟电厂（邀约调增调减）发电厂力、A类虚拟电厂。（实时调减）准入审核结果执行认定结果出清结果结算信息大用户自备电厂分布式光伏三摘扶;虚拟电厂Cre虚拟机组管控系统空调装置三电匚as去委
34、叁满足情况注册信息黔普备卜好性报价信息鬻;爵Z畿性合同信息里里h二二图5.2-1虚拟电厂系统总体架构但瑞：工商业楼宇用口恻储能工业用户负虚拟电厂实现分布式资源的分区聚类，形成类似传统电厂的外特性，向虚拟电厂集控平台提交注册信息、报价信息以及合同信息。虚拟电厂集控平台，负责审核虚拟电厂准入条件满足情况、接入方案、虚拟电厂外特性、虚拟电厂档案以及响应信息，接收调度云调用信息,上报响应信息。虚拟电厂交易平台依托现有统一电力市场交易平台，接收调度云下发的调度需求以及虚拟电厂集控平台提交的准入审核结果、虚拟电厂外特性和执行认定成果，结合虚拟电厂上报的注册、报价以及合同信息，进行市场出清，并同时向虚拟电厂
35、主体、虚拟电厂集控平台以及调度云多方公布出清结果。A类虚拟电厂CPS（信息物理系统，Cyber-PhysicaISystems）主要包含楼宇空调，用户侧储能和工业用户负荷。对这三类对象进行实时调减，参与电网“削峰”辅助服务交易。B类虚拟电厂主要大用户、自备电厂、分布式光伏和三联供等几类，对这几类对象进行邀约调增或者调减，参与电网“削峰填谷”辅助服务交易。充分发挥虚拟电厂在电力交易和辅助服务等方面的灵活性调节作用，通过市场机制和价格信号鼓励和引导虚拟电厂发展，实现缓解电网调峰压力，促进清洁能源消纳，具有巨大的经济、社会以及环保效益，为保障城市电网安全、促进城市绿色发展做出巨大贡献。1、设备层：底
36、层需求侧虚拟电厂资源，本项目只考虑楼宇中央空调、工业电窑炉和充电桩负荷；2、控制层：在楼宇部署空调智能控制终端，工业电窑炉智能控制终端，开发接口对接充电桩平台，使得虚拟机组层可以与其对接控制需求侧资源；3、虚拟机组层：建设虚拟机组控制系统。监测控制运营虚拟电厂资源，与柔性控制资源之间是集中式的控制方式，主动聚合虚拟机组资源，而终端用户向其让渡了资源的控制权，使得虚拟机组可通过价格或其它信号控制需求侧资源；4、虚拟电厂层：建设虚拟电厂平台。虚拟电厂下辖数台虚拟机组，与虚拟机组之间是分散式的控制方式，即包括指令的上传下达、数据监测。虚拟电厂平台直接参与电力市场交易，接受调控云响应指令。图5.2-2
37、虚拟电厂软件功能示意图53工程方案设计531.虚拟电厂控制器研究与开发5.3.2 .1.硬件架构虚拟电厂控制器使用单相交流电源供电，在非通信状态下，有功功耗V4W。具备采集多种数据源、本地数据转换、本地数据分析等功能。上行通信：可采用4G、以太网、光纤等与主站通信，下行通信：可采用RS-485/RS-232、HP1.C、M-Bus、1.ORa等与现场各种能源采集终端之间进行通信。主控模块和功能模块之间通过可插拔式连接器连接，可根据现场实际需求,灵活配置上、下行功能模块的种类和数量；借助功能模块的传输、控制信道，实现数据的传输、节点的操控，可适应各类工控现场对数据处理、传输、控制的需求。吉鬻S接
38、磊晶模船工11II11图5.3-4虚拟电厂控制器硬件架构图5.3-5硬件架构虚拟电厂控制器硬件架构频率高速监测模块负制模8*开级控口1入对秒荷接块开出主控板主核心模块5.322主要功能虚拟电厂控制器可通过4G专网与远程平台连接，可通过698.45(1867)协议与主站进行数据交互，是对采集终端、表计、末端传感器等进行数据采集、处理、储存、控制，同时和主站或手持设备进行数据交互的设备，并具备采集、管理能源信息的功能，对下可通过网口或串口与用户侧终端通讯，支持多种通信参数,如：串口9600,N,8,Io表5.3-6虚拟电厂控制器终端设备图虚拟电厂控制器主要功能如下表所示：主要功能序号定值名称定值精
39、度要求备注基础设置1的唯一系列标号确定编码规则，生成的码写入2负荷类型描述字符串=30个汉字能准确描述负荷处的位置、类型如：南京师范大学第5学生宿舍305房间空调(或电加热热水器)3以太网地址(能否根据系列标号自动生成)4数据上传速度(1240)1,代表1秒上传一次，2,代表2秒上传一次，以此类推，可适应不同的网络速度频率自治控制5按频率刚性切除功能是否启用1启用，0或其他，不用6快速刚性切除频率定值Fl(HZ)小数点后两位，如49.75HZ当检测到的频率低于Fb延时动作出口切除负荷。7快速刚性切除延时动作时间定值Tl(秒)小数点后两位，如15.34秒当f=Tl时，动作8频率滑差闭锁定值dft
40、esdt(Hzs)小数点后两位，如5.34秒当100mS两点的频率差=dfb2dt刚性切除闭锁，防止频率的急剧波动或谐波导致的频率波动造成误动作9按频率自动恢复负荷功能是否启用1,启用，0或其他，不用（前提条件，动作以后才能恢夏）10按评率自动恢夏负荷频率定值F2（HZ）小数点后两位，如49.95Hz当检测到的频率大于等于Fl,延时确认动作出口，恢复负荷。11按评率自动恢复负荷延时确认时间定值T2（秒）小数点后两位，如15.34秒当f=F2,t=T2时,动作,恢复负荷直接控制12主站遥控限电可接收主站的下发遥控分闸命令，延时切除相应的负荷线路，将负荷功率限定在主站指定的目标功率范围内；13远程
41、预购电控制可依据主站采集的用户电量，计算用户电费余额发出告警提示，并执行相应的购电跳闸功能。柔性控制14夏季制冷期间柔性调控15冬季制热期间柔性调控16空调软启停的控制17负荷停运判断定值PO测得的有功功率p=TsO保护动作，跳开用电负荷设备20的过流保护延时确认定值TXQ21过热保护功能是否启用1,启用，0或其他，不用22的过热保护温度定值（八）Ts如测得温度t=Ts,并且t=Tsl过热保护动作，跳开用电负荷设备5.323业务逻辑设计需要构建日前、日内、实时以及紧急多场景下的负荷参与电网运行控制的运行模式，通过价格机制和辅助服务市场积极引导负荷资源主动参与电网的运行控制，建立全方位的负荷调度
42、体系，实现负荷与电网的智能友好互动。依托源-网-荷-储友好互动系统的主站层-聚合层-资源层的框架，研制针对资源层接入的虚拟电厂控制器，同时满足全时间尺度的智能管控要求。全时间尺度虚拟电厂控制主要包括就地频率自治控制、直接负荷控制和柔性控制三部分内容，其优先级按照控制响应时间设置。就地频率自治控制实现电网频率稳定控制；直接负荷控制实现关键设备安全控制及系统的调频调压控制；柔性控制实现分钟级和日级满足削峰填谷、清洁能源消纳及系统备用的业务需求。图5.3-7控制业务逻辑蠹调控执行通函施高结算管理丽计Il争设处理ITllTy忸交互II工IeswttlIIi“ill”十负荷监S!Il可翻而|控制交耳I眄
43、砺可1叵殛;港7BffyMIl二I*T玄Il1.初父311tryy图5.3-8核心业务逻辑5.3.3 虚拟电厂调控策略5.3.4 楼宇负荷控制策略楼宇重点耗能对象为暖通空调，在保证楼宇及电网负荷需求的前提下，对系统进行实时优化控制，动态寻优在该工况下系统最低能耗时各设备的最优运行控制参数，通过直控方式实现电网的供需平衡。以电网调控指令、空调系统设备运行及环境参数等为模型输入量，通过改变空调系统运行方式、运行模式、运行参数等手段，调节楼宇用电负荷，主动响应电网调控指令，直控模型如图所示：设笛盘牡;环埴敛锌用户E报用健冲划负荷空涧设备图5.3-11暖通空调系统直控模型图5.3-12楼宇暖通空调直控
44、流程空调负荷调控通过接收负荷缺额容量，基于空调运行模型计算接入系统的中央空调调控总负荷潜力，通过多种目标（管理优先，效率优先，市场手段等）的策略来实现负荷调控容量的分解，下达空调负荷需求响应指令，实时监控空调负荷的运行数据，执行后计算空调负荷的基线，从而实现空调负荷调控效果的评估。具体的流程如图所示：2）空调负荷直控策略利用非线性规划法等算法，采用建筑单体和建筑集群的控制方式，通过虚拟电厂平台下发直控指令，结合电网互动模型输入参数，对送风温度进行调控，精准控制空调负荷变化量,从而实现空调负荷直控。输入参数：空调设备参数、温度参数、环境参数等输出参数：空调负荷的变化量算法：非线性规划法等优化目标
45、：精准调控空调负荷变化量，相应电网指令控制策略如下图所示：图5.3-13楼宇暖通空调直控策略5.33.2电网互动策略规模化充电桩参与电网互动后，可以有效实现电网削峰填谷、调频调压，提高电网运行效率，节约电网企业运行成本。此外，充电桩用户可以获得电网峰谷电价差及参与调频的费用，获得额外收益。因此，充电桩与电网互动后，可以使双方达到互惠共赢的目的，实现经济利益的最大化。1 .充电桩用户参与互动的经济性充电桩用户包括私人用户和集团用户。集团用户主要包括公交、公司用户等，公司用户和私人用户的运行规律接近。私人用户每天的平均运行时间不超过5小时，运行时段一般在6:008:30及17:0019:00之间，
46、每天有19小时以上的停驶时间。公交车等车辆一般运行时段5:3021:00,每天有8小时以上的停驶时间。因此充电桩有足够的时间参与和电网之间的互动。考虑到随着电动汽车的发展，充电桩的用户将是以私人电动汽车为主流，因此以此类用户为例进行经济性分析。充电桩用户利用车辆的相对闲置时间段，参与电网的峰谷平衡和电网调频，获得电网的峰谷电价差及参与调频的费用，从而使充电桩用户获得额外的收益。(1)充电桩用户参与削峰填谷的经济性分析以一般私人用户使用汽车的规律为例，一般早晚上下班为车辆使用高峰时段，根据相关资料统计显示8：30-11：30以及13：00-18：00是车辆相对闲置的时间，这个时间段也恰和电网负荷的峰谷时段相匹配，如表所示。表53-1不同时段电动汽车状态和电网负荷的统计数据时间充电桩状态电网负荷电网是否需要进行峰谷调控充电桩是否可以参与峰谷调控8:00-8:30使用中否否8:30-18:00停放午间高峰负荷是是(放电，补充峰时电力供应)18:00-18:30使用中否否18:30-21:00停放晚间高峰负荷是是(放电，补充峰时电力供应)21:00-8:00停放夜间低谷负荷是是(充电，填平负荷低谷)用户在电网负荷高峰期对电网放
