从数字化光伏走向虚拟电厂 安科瑞 顾语欢
新型电力系统以新能源为主体，以创新为驱动力，以数字化和智能化为手段，围绕源、网、荷、储、四侧共同发力的电力系统，相比于传统依赖电源侧和网侧，更加注重负荷侧和储能侧，要求更多的参与电力市场交易，路径就是虚拟电厂。
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发展与趋势
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在新型电力系统中，要求新能源成为电量主体、出力主体和责任主体。
之所以电网对新能源有这么多的要求，主要是新能源特性与传统电厂特性完全不同，传统电厂具备可控、计划和连续性，随时去调节负荷需求，可以保障电网关键参数稳定。但是光伏为代表的新能源具有波动性和间歇性，调节能力很低。随着新型电力系统的建立，煤电装机量逐渐减小，调节缺口越来越大，电网对新能源参与的要求也越来越高，所以传统光伏必须进行升级，以满足电网的安全稳定性。
既然新能源要构建新型电力系统，那就要承接传统电厂的责任要求：
浙江、江苏一些区域要求分布式光伏配置一定容量的储能；山东、河南要求分布式光伏也要参与分摊偏差考核费用（机组启动费用、特殊机组补偿费用、调频服务费用和优发优购曲线匹配偏差费用）；山东、河北要求将在原有的光伏出力功率最高的中午时段电价调整为谷时段电价；包括参与到调频中，比如春节用电量减少就要求限发。
传统光伏必须升级，首先从软件能力方面的升级，传统电厂具备完善的监控系统、高水平的电力数据采集和控制系统、以及发电机本身的可控制性特性，在数字化能力的加持下，具备了调峰、调频、爬坡和黑启动等。但是分布式光伏基本不具备这样的能力，信息不全，数据质量低，缺乏监控能力，基本无法响应调度（限出力功率）。
硬件层面，我们要走的第一步就是将光伏电站数字化，具备了基本的可观测和可调控性后，再走向数字化光伏系统，具有可预测性、计划和调度，这就需要负荷侧的源网荷储一体化，系统里面包含，储能、充电站、负荷，能量流和信息流的互联互通，响应电网的调度和经济型交易，再参与到虚拟电厂交易中。
投资建设数字化的光伏系统，构建虚拟电厂的经济型效果就是参与到市场化的电力交易中，现在分布式光伏交易就是自发自用和余电上网或者全额上网，上网部分是统一收购价格，电力主体没有对与电能产品的分配选择权力。但是在市场电力交易中可以通过中长期、现货、绿电、辅助服务市场等方式获得更多经济收益。
举个虚拟电厂参与到电力交易中的例子：特斯拉利用户储系统powerwall，与售电公司PG＆E共同投资了虚拟电厂，目的就是在加州电网紧急情况下的负荷恢复项目，以在电网经济情况下提供电的电价是2美元/度，正常加州电价2美分。南澳的虚拟电厂厂家AEMO，在2019年电网频率发生异常时，在频率控制服务市场参与调节服务，这次调频服务时间45分钟，收入13万澳元，2020年遭到风暴袭击，导致电网宕机，用电紧张，虚拟电厂厂家进行两周的紧急响应，获得103万澳元的收入。所以可以看出虚拟电厂通过与电网的实时响应和交易是完全可以实现收益的。
整个路径和关键阶段就是实现数字化，系统化到智能化，参与到电力市场化交易中，获得切实的经济收益。
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目标与挑战
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从数字化到市场化，最终搭建完成虚拟电厂，每个阶段目标不同，面对的挑战也不同。
虚拟电厂需要从软件和硬件方面，设备层面要建立分布式光伏、储能、充电桩、负荷可调的元素，能够实现系统内部的要素互补和平衡，再通过数字化、系统化、智能化和市场化的聚合成一个虚拟电厂，最终虚拟电厂实现目的是系统内部优化运行、第二响应调度、第三参与电力交易，第四提供辅助服务。
数字化方面的目标和挑战：
虚拟电厂数字化路径，设备层面的状态感知和灵活聚合，电源、负荷和储能的电能预测和调度容量预估，再深层次的提供市场化交易决策信息支撑（决策错了要罚钱的），最后就是结算和效益评估。这些功能只有通过数字化技术的支撑，才能解决，因为这些里面的信息量、技术能力要求非常高。
系统化方面的目标和挑战：
由于虚拟电厂系统的内部多个节点，而且物理意义上没有直接连接与控制，运行特征不一样，所以就要求系统内部具有高精度调节能力，实现内部互补互济，这样对外就具备足够的弹性响应能力，拥有足够的容量和功率空间进行响应外部调节需求，从而实现收益。
智能化方面的目标与挑战：
内部元素特性差异，电厂市场不同时间尺度的交易模式，需要在多层次的控制策略下，对多类型的项目进行建模和优化聚合、预测与调节计算等，最终可以实现电网跟随、功率预测等。
市场化方面也面临很多挑战：
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研究与实践
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固德威智慧能源正在做的两个平台，微电网管理平台和虚拟电厂运行平台。
下图是广德工厂搭建的微电网系统，实现了数字化和系统化：使用的wepower平台，完成数字化的监控和内部调度，从数字化的分布式光伏项目走向光伏系统化。
分布式能源体量小，分散，实现数字化难度高，电网不参与直接调度，因此需要专业的聚合服务，进行数据采集、传输、分析技术将分布式光伏，储能和负荷进行聚合。westar就是架在分布式能源和电网中间的桥梁，提供专业的的聚合能力，从而达到能量流和信息流的实时互通。
