源网荷储智慧联动技术研究与实践

刘嘉宁 广东电网有限责任公司调度控制中心创新管理部高级经理

(资料图)

今天我交流的题目是电力调度视角下面的源网荷储智慧联动。我着重讲一下我们在科研和工作里边的一些体会。首先我们现在讲源网荷储，大家都讲源网荷储联动，但实际上我们觉得源网荷储自古以来就是联动的，只不过它联动的各种方式不一样。我们在新的形势下，我们提出源网荷储的联动，它是比较智慧的，所以我们包括立的一些科技项目等等，我们其实都用了智慧联动这个词，我们现在是怎么想的，主要是对着现在的新的情况。

我们现在建设新型电力系统，能源技术革命加速推进，我们电力系统能源的构成变了，然后电力电子化设备的比重增大，我们的控制特性也变了，电力体制改革也改变了我们电力生产的组织方式。所以我们觉得源网荷储智慧联动它的目标它是要满足发展、运营和安全三大要求。发展的要求是电力系统双高化，要求释放用户侧、分布式对象侧的灵活调节能力；运营的要求，是实现不同形态不同形性质的调度对象和市场主体协同运作；还有安全要求，新型电力系统的新形态下，全链条的对象参与运行，多种类型的对象灵活介入，集中式对象和聚合型的资源，如何智慧联动，如何全局决策，紧急控制和预防控制，都对我们提出了新的要求。

我们现在的工作的着力点，我以广东电网为例，我们电网调度系统对这种核电、大型火电、抽水蓄能等等这种大电源的监视调控模式是比较成熟的，有比较完善的技术支撑体系。但是。在新形势下我们就会有一些问题，所以我们觉得源网荷储联动控制我们是缺一些力量的，首先没有考虑到海量对象同时接入的一些监测运维的需要，然后我们长期习惯了，源随荷动，你爱怎么用，我电厂对着你调。然后其实广东是一直有着世界上规模最大的抽水蓄能机群，现在是不是最大，我也没考证了，但是其实主要是支撑抽水蓄能等大容量储能的一些运行。我们存在的问题就是海量对象同时接入，现在我们应对能力不是很强。第二个事情没有形成统一完善的分布式对象聚合和控制模式。第三个就是市场机制，一直在建设之中，我们做了一些探索，我们现在暂时的目标是兼顾传统的集中式对象和用户侧分布式对象，要实现电力市场运营平台和运行控制平台联动，实现源网荷储全要素安全接入。基于运行控制和市场交易的互相作用，服务好用户侧，实现多种辅助服务。

由此我们是三大努力方向，一个是市场驱动的运营，包括建设电力市场，电力市场和调度之间的关系，各种主体怎么样运行运营怎么发展通用能力。第二个事情全链条协同调度的水平，希望能够进一步提高。我们广东其实源侧的调节能力是很强的，抽水蓄能说上就上，说下就下，是不是这种模式就最好，其实也不是，但是已有的资源怎么样协同，包括将来有一些电源，你以前是源随荷动，现在的连电源有一些你也得随着它去适应它，新能源像风电等等要尽量消纳。另外第三个维度是海量分布式对象接入，现在就跟以前有点不一样，以前调度一个省级调度中心，但是海量对象以后怎么管那是扁平式全部的接还是怎么样，数字化方面管理方面会怎么样？都是我们需要研究搞清楚的几个方向。

首先讲一下我们对市场机制的一些研究，广东电力市场的建设情况我也就不详细讲了，我还是循着我们科研里边的一些事情坐而论道。在电改的情况下，我们电力市场的发展路径，大概分了几个阶段，我们觉得一个是发电侧单边竞争，然后到批发市场竞争，最终我们觉得可能会源网荷储全链条参与市场竞争，售电侧放开后多买方多卖方的一个模式可能会形成。

我们在调度的视角里边，希望出现的场景是双核运行，一方面是电网调度运行控制平台，能够协调好各种各样的对象。第二个事情是电力现货市场平台推动运行，推动我们由源随荷动向源荷互动转变。在这个机制里边，有各种探索的电力市场又不是新话题了。

我在这里也就交流一下我们在一些问题的思路，源网荷储全链条参与市场，将遇到可再生能源参与市场的两难困境，海量分布式用户参与市场的方式机制、以及独立储能参与市场的有效性等问题，还有刚才山东的刘老师也提到独立储能参与市场。怎么样参与我们才觉得是个高效的合理的。我们在这里交流三个问题的一些想法和思路，其中的一些图文都来自清华大学的一些联合团队和我们的研究的一些团队了。

问题一就是可再生能源参与现货市场出清面临的问题，那传统的市场机制下，中国对可再生能源实行保障性收购，为电力市场运行提出了强制性的边界条件。为了解决这种市场初期阶段的特殊问题，需要构建考虑在可再生能源保障性消纳的电力现货市场出行机制。我们现在这个现状。对我们提出了这种要求，新能源全额消纳使得市场交易的空间会减少，不利于新能源主体市场意识的培养和市场价格的发现，使电网面临维持电力平衡的压力更加大。我们的思路是设计全电量竞价加保障性消纳修正的机制。这个机制设计考虑保障性消纳的市场促进机制，我们是这样想的，这个机制要在一定程度上通过市场化手段深度挖掘系统的调节权力，保障并且促进可再生能源消纳。

我们设定的触发条件是可再生能源正常报量报价参与市场，当出现可再生能源弃能的时候出发，保障性消纳出境机制。第二就是有价格修正机制，按照一定的收放比例修正弃能机组的投标价格生成调整后的弃能消纳报价投标，然后进行二次除清，维持其他机组的原有报价，有弃能的机组按照修正后的弃能消纳报价，参与市场二次出清，如果第一次出清已经消纳的可再生能源机组产生新的弃能，这些机组的原始报价也将被修正粗放得到更优先的消纳。这是我们在这里提出的一些解决思路，那就是对可再生能源消纳的一个思路。

第二个我们在市场建设中就出现了一个问题，就是要考虑零散用户侧通过虚实数响应，参与市场的适应性问题，传统的用户侧资源交易机制，用户侧资源除了那些大用户之外，它有些是达不到批发市场的门槛，只能通过售电公司参与零售市场。那么零售市场的固定费率和现货市场解耦，不能动态反映电力市场供需关系或者系统运行状态，没有办法为灵活性负荷侧资源提供有效的电力市场价格信号，那么灵活式资源直接参与现货市场技术上有点不可行，现货市场集中式出清架构，没有办法支撑海量用户交易的市场出清计算需求。

现阶段广东电力市场就推出了需求侧响应机制，用户侧资源可以聚合成虚拟电厂的方式参与电力交易，需求侧响应机制，能够激发灵活性资源进行动态响应，缓解电网调节能力的不足。需求侧响应目前仅是在有限的条件下启动，像2021，2012年其中的77天，不能为灵活性资源提供常态化的稳定的市场环境参与，需求侧响应市场和现货市场又分别独立运行，缺少价格耦合机制，目前是这个现状。

我们现在展望可能解决目前存在的问题的一些解决方法是构建海量用户共同参与并发式出清的配网侧可交易能源市场出清机制，通过虚拟电厂作为中间商，实现分层级的交易架构，从而引导分布式用户有序参与电力市场交易。这个机制设计就是如这个图主网配网聚合商用户构成市场架构，对海量用户有序参与交易作为现货市场的有益补充。配电运营商对上是以参与交易商的身份参与组网的现货交易，实现现货市场价格向下传导.

对下可以组织配网侧交易，包括对用户发布市场需求或者组织用户间的交易，那么虚拟电厂可以代理同一节点下面的用户侧灵活设置资源参与TE交易，既可以响应配电网运营商发布的交易需求，也可以和其他虚拟电厂进行TE交易，用户侧的灵活资源，包括消费者和产销者，基于智能控制终端等等参与交易，现在我们在研究里边也构筑了这些方向，但是要跟着现在形势和我们国家的政策的引导，进行下一步的一些建设，但这是我们的一些研究思路。

我们在电力市场的探索过程中遇到另外一个问题了，储能参与现货市场出清面临的问题。现在是系统运营机构统一调度储能的传统运营机制，是不能够实现储能和其他市场主体的公平竞争的。独立的储能与能量为标的物参与需求侧响应，并不负荷储能的成本特性。存在一种适应性问题，就是说储能觉得它利润最大的时候，并不是社会利益化最大的点，那么这是目前传统的机制上出现的一个问题。

在这个问题里边，其实我们也做了一些研究，提出了一些思路，提出一些新型的储能市场机制，投标结算的方式规则等等。主要的思路就是以充放电里程为标的，储能提交单位充分电里程的成本，然后考虑储能的成本，约束条件中考虑储能的SOC管理，然后我们利用拍卖机制，根据储能对系统总成本降低的贡献给予结算等等。这主要就是。针对着我们老的制度，我们还是会考虑怎么样把用户的追求和我们系统运行的总体效益最佳能够统一出来。现在我们也做了一些机制设计的探索，以上就是我们在智慧联动里边研究市场机制的时候，曾影响到的一些该分享的一些我们想分享的一些思路。

另外我们还想分享一下源网荷储智慧联动，数字化支撑技术里边我们做的一些思考和科研和一些工程的建设。现在数字化体系，主要还是沿袭下来。老体系在新的场景里边，遇到的问题，一个就是海量对象，我们反复讲海量对象了，原来集中式对象有限，分布式多了，我们调度系统应该是怎么应对？第二个事情业务应用怎么样具备弹性拓展能力。第三个就是平台要支撑源网荷储市场新生态可持续发展。

对此我们在科研和工程里边也做了很多的一些探索，包括系统的架构等等。这里内容比较多，我也就挑着一些来讲，一个就是我们现在自动化系统存在的问题，应用和数据不解耦。真的不是很灵，然后就设备系统厂家垄断性也比较强，不同厂家的数字格式等等不统一，我们的行业生态不是很好，我们现在就有点主张用改造工业物联网体系的这些思路来逐渐改善我们的系统。现在的我们电力调度系统什么都要讲可靠了，老体系不能丢，我们南网叫做OS2，其实就这个OCS相当于原来的EMS了，我们还是想着集中式对象老体系，然后分布式对象是走云边融合的物联网体系，两个体系相融合，形成我们的一些工作的解决方案。

我们现在做的在科研方面做了一些各种体系的评估等等，这有点坐而论道，因为这是个还是跟厂家和跟实际的一些应用有关。我们也强调边缘计算技术各种研究和应用。为了支撑数字电网的发展，通过数据和应用的解耦，在终端里边我们也提出了软硬件分离，应用APP化等等的一些建设思路，在目前的状态下，主要还是在原体系里边加上了对分布式对用户侧的一些调度能力的建设，加上了一些模块，那是我们这边省调的一些系统架构的事例。

我们怎么跟园区对接，集中式调度和分布式的系统是怎么样共存？这里我们是东莞的一个园区，我们平能源互联共享的一些平台架构的一些示意图，这些搞数字化的都不陌生了，主要是摸石头过河，解决已有的一些问题，我们调度系统各个条线条一两次结合，还做了一些其他的研究工作，比如说新载波，新一代的宽带载波，技术为基础，那么做了很多一些终端，包括也有一些操作系统，智能计量系统等等，然后还有另外一些用于台区的边缘终端等等，然后省地的一些平台，我们调度和省级和园区级分布式资源怎么样聚合控制，怎么联合试验等等。

我们其实都做了一些很多的系统建设和工程技术验证，但是广东的特点其实什么都有个原则，能够买单它就上规模。在这种机制充分跑起来之前，我们其实验证的技术种类比较多，但是其实验证的规模都不是很大，反倒终端还做得会比较多一些，比如说像基于智能融合终端的一些解决方案，下来我们计量自动化里边基于智能终端的一些新的应用生态等等，那么我们都做的会比较多，很多应用都要电压检测等等，这些都随时做好了分布式聚合，然后由端聚合到地区级，集中到省级的一些准备，这是我们在数字化里边的一些探索。

最近我们还关注到很热的一个话题，虚拟电厂我们也分享一下我们现在对虚拟电厂的一些看法和一些研究的思路。现在大家看了工号，看了很多地方，我们会发现这样的有两种，有一种就是说虚拟电厂是厉害得不得了的，以后是一个重要的生态发展潜力无穷。然后有一种基本上言下之意，虚拟电厂也就是个伪科学，里边其实都是个管理，然后吸引电厂做什么，在这里其实我们也是做了很多尝试和探索，那么我们有个看法，虚拟电厂应该是具备三个要素，它才真正的运行了起来，其实严格说是一个前提三个要素，一个是要有合适的控制资源，这个是前提，没有合适的控制资源说什么都是假的，但是其实虚拟建厂要解决安全市场机制和数字化三个问题，我现在是做科技管理部门，我是经常看到研究虚拟电厂，经常就是只做其中的一项或者两项，就没有把三项做全。

实际上这样的虚拟鉴赏技术感觉作用有限，比如说研究虚拟建厂安全原型，一般假定所有的对象都在线都可观可测，然后做数学模型，研究怎么样算出来最优化，我们做调度运行会一看这么多海量的对象，你要精确地去把每一个去到你认为的优化状态，这其实很不现实。然后数字化的代价其实也是很高的。第二个事情就是数字化体系，还没有严格对应着我们的很多的运营主体，其实很多时候说了也没用，你其实比如说像负荷式响应，我们有时候想象的负荷式响应该值多少钱，用户其实真的不是这样想的。

其实。很多时候不愿意响应，所以这里还有个市场机制的问题，我们觉得应该是市场机制走在前没有人买单，谁也不会愿意去聚合成一个虚拟电厂的。我们提出虚拟电厂除了刚才那三大要素，我们就觉得真正能够跑的合理科学的一个虚拟建厂，必须要强调它的服务属性，不能光讲控制，不能够光讲数字化平台。服务属性是哪一些？就是我们这样想的心理健康本身，对用户提供聚合服务，对电网提供能量和控制服务，实际上它是有这种服务属性的。

如果不考虑心理建厂的服务属性，只考虑优化和数字化支撑，那虚拟电厂很难有运营效益，我们其实常见的比较能够持续的有聚合效应的虚拟条件是怎么样？比如说原来中间商或者负荷聚合商，它是搞节能的或者说搞在线运维的，它天生就在线了，然后我解决你用电服务的时候，解决你很多问题的时候，我同时实现了聚合响应，也不改变用户的响应等等。其实这里的中间商做了很多研究分析和对用户的具体服务是绕不过的，没有这一个虚拟电厂，除非你直接上了很多电池，直接上了很多专用的一些设备，它就像一个储能一样的，或者说另外一些专用的设备，它才跑了起来，但其实原来我们讲的虚拟语言场合不是这个概念，是海量的用户充分挖掘他们的一些调节的灵活度，产生的一些增值，所以我们就觉得虚拟电厂最好是在保证用户能够正常用能的时候实现的增值服务，不要专门为了建一个虚拟电厂来做虚拟电厂，应该是在对用户服务的时候。

我们作为增值服务实现了虚拟电厂的性能。还有一个事情就是中间商了，中间商其实就很重要了。中间商可能有很多种，甚至说电力系统自己的市场部门也可能是中间商，比如说我们现在广东的邀约型市场响应，实际上在这里很多服务是电力系统自己提供的。但是作为一个虚拟电厂中间商的职能，不论定位在哪里，缺了这一个环节是做不起来的，除非你为做而做，就是说专门找了一些储能专门找了一些用户违约，好，你随时能断，或者说随之怎么样调，其实这件事是改变了用户的一些形态和体验，总体来说是不太容易实现的。

还有一个想法，我们现在在省级调度机构里边，我们还是感觉非常明显的，虚拟电厂的时候，首先要分清楚是个园区级的还是个区域型的，是不是个省在我们省调，来看就说你是个省级的还是个园区级，其实我们现在是这样的，如果要实现源网荷储联动，分布式的对象通过虚拟电厂聚合，它形成的商品，园区级的虚拟电厂，我们就觉得像个轮船，省级的虚拟电厂，它就像个码头，你轮船和码头要对接，你要把你的货物卸了，我们这个区域型的虚拟电厂在服务于调度控制和电力市场，在电力市场的驱动下，这样才实现了集中式对象和分散式合理的在价值在能量在控制上的智慧联动。我们确实是觉得所以一个虚拟电厂它的系统属性如何，还是跟他有没有跟市场有没有跟区域型的虚拟电厂对接机制联动是很有关系的，不然在一个园区里边在做，那也做不到和系统里跟其他对象智慧联动的效果，还有谈虚拟电厂，我们讲的用户预测虚拟电厂，它适合做些什么事，我们觉得现在讲虚拟电厂实际上强调的是它的调节能力。

我们觉得如果是在已有的用户资源的情况下，你不是说专门去找一堆储能，不是专门去找一个什么装置，或者找一些特殊的设备来做这个事的话，其实虚拟电厂应该是适合小时级日内调等服务。如果是不是日内的时长周期比日更长的，其实就是我们广东原来走的这种邀约型的市场响应都不通过平台了，你就通过市场营销体系好像也就没关系了，能够大规模地实现了。我们觉得虚拟建厂能力源自对用户用电灵活性的充分挖掘。小时级临时调节是比较适合的。另外虚拟电厂还要考虑运营的性价比。在我们广东我们经常很有兴趣地会比较虚拟电厂和储能集群和抽水蓄能之间，他们付出的代价是怎么样，但是这个事情还要站在市场里边，在不同的主体不同的立场去看这个事情。

其实我们如果是这样去比的话，我们还经常发现一些示范型的虚拟电厂。如果你要出钱购买它的辅助服务，你会发现同样的辅助服务用另外一些形态来实现会更好。那么所以这就是我们就会有一个前面看法了，你的虚拟电厂如果不是个增值服务，是专门卖服务的，实际上你就差不多是像一个集群储能一样的，或者说像一些特殊行业一样的，其实它不是一个泛化的概念，那是我们对虚拟电厂的一些思考。以上就是我们对源网荷储的在新型电力系统和电力市场背景下，一些探索的。一些观念和一些做法的分享，不到之处请多指正。其中很多概念来自清华大学、华南理工以及我们的其他的这些科技团队，就不是我自己独有的一些看法。

好，以上汇报完毕，谢谢。

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