基于“三流分离-汇聚”的虚拟电厂架构设计

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.23060

摘要/Abstract

摘要：

随着新能源渗透率的提高，其随机性、间歇性、波动性带来的电力电量平衡与频率稳定问题日益凸显。这些问题仅靠集中式的传统电厂难以应对，电力系统中灵活性资源也应该承担部分电力与电量平衡的责任。虚拟电厂(virtual power plant，VPP)作为分布式灵活性资源聚合调控的载体，可以整体参与市场化的电力市场交易和接受电网的调度，为电力系统实时平衡提供重要支撑。虚拟电厂的发展离不开大量灵活性资源基础、先进通信与调度控制技术、高效盈利模式与完善的市场政策。虚拟电厂的运营可归于能量网络的能量流动、信息网络的信息交互、价值网络的价值传递。为此，基于“能量-信息-价值”的3层网络体系，分析不同类别虚拟电厂的运行模式与控制方案，提出“三流分离-汇聚”的虚拟电厂架构设计思路，为虚拟电厂的设计、建设和运营提供有益的指导。

关键词: 新能源, 新型电力系统, 虚拟电厂(VPP), 电力市场, 能量流, 信息流, 价值流

Abstract:

With the increase of new energy penetration, the power balance and frequency stability problems brought by its randomness, intermittency and volatility has become increasingly serious. It is difficult to cope with these problems only by traditional centralized power plants. Flexible resources in the power systems should also bear a part of the responsibility for the balance of power and energy. Virtual power plant (VPP) can aggregate a large number of distributed flexible resources with different characteristics, participate in the electricity markets as a whole and accept the dispatch of the grid, and provide important support for the real-time power balance of the power systems. The development of VPPs should be based on a large number of flexible resources, advanced communication and dispatching/control technologies, and efficient business models and good market policies. The operation of VPPs can be attributed to the energy flow of the energy network, the information interaction of the information network and the value transfer of the value network. Therefore, based on the three-layer network architeciture of “energy-information-value”, the operation modes and control schemes of different types of VPPs were analyzed, and the idea of “three flow separation-convergence” for VPP architecture design was proposed. The findings provide useful guidance for the design, construction and operation of VPPs.

Key words: new energy, new power system, virtual power plant (VPP), electricity market, energy flow, information flow, value flow

中图分类号:

TK 01

陈皓勇, 黄宇翔, 张扬, 王斐, 周亮, 汤君博, 吴晓彬. 基于“三流分离-汇聚”的虚拟电厂架构设计[J]. 发电技术, 2023, 44(5): 616-624.

Haoyong CHEN, Yuxiang HUANG, Yang ZHANG, Fei WANG, Liang ZHOU, Junbo TANG, Xiaobin WU. Architecture Design of Virtual Power Plant Based on “Three Flow Separation-Convergence”[J]. Power Generation Technology, 2023, 44(5): 616-624.

图/表 5

图1 新型能源体系的3层网络结构

Fig. 1 Three-layer network structure of new energy systems

图2 虚拟电厂集中式控制架构

Fig. 2 Centralized control architecture of VPP

图3 虚拟电厂分散式控制架构

Fig. 3 Decentralized control architecture of VPP

图4 虚拟电厂分布式控制架构

Fig. 4 Distributed control architecture of VPP

图5 基于“三流分离-汇聚”的虚拟电厂架构

Fig. 5 VVP architecture based on "three flow separation-convergence"

参考文献 24

1	习近平．中央财经委员会第九次会议[EB/OL]．(2021-03-15)[2023-03-01]．．
	Xi J P ．The ninth meeting of the Central Financial Leading Group[EB/OL]．(2021-03-15)[2023-03-01]．．
2	中华人民共和国国务院．国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知[J]．中华人民共和国国务院公报，2021(31)：48-58．
	The State Council of the People’s Republic of China ．Circular of the State Council on printing and issuing the action plan for carbon dioxide peaking before 2030[J]．The Gazette of the State Council of the People’s Republic of China，2021(31)：48-58．
3	李东东，刘强，徐波，等．考虑频率稳定约束的新能源电力系统临界惯量计算方法[J]．电力系统保护与控制，2021，49(22)：24-33． doi:10.19783/j.cnki.pspc.210245
	LI D D， LIU Q， XU B，et al ．New energy power system critical inertia estimation method considering frequency stability constraints[J]．Power System Protection and Control，2021，49(22)：24-33． doi:10.19783/j.cnki.pspc.210245
4	张军六，李佳朋，唐震，等．基于本地测量的高比例新能源电力系统不平衡功率估算与附加功率控制策略[J]．电力科学与技术学报，2022，37(3)：50-60．
	ZHANG J L， LI J P， TANG Z，et al ．Local measurement based unbalanced active power estimation and supplementary power modulation for power systems with high proportions of renewable energy[J]．Journal of Electric Power Science and Technology，2022，37(3)：50-60．
5	杨洪朝，杨迪，孟科．高比例可再生能源渗透下多虚拟电厂多时间尺度协调优化调度[J]．智慧电力，2021，49(2)：60-68． doi:10.3969/j.issn.1673-7598.2021.02.011
	YANG H Z， YANG D， MENG K ．Multi-time scale coordination optimal scheduling of multiple virtual power plants with high-penetration renewable energy integration[J]．Smart Power，2021，49(2)：60-68． doi:10.3969/j.issn.1673-7598.2021.02.011
6	郑浩伟，闫庆友，尹哲，等．计及日前-实时交易和共享储能的VPP运行优化及双层效益分配[J]．电力建设，2022，43(9)：34-46．
	ZHENG H W， YAN Q Y， YIN Z，et al ．VPP operation optimization and bilayer ｒevenue distribution model considering the two-level market and shared energy storage[J]．Electric Power Construction，2022，43(9)：34-46．
7	李凌昊，邱晓燕，张浩禹，等．电力市场下的虚拟电厂风险厌恶模型与利益分配方法[J]．电力建设，2021，42(1)：67-75． doi:10.12204/j.issn.1000-7229.2021.01.008
	LI L H， QIU X Y， ZHANG H Y，et al ．Risk aversion model and profit distribution method of virtual power plant in power market[J]．Electric Power Construction，2021，42(1)：67-75． doi:10.12204/j.issn.1000-7229.2021.01.008
8	卫志农，余爽，孙国强，等．虚拟电厂的概念与发展[J]．电力系统自动化，2013，37(13)：1-9． doi:10.7500/AEPS201210156
	WEI Z N， YU S， SUN G Q，et al ．Concept and development of virtual power plant[J]．Automation of Electric Power Systems，2013，37(13)：1-9． doi:10.7500/AEPS201210156
9	王宣元，刘敦楠，刘蓁，等．泛在电力物联网下虚拟电厂运营机制及关键技术[J]．电网技术，2019，43(9)：3175-3183．
	WANG X Y， LIU D N， LIU Z，et al ．Operation mechanism and key technologies of virtual power plant under ubiquitous internet of things[J]．Power System Technology，2019，43(9)：3175-3183．
10	王宣元，高洪超，张浩，等．面向新型电力系统的灵活资源聚合技术应用场景分析及建设启示[J]．电力需求侧管理，2022，24(1)：73-80． doi:10.3969/j.issn.1009-1831.2022.01.013
	WANG X Y， GAO H C， ZHANG H，et al ．Analysis and enlightenment of aggregation technology application scenarios of flexible distributed energy resources oriented to new power system[J]．Power Demand Side Management，2022，24(1)：73-80． doi:10.3969/j.issn.1009-1831.2022.01.013
11	严欢，胡俊杰，黄旦莉，等．考虑电动汽车虚拟电厂灵活性和高比例光伏接入的配电网规划[J]．电力建设，2022，43(11)：14-23． doi:10.12204/j.issn.1000-7229.2022.11.002
	YAN H， HU J J， HUANG D L，et al ．Distribution network planning considering the flexibility of EV virtual power plants and high penetration of PV[J]．Electric Power Construction，2022，43(11)：14-23． doi:10.12204/j.issn.1000-7229.2022.11.002
12	卫璇，潘昭光，王彬，等．云管边端架构下虚拟电厂资源集群与协同调控研究综述及展望[J]．全球能源互联网，2020，3(6)：539-551．
	WEI X， PAN Z G， WANG B，et al ．Review on virtual power plant resource aggregation and collaborative regulation using cloud-tube-edge-end architecture[J]．Journal of Global Energy Inter-connection，2020，3(6)：539-551．
13	陈皓勇，谭碧飞，伍亮，等．分层集群的新型电力系统运行与控制[J]．中国电机工程学报，2023，43(2)：581-595．
	CHEN H Y， TAN B F， WU L，et al ．Operation and control of the new power systems based on hierarchical clusters[J]．Proceedings of the CSEE，2023，43(2)：581-595．
14	李嘉媚，艾芊，殷爽睿．虚拟电厂参与调峰调频服务的市场机制与国外经验借鉴[J]．中国电机工程学报，2022，42(1)：37-56．
	LI J M， AI Q， YIN S R ．Market mechanism and foreign experience of virtual power plant participating in peak-regulation and frequency-regulation[J]．Proceedings of the CSEE，2022，42(1)：37-56．
15	CHEN H， WANG X， LI Z，et al ．Distributed sensing and cooperative estimation/detection of ubiquitous power internet of things[J]．Protection and Control of Modern Power Systems，2019，4(1)：1-8． doi:10.1186/s41601-019-0128-2
16	WANG W， CHEN P， ZENG D，et al ．Electric vehicle fleet integration in a virtual power plant with large-scale wind power[J]．IEEE Transactions on Industry Applications，2020，56(5)：5924-5931． doi:10.1109/tia.2020.2993529
17	LI J， PENG D， ZHAO H，et al ．A spatial-temporal bi-layer optimal control strategy of large-scale electric vehicles (EVs) in a multi-area virtual power plant (VPP) oriented to dual carbon target[J]．IET Renewable Power Generation，2022，16(7)：1445-1461． doi:10.1049/rpg2.12390
18	LI X， LI C， LIU X，et al ．Two-stage community energy trading under end-edge-cloud orchestration[J]．IEEE Internet of Things Journal，2023，10(3)：1961-1972． doi:10.1109/jiot.2022.3140336
19	杨秀，杜楠楠，孙改平，等．考虑需求响应的虚拟电厂双层优化调度[J]．电力科学与技术学报，2022，37(2)：137-146．
	YANG X， DU N N， SUN G P，et al ．Bi-level optimization dispatch of virtual power plants considering the demand response[J]．Journal of Electric Power Science and Technology，2022，37(2)：137-146．
20	田立亭，程林，郭剑波，等．虚拟电厂对分布式能源的管理和互动机制研究综述[J]．电网技术，2020，44(6)：2097-2108． doi:10.13335/j.1000-3673.pst.2019.2193
	TIAN L T， CHENG L， GUO J B，et al ．A review on the study of management and interaction mechanism for distributed energy in virtual power plants[J]．Power System Technology，2020，44(6)：2097-2108． doi:10.13335/j.1000-3673.pst.2019.2193
21	GOUGH M， SANTOS S F， LOTFI M，et al ．Operation of a technical virtual power plant considering diverse distributed energy resources[J]．IEEE Trans-actions on Industry Applications，2022，58(2)：2547-2558． doi:10.1109/tia.2022.3143479
22	周玮，高垚，彭飞翔，等．基于模型预测控制的能源产消者端对端交易策略[J]．电力系统保护与控制，2022，50(9)：1-10．
	ZHOU W， GAO Y， PENG F X，et al ．Peer-to-peer energy trading strategy for prosumers based on model predictive control[J]．Power System Protection and Control，2022，50(9)：1-10．
23	刘杨，刘天羽．基于区块链和动态定价模型的微电网P2P能源交易[J]．智慧电力，2022，50(3)：30-36． doi:10.3969/j.issn.1673-7598.2022.03.006
	LIU Y， LIU T Y ．P2P energy trading in microgrid based on blockchain and dynamic pricing model[J]．Smart Power，2022，50(3)：30-36． doi:10.3969/j.issn.1673-7598.2022.03.006
24	李可舒，王冬容．欧洲虚拟电厂发展对我国的启示[J]．中国电力企业管理，2020(25)：93-95．
	LI K S， WANG D R ．Enlightenment of the development of virtual power plants in Europe to China[J]．China Power Enterprise Management，2020(25)：93-95．

[1]	刘洪波, 刘珅诚, 盖雪扬, 刘永发, 阎禹同. 高比例新能源接入的主动配电网规划综述[J]. 发电技术, 2024, 45(1): 151-161.
[2]	张叶青, 陈文彬, 徐律军, 江兴稳. 面向多虚拟电厂的分层分区多层互补动态聚合调控策略[J]. 发电技术, 2024, 45(1): 162-169.
[3]	许星原, 陈皓勇, 黄宇翔, 吴晓彬, 王宇绅, 廉俊豪, 张健彬. 虚拟电厂市场化交易中的挑战、策略与关键技术[J]. 发电技术, 2023, 44(6): 745-757.
[4]	赵振宇, 李炘薪. 基于阶梯碳交易的碳捕集电厂-电转气虚拟电厂低碳经济调度[J]. 发电技术, 2023, 44(6): 769-780.
[5]	贾晓强, 杨永标, 杜姣, 甘海庆, 杨楠. 气候变化条件下基于智能预测模型的虚拟电厂不确定性运行优化研究[J]. 发电技术, 2023, 44(6): 790-799.
[6]	黄河, 王燕, 姜念, 吴强, 张雅静, 杨秀媛. 考虑用户诉求差异的居民可控负荷资源优化控制[J]. 发电技术, 2023, 44(6): 896-908.
[7]	彭道刚, 税纪钧, 王丹豪, 赵慧荣. “双碳”背景下虚拟电厂研究综述[J]. 发电技术, 2023, 44(5): 602-615.
[8]	张宁, 朱昊, 杨凌霄, 胡存刚. 考虑可再生能源消纳的多能互补虚拟电厂优化调度策略[J]. 发电技术, 2023, 44(5): 625-633.
[9]	郁海彬, 张煜晨, 刘扬洋, 陆增洁, 翁锦德. 碳交易机制下多主体虚拟电厂参与电力市场的优化调度竞标策略[J]. 发电技术, 2023, 44(5): 634-644.
[10]	石梦舒, 许小峰, 张继广, 李忆, 周保中, 乐鹰, 毕圣. 考虑电-氢市场的虚拟电厂两阶段优化策略研究[J]. 发电技术, 2023, 44(5): 645-655.
[11]	李建林, 邵晨曦, 张则栋, 梁忠豪, 曾飞. 氢能产业政策及商业化模式分析[J]. 发电技术, 2023, 44(3): 287-295.
[12]	杨锡勇, 张仰飞, 林纲, 张玉卓, 安允展, 杨昊天. 考虑需求响应的源-荷-储多时间尺度协同优化调度策略[J]. 发电技术, 2023, 44(2): 253-260.
[13]	杜将武, 唐小强, 罗志伟, 刘敦楠, 陈积旭, 徐尔丰, 毕圣. 面向综合能源园区的丰枯电价定价方法[J]. 发电技术, 2023, 44(2): 261-269.
[14]	肖洋, 李志强, 程林, 汤磊, 夏潮, 梁英, 宋锐, 王东阳, 李贺文. 西北电网集中式调相机AVC综合协调控制策略[J]. 发电技术, 2023, 44(2): 270-279.
[15]	印欣, 张锋, 阿地利·巴拉提, 常喜强, 陈武晖, 李长军, 李雪明, 袁少伟. 新型电力系统背景下电热负荷参与实时调度研究[J]. 发电技术, 2023, 44(1): 115-124.