中國儲能網(wǎng)訊：7月24日，第二屆中國新型儲能產(chǎn)業(yè)高質量發(fā)展大會暨第二屆全國虛擬電廠技術高層研討會召開，聚焦新型儲能行業(yè)發(fā)展熱點問題，為新型儲能高質量規(guī)?；l(fā)展賦能助力。
在論壇現(xiàn)場，西安交通大學教授葉洪興發(fā)表了《面向虛擬電廠的云邊協(xié)同負荷管理系統(tǒng)》的主題演講。
葉洪興：大家好，非常高興來跟大家分享一下我們做的一個關于虛擬電廠的工作，因為時間關系，我稍微快一點。
我主要講三部分內容，首先是分布式資源，簡單介紹一下分布式資源包括什么內容，之前各位領導專家都對其進行了介紹，然后我這里將重點講一下多虛擬電廠云邊協(xié)同優(yōu)化。之前的專家已經(jīng)談到了單個的虛擬電廠，包括上一位嘉賓提到的共享儲能，其實共享這個詞是跟多虛擬電廠是可以掛鉤的。最后我們介紹一下開發(fā)的系統(tǒng)。
分布式資源大家已經(jīng)很關心了，包括一些風光的，源端的，包括荷端的，包括儲能，其實儲能既可以做源端也可以做荷端。
對于政策環(huán)境而言，我國已經(jīng)推出了雙碳30、60，這為行業(yè)或者說這個賽道帶來了巨大的推動力，促使我們向低碳方面轉型。今天在討論云邊協(xié)同時，我們也將談到如何把碳的因素融入到虛擬電廠里面。另外我國還存在一個發(fā)展趨勢，即電力系統(tǒng)對于靈活性資源的需求非常大，這也是虛擬電廠可以快速發(fā)展的原因之一。
最后一個要討論的是我們如何利用靈活性資源，包括靈活調節(jié)、削峰填谷、以及爬坡等。面向虛擬電廠分布式資源聚合和調控，是虛擬電廠里面關鍵的技術要點。虛擬電廠可以打破分布式能源地域和范圍的限制，不像傳統(tǒng)的能源受制于地域的限制，因為有“虛擬”這個詞，所以它可以把不同地區(qū)或地點的資源進行整合，進一步地促進分布式能源的發(fā)展和降低碳排放。
今天我講的內容主從技術層面來看，涉及到分布式資源聚合和云邊協(xié)同的優(yōu)化。在此之前，先簡單說一下分布式資源的特點。正如剛才提到的，單個儲能或者是單個的風光電在虛擬電廠里面裝機容量通常是很小的，對于一個調度系統(tǒng)來說，它們的顆粒度太小以至于調度系統(tǒng)難以直接調動，因為調度系統(tǒng)的計算的精度都達不到它們的裝機容量。所以，這里面有涉及到一個關鍵詞，即聚合，也是所謂的“聚沙成塔”。將小的資源結合起來就可以有效地參與市場，雖然單個個體小，但是數(shù)量大，所以總量大。然而，總量龐大對于我們的調度和調控會產(chǎn)生一些難題。
另外一個要考慮的點就是負荷的參與。在這方面，我們從原來的源隨荷動發(fā)展到現(xiàn)在的源荷互動，這里面包括了儲能，所以負荷的參與程度也是非常重要的。據(jù)統(tǒng)計，一般來說，像需求側的管理，可能也只有5%的負荷能真正參與進來。然而，未來對于負荷參與度的要求和期望會變得非常高，尤其是在新能源占比提高了以后。
“聚合”難在哪里？是龐大的離散變量規(guī)模。在我們做模型或者建立聚合調控的時候，針對的是單個的個體，與以前傳統(tǒng)的大型電廠不同，它們的調控都比較連續(xù)，而虛擬電廠中單個個體容量小，數(shù)量又很大，所以會引入很多離散的變量。
另外一個關鍵點在于資源多元性，虛擬電廠不僅僅涉及火電機組，或者僅僅是儲能，現(xiàn)在它包括儲能、火電、風光、電動汽車及其他各類負荷等多種資源。虛擬電廠的資源類型非常豐富，并且每種資源都有自己的特性。從某種程度上來說，它們可以互補共濟，比如晚上風能可能很豐富，但是沒有光能，而那白天光伏則較為充足，這里面光和風有一定的互補性。從儲能來說，它有一個“萬金油”的特性，它可以在任意時刻進行調用，雖然容量有限，不能無限的用，比如剛剛講到的4個小時，2個小時，或者10個小時等等。但在儲能無法調用的時間段，其他的資源此時或許可以被調用，比如說分布式的機組的使用時間是不受限制的，所以從時間層面來說也是可以互補的，這只是兩個例子，為了說明多元資源特性互補?；パa以后如果聯(lián)合起來作為聯(lián)合的市場主體就可以參與更多的市場競爭，在電力市場里面或者是其它的市場里面，包括碳交易市場，以實現(xiàn)盈利或者是達到更高的權益。
下面介紹一下多虛擬電廠的特點。多虛擬電廠需要接入電網(wǎng)，而接入點的位置會對潮流產(chǎn)生不同的影響。價格也會因此不一樣，其實這里面潮流也是不一樣的。比如說如果分別在不同的A點和B點接入，網(wǎng)損會不一樣，可能接近某個地方的時候網(wǎng)損小一點，利用率高一點。而離負荷較遠時，網(wǎng)損會大一點，可能成本也要更高。另外一個還有虛擬電廠的資源類型也不盡相同，正如之前所說，多個虛擬電廠里面的資源是多樣化的，如果能夠聯(lián)合起來，進行聚合調度調控的話就可以發(fā)揮更高層次的資源互補效應。
還有一個要考慮的點是節(jié)點碳勢的差異性，這跟我們說的碳排放掛鉤。比如說，火電廠發(fā)電時排放的碳比較多，而風光發(fā)電無碳排放，計算的話可以用碳勢的概念，即發(fā)一度電排放了多少的碳。每個節(jié)點的碳勢會不一樣，如果使用的清潔能源多一些，那么碳排放量就會減少。所以如果我們考慮每個節(jié)點的碳勢不一樣，那么多虛擬電廠內部的碳勢就會各不相同，且因時空不同而變化。還有一個需要考慮的問題是敏感信息，或者是商業(yè)信息。有些參與市場的資源擁有方不想把自己的商業(yè)機密透露給外界，這個時候就有一個本地保護信息的需求。有時候人們會用加密的手段來保護信息，而我們提出的算法就無需對外透露關鍵信息，從源頭杜絕了信息泄漏，并開發(fā)了云邊協(xié)同優(yōu)化平臺來落地。
我們這里面提出來了時空優(yōu)化模型，即在時間和空間上進行優(yōu)化，同時實現(xiàn)資源的互補，可以達到3個目標，一個是提升配網(wǎng)新能源承載力，因為我們強調了靈活性，靈活性的提高可增強承載力；第二，提高削峰填谷的水平；第三，降低碳排放。這里面簡單介紹一下所謂的節(jié)點的碳勢的定義。針對某一個節(jié)點，首先根據(jù)潮流或者能量，計算總的碳排放量，然后除以潮流或者能量，這樣就得到了碳勢。有了碳勢之后，就可以精確地計算虛擬電廠發(fā)電或者是用電會有多少碳排放。但是這里面也有難點，碳勢的計算是非凸的問題，從計算的角度來說很復雜。如果問題是非凸的則有可能計算復雜度呈指數(shù)級的增長，計算十分困難。我們的處理方法就是用凸化，這個較為學術，就不具體展開了。
下面介紹云邊協(xié)同優(yōu)化的框架。在這個框架中，上層是主網(wǎng)，下層涉及價格信號和電能交換。配網(wǎng)運營商可以連接很多個虛擬電廠，通過價格信號實現(xiàn)電能交換的目的。這里面存在一些關鍵問題。首先，如果虛擬電廠或者是分布式資源的規(guī)模很大，如何進行高效的調度是一個重要問題；第二，對于敏感信息，有些資源擁有方不想把信息傳給外部機構，想把重要性的信息比如成本信息放在本地，如何實現(xiàn)這一點也是一個關鍵問題；第三，運營商還要實現(xiàn)削峰填谷的效果，以及在電力市場中實現(xiàn)對外盈利的目標，能不能達到這一點？因此，為了解決以上問題，達到實現(xiàn)最優(yōu)化的目的，需要通過右邊的算法實現(xiàn)。
分布式和集中式優(yōu)化出來的結果存在差異。集中式是把所有的信息收集后進起優(yōu)化和計算，即在中心服務器里面進行計算，算完以后得到結果，由于這種方式擁有更多的信息，因此計算直接，可以作為比較標準或Benchmark。另外一種思路是分布式計算，在這種情況下，只傳遞部分的信息，而重要的商業(yè)成本信息都放在本地了，那跟集中式優(yōu)化對比起來差異有多少？這個圖列出來結果。左下角三個圖，一個是比較了有功的差異，還有一個是無功的差異，右下角是電壓幅值，集中式和分布式的結果基本上一致。
總結一下，我們這種分布式優(yōu)化的優(yōu)勢包括：
1、將節(jié)點碳勢引入多能源系統(tǒng)。
2、保護數(shù)據(jù)隱私的分布式計算。
3、提高了分布式OPF計算速度。
4、對節(jié)點碳勢計算進行凸化處理。
這個是系統(tǒng)，所謂的云是指只進行少量聚合的信息加減乘除的計算，邊是邊緣計算，主要是指計算時在單個智能體里面本地進行計算，穩(wěn)定性比較好。在通信過程當中，假如出現(xiàn)一些問題，但邊緣計算對整體系統(tǒng)的影響不大。此外，邊緣計算準確性也比較高，信息的交互量小，不需要透露太多的信息，還具備較快的計算速度。
這頁PPT基于MQTT的云邊協(xié)同系統(tǒng)是針對負荷管理用的。性能很好，對于500個用能智能體，計算時間僅需0.02秒，為了達到削峰填谷的作用進行排序，計算時間大概是0.02秒，整個物理的小平臺計算時間是非?？斓?。然后這個是步驟，總的來說，首先第一步是將有乘子的信息交給信息中轉方；第二步是下發(fā)至智能體，智能體進行計算，并上傳功率的信息；然后再到信息總線，最后整合更新乘子。
小的平臺有以下幾個特點：
1、算法高效，硬件性能要求低，低成本。
2、計量節(jié)點碳排放。
3、可規(guī)模化，適用于虛擬電廠、分布式能源、綜合能源系統(tǒng)。
4、隱私保護，不泄露本地重要信息。
這就是我今天主要匯報的內容，謝謝大家！
