中國儲能網訊：本文從虛擬電廠面臨的資源聚合管理難、負荷特性分析復雜等問題切入，初步探索研究了虛擬電廠負荷資源精細化管理的方法，并基于此簡要闡述了虛擬電廠參與輔助服務市場的相關案例。希望通過本文的分享，能為虛擬電廠領域的從業(yè)人員提供全新的思路與實用的方法，共同推動虛擬電廠的建設與發(fā)展。
正文
近年來，我國用電負荷快速增長與極端天氣頻發(fā)共同增加電網保供壓力，大規(guī)模具有間接性、隨機性、波動性等特征的可再生能源接入電網，電力系統(tǒng)的“雙峰”“雙高”特征日益凸顯，其穩(wěn)定性受到沖擊，但社會各方面對電力安全穩(wěn)定供應的要求不斷提高，迫切需要兜牢電力安全保供的底線。在此背景下，虛擬電廠應運而生。
虛擬電廠建設運營難點之負荷資源管理
虛擬電廠聚合了大量需求側資源，這類資源具有區(qū)域空間分散、單體容量小、負荷特性各異等特征。因此，如何對多源異構資源進行有效的聚合管理（形成虛擬發(fā)電機組）以及如何準確識別可調節(jié)資源聚合后的負荷特性（機組發(fā)電特征），是虛擬電廠在面對電網調節(jié)需求時，能夠基于負荷資源實時運行狀態(tài)進行優(yōu)化調度決策（機組調用可行性、經濟性研判下的出力調節(jié)策略），需要解決的基礎與關鍵問題。
在多源異構資源的管理上，筆者認為主要存在以下問題：一方面，當前用戶側能源管理智能化、數(shù)字化水平參差不齊，絕大多數(shù)用戶尚未建立分項計量與監(jiān)測控制能力；另一方面，海量異構資源缺乏標準化的信息模型，其調節(jié)特性、可調潛力、調控方式等都不盡相同，聚合后統(tǒng)一管理難度大。
不過，隨著IoT、負荷預測、仿真聚合等技術的進步與發(fā)展，也支持我們能夠綜合考慮可調資源的可調時段、可調能力、調節(jié)特性及調控成本等特性，實現(xiàn)虛擬電廠資源的靜態(tài)標簽化管理與動態(tài)優(yōu)化聚合管理。
虛擬電廠負荷資源精細化管理方法
精準地對多源異構資源進行描述是實現(xiàn)負荷資源精細化管理的基礎。
通過對負荷資源精細化描述方式的研究，筆者認為需要考慮負荷資源物理屬性、用戶主觀意愿、生產工作需要、生活舒適度需求等多方因素，才能生動、形象地描述負荷資源，其主要通過以下方法實現(xiàn)：
（一）在資源排查階段，以標簽化方式開展資源入庫
設計用戶基礎屬性、用戶負荷特征、技術評價屬性、經濟評價屬性等多維標簽，從地理區(qū)域、資源類型、行業(yè)類別、時間尺度等方面進行分項設計，實現(xiàn)對區(qū)域內負荷資源的標簽化分類管理。
具體分類維度包括：管理單位、電網分區(qū)、重點輸電斷面等區(qū)域維度；重點行業(yè)、上下游關系等行業(yè)產業(yè)維度；剛性控制、柔性調節(jié)、用戶自主調節(jié)、第三方負荷聚合商自主調節(jié)等負荷調節(jié)性質維度。
（二）在資源運行階段，以實時數(shù)據(jù)實現(xiàn)資源池動態(tài)運營
基于資源排查數(shù)據(jù)以及負荷預測模型，從行業(yè)潛力、負荷重要性等級、時間尺度等維度建立多時段、多品類的精準實時動態(tài)可調資源池。
根據(jù)所在地區(qū)特點，確定重點關注的資源類型（比如暖通空調系統(tǒng)、電熱水器、電動汽車充放電負荷等），對于重點資源開展基于本體物理模型和表達用戶主觀使用意愿的控制模型，提出重點資源的精細化建模方法；對于一般通用型負荷，根據(jù)運行特性、并網方式、接入條件、客戶管理等特征，基于數(shù)據(jù)挖掘技術擬合分類資源屬性特征。
此外，通過實時動態(tài)分回路的監(jiān)測，實現(xiàn)對資源池的動態(tài)化調控運營，提高對可調節(jié)資源的分層分區(qū)分類精益管理能力。
（三）在資源應用階段，以等值聚合助力電網運行支撐
實現(xiàn)模型交互與數(shù)據(jù)結構的通用化后，將各類可調節(jié)資源聚合為滿足電網實際控制需求的虛擬電廠等值模型，虛擬電廠對外等值為類似傳統(tǒng)火電機組的調節(jié)特性，提取可調功率上下限、響應時間、爬坡速率等技術參數(shù)，對內設置相應的控制策略，涵蓋中長期、日前、日內、實時多時間尺度。同時，考慮電功率平衡約束、熱功率平衡約束、可調節(jié)資源運行約束等約束條件，實現(xiàn)可調節(jié)資源的優(yōu)化控制。最后，虛擬電廠上報包含等值模型、基準功率、成本函數(shù)等部分在內的聚合模型，納入電網日前、日內優(yōu)化調度和APC 閉環(huán)控制，為電網提供調峰、調頻、調壓等運行支撐。
虛擬電廠負荷資源精細化管理實踐
下面，本文將以公共快充、公交專用、單位專用等多類型充電站集群參與電網削峰調峰輔助服務為例，闡述虛擬電廠如何依托負荷資源精細化管理能力，實現(xiàn)在最優(yōu)方式下，發(fā)揮可調能力并響應調節(jié)需求的應用案例。
（一）充電設施標簽化入庫
在充電設施信息建檔時，對充電站類型、充電站容量、充電樁數(shù)量、充電樁輸出功率、電氣位置、充電樁是否可控及其調控方式等信息進行錄入維護。
在用戶信息建檔時，為用戶提供車輛品牌、型號、電池容量、是否營運車輛等信息的維護入口，實現(xiàn)對充電設施與用戶關鍵檔案信息的標簽化管理。
（二）充電資源池動態(tài)運營
電動汽車充電站負荷受諸多因素影響而動態(tài)變化，一方面，季節(jié)、天氣與溫度情況、節(jié)假日與道路等社會因素都會通過影響用戶用車需求與電池荷電狀態(tài)，間接影響充電站負荷；另一方面，不同用戶群體的用車需求、充電方式與充電習慣都有所不同，起始充電時間與充電時長的隨機性也會導致充電站負荷曲線變化。
（1）受季節(jié)、天氣與溫度影響：
春秋兩季，氣候宜人，溫度一般在18-26度之間，電動汽車空調使用頻次較低，且電池性能受溫度影響小，因此用車能耗低，車輛補電頻次低，充電站負荷也相對平穩(wěn)。
但是在冬夏兩季，電動汽車空調使用頻次高，冬天低溫更是會影響電池性能縮短續(xù)航里程，造成電動汽車能耗大幅升高，車輛補電需求增加，間接提高充電站負荷。
（2）受節(jié)假日影響：
例如私家車，工作日一般是滿足上下班出行需求，日行里程相對穩(wěn)定，充電有計劃、頻次較低；而在節(jié)假日，外出活動增加，日行里程增加，充電行為隨時發(fā)生且無固定點位。
例如網約車，工作日公眾打車需求集中在上下班時間段，因此車輛補電時間往往與其錯開，而節(jié)假日公眾打車需求相對減少且地點發(fā)生改變，大多數(shù)充電站日電量會下降，充電負荷時段特征也會發(fā)生變化。
（3）受用戶群體與充電方式影響：
不同用戶群體的用車行為與充電習慣不同。例如網約車，因為營運需要以及夜間低價影響，充電時段往往集中在午間與夜間；公交車則因為營運需要，充電行為往往根據(jù)公交線路營運需求確定，較多時候也會集中在夜間由專人進行充電；私家車白天用車，夜間基本用車，因此也可以選擇慢充方式進行充電。由此可見，不同用戶群體、不同的充電方式與習慣也會影響充電站負荷。
通過對電動汽車充電站負荷的基本特性以及影響充電站負荷預測因素的研究分析，我們基于充電負荷、用戶充電訂單、環(huán)境溫度等歷史與實時數(shù)據(jù)，利用線性回歸、CNN、K-Means等負荷預測技術，實現(xiàn)對充電站負荷的短期、超短期與實時負荷預測，從而對充電資源進行動態(tài)管理，準確地對其調節(jié)能力進行描述，以滿足聚合調用的需要。
（三）充電資源等值聚合參與調節(jié)
某地電網預測次日10：00—10：30用電高峰時段供電緊張，向虛擬電廠發(fā)布協(xié)助削峰調峰需求，市場出清后，該充電站集群虛擬電廠需要在 10：00—10：30至少降低功率1173.60 kW。
為滿足本次電網削峰需求，虛擬電廠一邊調用負荷預測模塊對場站負荷進行預測，一邊通過對調度需求的解析等值聚合場站資源，最終篩選出了9座充電站，滿足調節(jié)所要求的技術參數(shù)，其等值聚合原理示意圖5所示：
充電站A為公交專用站，充電站B為公共快充站，其預測負荷曲線差異較大，充電站A在10:00-10:30的負荷絕對值較低，削峰潛力基本為零；充電站B在10:00-10:30的負荷絕對值較高，削峰潛力相對較高，因此主要聚合B類型充電站。
在不關停充電站、不影響充電站經營的情況下，為準確響應10：00—10：30壓降功率需求，充電站運營商利用虛擬電廠負荷資源標簽畫像功能，篩選出歷史充電時段與調節(jié)時段吻合、充電偏好場站包括調節(jié)場站、對充電價格敏感、充電場站隨機性高的用戶，實施用戶精準營銷活動，同時聯(lián)動附近5km內的場站組織場站級活動，結合調控事件事前、事中、事后全生命周期的消息觸達，引導用戶主動調整車輛補電時間，實現(xiàn)調控站點充電分流，避免參與調控的充電站在10：00—10：30發(fā)生高負載運行現(xiàn)象，實際響應情況如圖所示：
通過提供調峰輔助服務能夠獲得補貼收益，收益測算示意圖如下：
但是，因響應調峰需求，充電站運營商通常都需要通過營銷激勵措施調整用戶充電行為，這會產生額外的運營成本，且成本隨著削峰響應量的增加而增長，為了保障充電站參與電網調節(jié)能夠實現(xiàn)盈利，更為重要的是要在前期響應申報時就做好投入產出測算。
結語
本文針對虛擬電廠業(yè)務中的痛點難點問題之一，初步提出了一些解決辦法，也基于此提供了虛擬電廠應用實踐的相關案例，供大家參考。虛擬電廠業(yè)務涉及面非常廣泛，本人實踐經驗有限，考慮也有不足之處，期待與各位的交流互動，提出更多新維度、新思路，為虛擬電廠平臺的建設提供高價值、深入型的建設方向。
