中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：7月24日，第二屆中國(guó)新型儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展大會(huì)暨第二屆全國(guó)虛擬電廠技術(shù)高層研討會(huì)召開，聚焦新型儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展熱點(diǎn)問題，為新型儲(chǔ)能高質(zhì)量規(guī)模化發(fā)展賦能助力。
在論壇現(xiàn)場(chǎng)，西安交通大學(xué)教授葉洪興發(fā)表了《面向虛擬電廠的云邊協(xié)同負(fù)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(gè)關(guān)于虛擬電廠的工作，因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系，我稍微快一點(diǎn)。
我主要講三部分內(nèi)容，首先是分布式資源，簡(jiǎn)單介紹一下分布式資源包括什么內(nèi)容，之前各位領(lǐng)導(dǎo)專家都對(duì)其進(jìn)行了介紹，然后我這里將重點(diǎn)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(gè)的虛擬電廠，包括上一位嘉賓提到的共享儲(chǔ)能，其實(shí)共享這個(gè)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(guān)心了，包括一些風(fēng)光的，源端的，包括荷端的，包括儲(chǔ)能，其實(shí)儲(chǔ)能既可以做源端也可以做荷端。
對(duì)于政策環(huán)境而言，我國(guó)已經(jīng)推出了雙碳30、60，這為行業(yè)或者說這個(gè)賽道帶來了巨大的推動(dòng)力，促使我們向低碳方面轉(zhuǎn)型。今天在討論云邊協(xié)同時(shí)，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(guó)還存在一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，即電力系統(tǒng)對(duì)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(gè)要討論的是我們?nèi)绾卫渺`活性資源，包括靈活調(diào)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(diào)控，是虛擬電廠里面關(guān)鍵的技術(shù)要點(diǎn)。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?yàn)橛小疤摂M”這個(gè)詞，所以它可以把不同地區(qū)或地點(diǎn)的資源進(jìn)行整合，進(jìn)一步地促進(jìn)分布式能源的發(fā)展和降低碳排放。
今天我講的內(nèi)容主從技術(shù)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(jiǎn)單說一下分布式資源的特點(diǎn)。正如剛才提到的，單個(gè)儲(chǔ)能或者是單個(gè)的風(fēng)光電在虛擬電廠里面裝機(jī)容量通常是很小的，對(duì)于一個(gè)調(diào)度系統(tǒng)來說，它們的顆粒度太小以至于調(diào)度系統(tǒng)難以直接調(diào)動(dòng)，因?yàn)檎{(diào)度系統(tǒng)的計(jì)算的精度都達(dá)不到它們的裝機(jī)容量。所以，這里面有涉及到一個(gè)關(guān)鍵詞，即聚合，也是所謂的“聚沙成塔”。將小的資源結(jié)合起來就可以有效地參與市場(chǎng)，雖然單個(gè)個(gè)體小，但是數(shù)量大，所以總量大。然而，總量龐大對(duì)于我們的調(diào)度和調(diào)控會(huì)產(chǎn)生一些難題。
另外一個(gè)要考慮的點(diǎn)就是負(fù)荷的參與。在這方面，我們從原來的源隨荷動(dòng)發(fā)展到現(xiàn)在的源荷互動(dòng)，這里面包括了儲(chǔ)能，所以負(fù)荷的參與程度也是非常重要的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般來說，像需求側(cè)的管理，可能也只有5%的負(fù)荷能真正參與進(jìn)來。然而，未來對(duì)于負(fù)荷參與度的要求和期望會(huì)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(diào)控的時(shí)候，針對(duì)的是單個(gè)的個(gè)體，與以前傳統(tǒng)的大型電廠不同，它們的調(diào)控都比較連續(xù)，而虛擬電廠中單個(gè)個(gè)體容量小，數(shù)量又很大，所以會(huì)引入很多離散的變量。
另外一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在于資源多元性，虛擬電廠不僅僅涉及火電機(jī)組，或者僅僅是儲(chǔ)能，現(xiàn)在它包括儲(chǔ)能、火電、風(fēng)光、電動(dòng)汽車及其他各類負(fù)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(bǔ)共濟(jì)，比如晚上風(fēng)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(fēng)有一定的互補(bǔ)性。從儲(chǔ)能來說，它有一個(gè)“萬金油”的特性，它可以在任意時(shí)刻進(jìn)行調(diào)用，雖然容量有限，不能無限的用，比如剛剛講到的4個(gè)小時(shí)，2個(gè)小時(shí)，或者10個(gè)小時(shí)等等。但在儲(chǔ)能無法調(diào)用的時(shí)間段，其他的資源此時(shí)或許可以被調(diào)用，比如說分布式的機(jī)組的使用時(shí)間是不受限制的，所以從時(shí)間層面來說也是可以互補(bǔ)的，這只是兩個(gè)例子，為了說明多元資源特性互補(bǔ)?；パa(bǔ)以后如果聯(lián)合起來作為聯(lián)合的市場(chǎng)主體就可以參與更多的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，在電力市場(chǎng)里面或者是其它的市場(chǎng)里面，包括碳交易市場(chǎng)，以實(shí)現(xiàn)盈利或者是達(dá)到更高的權(quán)益。
下面介紹一下多虛擬電廠的特點(diǎn)。多虛擬電廠需要接入電網(wǎng)，而接入點(diǎn)的位置會(huì)對(duì)潮流產(chǎn)生不同的影響。價(jià)格也會(huì)因此不一樣，其實(shí)這里面潮流也是不一樣的。比如說如果分別在不同的A點(diǎn)和B點(diǎn)接入，網(wǎng)損會(huì)不一樣，可能接近某個(gè)地方的時(shí)候網(wǎng)損小一點(diǎn)，利用率高一點(diǎn)。而離負(fù)荷較遠(yuǎn)時(shí)，網(wǎng)損會(huì)大一點(diǎn)，可能成本也要更高。另外一個(gè)還有虛擬電廠的資源類型也不盡相同，正如之前所說，多個(gè)虛擬電廠里面的資源是多樣化的，如果能夠聯(lián)合起來，進(jìn)行聚合調(diào)度調(diào)控的話就可以發(fā)揮更高層次的資源互補(bǔ)效應(yīng)。
還有一個(gè)要考慮的點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)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(shí)排放的碳比較多，而風(fēng)光發(fā)電無碳排放，計(jì)算的話可以用碳勢(shì)的概念，即發(fā)一度電排放了多少的碳。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的碳勢(shì)會(huì)不一樣，如果使用的清潔能源多一些，那么碳排放量就會(huì)減少。所以如果我們考慮每個(gè)節(jié)點(diǎn)的碳勢(shì)不一樣，那么多虛擬電廠內(nèi)部的碳勢(shì)就會(huì)各不相同，且因時(shí)空不同而變化。還有一個(gè)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(chǎng)的資源擁有方不想把自己的商業(yè)機(jī)密透露給外界，這個(gè)時(shí)候就有一個(gè)本地保護(hù)信息的需求。有時(shí)候人們會(huì)用加密的手段來保護(hù)信息，而我們提出的算法就無需對(duì)外透露關(guān)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(tái)來落地。
我們這里面提出來了時(shí)空優(yōu)化模型，即在時(shí)間和空間上進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)資源的互補(bǔ)，可以達(dá)到3個(gè)目標(biāo)，一個(gè)是提升配網(wǎng)新能源承載力，因?yàn)槲覀儚?qiáng)調(diào)了靈活性，靈活性的提高可增強(qiáng)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(jiǎn)單介紹一下所謂的節(jié)點(diǎn)的碳勢(shì)的定義。針對(duì)某一個(gè)節(jié)點(diǎn)，首先根據(jù)潮流或者能量，計(jì)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(shì)。有了碳勢(shì)之后，就可以精確地計(jì)算虛擬電廠發(fā)電或者是用電會(huì)有多少碳排放。但是這里面也有難點(diǎn)，碳勢(shì)的計(jì)算是非凸的問題，從計(jì)算的角度來說很復(fù)雜。如果問題是非凸的則有可能計(jì)算復(fù)雜度呈指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)，計(jì)算十分困難。我們的處理方法就是用凸化，這個(gè)較為學(xué)術(shù)，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(gè)框架中，上層是主網(wǎng)，下層涉及價(jià)格信號(hào)和電能交換。配網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商可以連接很多個(gè)虛擬電廠，通過價(jià)格信號(hào)實(shí)現(xiàn)電能交換的目的。這里面存在一些關(guān)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(jìn)行高效的調(diào)度是一個(gè)重要問題；第二，對(duì)于敏感信息，有些資源擁有方不想把信息傳給外部機(jī)構(gòu)，想把重要性的信息比如成本信息放在本地，如何實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)也是一個(gè)關(guān)鍵問題；第三，運(yùn)營(yíng)商還要實(shí)現(xiàn)削峰填谷的效果，以及在電力市場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)外盈利的目標(biāo)，能不能達(dá)到這一點(diǎn)？因此，為了解決以上問題，達(dá)到實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的目的，需要通過右邊的算法實(shí)現(xiàn)。
分布式和集中式優(yōu)化出來的結(jié)果存在差異。集中式是把所有的信息收集后進(jìn)起優(yōu)化和計(jì)算，即在中心服務(wù)器里面進(jìn)行計(jì)算，算完以后得到結(jié)果，由于這種方式擁有更多的信息，因此計(jì)算直接，可以作為比較標(biāo)準(zhǔn)或Benchmark。另外一種思路是分布式計(jì)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(duì)比起來差異有多少？這個(gè)圖列出來結(jié)果。左下角三個(gè)圖，一個(gè)是比較了有功的差異，還有一個(gè)是無功的差異，右下角是電壓幅值，集中式和分布式的結(jié)果基本上一致。
總結(jié)一下，我們這種分布式優(yōu)化的優(yōu)勢(shì)包括：
1、將節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)引入多能源系統(tǒng)。
2、保護(hù)數(shù)據(jù)隱私的分布式計(jì)算。
3、提高了分布式OPF計(jì)算速度。
4、對(duì)節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)計(jì)算進(jìn)行凸化處理。
這個(gè)是系統(tǒng)，所謂的云是指只進(jìn)行少量聚合的信息加減乘除的計(jì)算，邊是邊緣計(jì)算，主要是指計(jì)算時(shí)在單個(gè)智能體里面本地進(jìn)行計(jì)算，穩(wěn)定性比較好。在通信過程當(dāng)中，假如出現(xiàn)一些問題，但邊緣計(jì)算對(duì)整體系統(tǒng)的影響不大。此外，邊緣計(jì)算準(zhǔn)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(jì)算速度。
這頁P(yáng)PT基于MQTT的云邊協(xié)同系統(tǒng)是針對(duì)負(fù)荷管理用的。性能很好，對(duì)于500個(gè)用能智能體，計(jì)算時(shí)間僅需0.02秒，為了達(dá)到削峰填谷的作用進(jìn)行排序，計(jì)算時(shí)間大概是0.02秒，整個(gè)物理的小平臺(tái)計(jì)算時(shí)間是非?？斓?。然后這個(gè)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(zhuǎn)方；第二步是下發(fā)至智能體，智能體進(jìn)行計(jì)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(tái)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1、算法高效，硬件性能要求低，低成本。
2、計(jì)量節(jié)點(diǎn)碳排放。
3、可規(guī)?；m用于虛擬電廠、分布式能源、綜合能源系統(tǒng)。
4、隱私保護(hù)，不泄露本地重要信息。
這就是我今天主要匯報(bào)的內(nèi)容，謝謝大家！
