與世界上很多國家一樣，澳大利亞電力系統(tǒng)正在發(fā)生著結(jié)構(gòu)性改變，分布式能源和儲能技術(shù)迅猛發(fā)展、用電側(cè)更加積極主動地參與需求響應(yīng)等，都對保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行提出了新的挑戰(zhàn)。基于傳統(tǒng)集中式能源設(shè)計的澳大利亞電力市場需要進一步的改革，以適應(yīng)分布式資源規(guī)模持續(xù)擴大的新形勢。為此， 澳大利亞開展了一系列電力市場改革措施研究，探索如何能夠?qū)⒖稍偕茉?、儲能技術(shù)、分布式能源和需求響應(yīng)等資源與電力市場運行進行有效整合，其中的一個環(huán)節(jié)是于2019年7月到2021年6月進行的為期兩年的虛擬電廠參與電力市場試點運行。本文基于對相關(guān)機構(gòu)公開發(fā)布的原始資料進行收集整理、編譯，簡略地介紹澳大利亞虛擬電廠試點運行情況。
起源背景
盡管澳大利亞分布式能源發(fā)展勢頭強勁，各州政府相繼推出大力發(fā)展家庭儲能電池計劃，人們普遍預(yù)期分布式能源與儲能電池的聚合發(fā)展將進入快車道，可是現(xiàn)行電力市場規(guī)則中有關(guān)售電公司、虛擬電廠運營商、小規(guī)模電源聚合商的每個發(fā)電設(shè)備要有單獨的并網(wǎng)計量點，且不包括聚合用電負荷并網(wǎng)計量點和發(fā)電、用電必須分開計量等規(guī)定，阻礙了虛擬電廠有效參與電力市場并發(fā)揮作用。為了配合未來電力市場整合分布式能源改革研究，澳大利亞能源市場運營中心(Australian Energy Market Operator，簡稱為AEMO)牽頭組織實施了這次虛擬電廠參與電力市場試點運行，旨在了解掌握儲能電池運行規(guī)律，評價虛擬電廠提供可靠調(diào)頻輔助服務(wù)、響應(yīng)現(xiàn)貨市場價格、為配網(wǎng)提供電壓支撐等方面的能力，檢驗虛擬電廠是否具備增值潛力及增值空間，為虛擬電廠納入電力市場體系規(guī)則制定和技術(shù)要求積累經(jīng)驗。澳大利亞可再生能源署(Australian Renewable Energy Agency，簡稱為ARENA)為該項目提供資金支助。
準備過程
AEMO于2018 年11月23日發(fā)布了虛擬電廠試點運行項目方案的征求意見稿，陳述了試點運行要達到的目的及市場主體準入條件，并公開征詢意見，于2018 年12月舉辦兩次線上會議聽取市場主體對試點運行方案的反映。市場主體對虛擬電廠試點運行反映非常積極，到2018 年12月21日征詢截止時，AEMO共收到29份書面反饋意見，其中的26份被掛在AEMO網(wǎng)站上，可以公開查詢。試點運行項目得到市場主體的普遍支持，認為目前虛擬電廠仍處在早期發(fā)展階段，其規(guī)模尚小，所使用的操作平臺和通訊系統(tǒng)并不完善，試點運行是檢驗虛擬電廠的能力，并使其在電力市場中增值的有效途徑。AEMO對市場主體提出的諸多改進方案的建議給出了書面答復(fù)。
試點運行數(shù)據(jù)接口并不是直接銜接到電力市場技術(shù)支持系統(tǒng)上的，而是通過單獨開發(fā)的一套App界面來交互數(shù)據(jù)，其中有供市場主體注冊用的常備數(shù)據(jù)App、調(diào)頻輔助服務(wù)確認App、運行數(shù)據(jù)App(上傳虛擬電廠實際執(zhí)行數(shù)據(jù)和運行計劃)和設(shè)備遙測技術(shù)App，用于每5分鐘上傳一次用戶水平的實際頻率、電壓、儲能電池充放狀態(tài)、光伏出力等數(shù)據(jù)。其實于2019年4月才開始開發(fā)的這些數(shù)據(jù)App界面在7月虛擬電廠試點運行啟動時還沒有完成，當(dāng)時市場主體是使用電子郵件提交非運行數(shù)據(jù)的，只是在數(shù)據(jù)App界面付諸使用后，虛擬電廠才開始上傳運行數(shù)據(jù)。
AEMO于2019年7月發(fā)布虛擬電廠試點運行實施方案(正式版)、市場主體準入條件及注冊文件，啟動試點運行，開始受理市場主體注冊申請。
試點運行實施方案與相關(guān)技術(shù)規(guī)范
試點運行實施方案規(guī)定虛擬電廠的最小規(guī)模為1 兆瓦，不得包含集中式儲能電池。AEMO采取了三種虛擬電廠參與市場試點運行的方式：一是虛擬電廠與售電公司合作同時參加調(diào)頻輔助服務(wù)市場和實時電力市場;在這種情況下，虛擬電廠要與售電公司簽訂協(xié)議，虛擬電廠不必進行注冊，交易機構(gòu)與售電公司進行結(jié)算。二是售電公司擁有的虛擬電廠參加調(diào)頻輔助服務(wù)市場和實時電力市場交易。三是虛擬電廠可以單獨注冊，但僅能參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場。參加試點運行的虛擬電廠市場主體在注冊時需提交用戶表計標識碼和電表技術(shù)參數(shù)，注入頻率測試數(shù)據(jù)，無須繳納注冊費。
注冊試點運行的虛擬電廠參加實時電力市場歸類于非調(diào)度安排電源，接受實時電能量價格，并不需要競價上網(wǎng)。AEMO依據(jù)虛擬電廠上傳的運行數(shù)據(jù)預(yù)測他們的發(fā)用電量， 作為電力供需平衡的邊界條件。參與用電側(cè)電能量交易的售電公司代理用戶進行結(jié)算，按照用戶電量和實時電價繳納電費。在用戶向電網(wǎng)輸入凈電量時段，售電公司獲得“負”負荷收入，以降低用戶電費。
虛擬電廠不僅能夠通過發(fā)電出力、用電負荷雙向交易電能量，而且還可以參加六種應(yīng)急恢復(fù)用調(diào)頻輔助服務(wù)品種交易，分別為快速向上恢復(fù)，快速向下恢復(fù)，慢速向上恢復(fù)，慢速向下恢復(fù)，延遲向上恢復(fù)，延遲向下恢復(fù)。虛擬電廠響應(yīng)頻率偏移方式可以按照比例調(diào)節(jié), 即其出力/負荷上下調(diào)節(jié)量與頻率偏移幅度成比例，或者是以開關(guān)方式，例如關(guān)?；蜷_啟用電設(shè)備。受技術(shù)條件限制，試點運行期間虛擬電廠不參與由AGC調(diào)控的修正用調(diào)頻輔助服務(wù)市場。AEMO對虛擬電廠提供調(diào)頻輔助服務(wù)的技術(shù)要求進行了相應(yīng)規(guī)定，其中包括數(shù)據(jù)采集裝置的技術(shù)標準、有功功率和頻率計量點、數(shù)據(jù)采集時間顆粒度、計量精確度、 計量數(shù)據(jù)的同步性、虛擬電廠對計量點頻率偏移響應(yīng)的時間等，并印發(fā)測試虛擬電廠對頻率偏移響應(yīng)功能的操作規(guī)程。
澳大利亞電力市場規(guī)則規(guī)定發(fā)電側(cè)和用電側(cè)為兩類不同的市場主體，分開注冊參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場交易， 并且分攤調(diào)頻輔助服務(wù)費用的方式是不一樣的。虛擬電廠是按照用電側(cè)市場主體注冊的。在2019年7月試點開始運行時，電力市場規(guī)則并不認可調(diào)頻輔助服務(wù)市場用電側(cè)主體的反向凈送電。為了使虛擬電廠能夠參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場，AEMO對現(xiàn)有調(diào)頻輔助服務(wù)技術(shù)標準中所規(guī)定的表計方式進行了特別修訂。2019年12月，AEMO發(fā)布了分布式資源調(diào)頻輔助服務(wù)臨時條款，允許一般的用電負荷并網(wǎng)點提供發(fā)/用電雙向調(diào)頻輔助服務(wù)。
為了提高虛擬電廠運行透明度，試點運行要求虛擬電廠實時上傳其運行計劃、可用容量、實際運行及常備數(shù)據(jù)。發(fā)用電量預(yù)測是5分鐘顆粒度，每5分鐘更新一次。實際發(fā)用電量數(shù)據(jù)顆粒度也是5分鐘，每5分鐘更新一次，要在5分鐘時段結(jié)束后的5分鐘內(nèi)上傳完畢。在發(fā)生應(yīng)急事件、出現(xiàn)頻率偏移后，AEMO會依據(jù)虛擬電廠提供的一系列運行數(shù)據(jù)，包括頻率、有功功率、有多少分布式電源可提供調(diào)頻輔助服務(wù)等，來確認其出力/負荷對頻率變化響應(yīng)的執(zhí)行情況。
在試點運行結(jié)束后，相關(guān)文件不再生效，技術(shù)支持平臺終止運行。
試點運行情況
在試點運行的兩年間，共有7家虛擬電廠市場主體注冊參加，其中一家有兩個虛擬電廠。在運行的第一年，因新冠肺炎疫情暴發(fā)，各項工作都受到很大影響，只有特斯拉(2019年9月)和 AGL VPP(2020年2月)兩家虛擬電廠市場主體注冊參與試點運行。在延續(xù)的一年中，又先后有五家虛擬電廠市場主體注冊參與了試點運行。參與試點運行的虛擬電廠的技術(shù)設(shè)備都是“光伏+儲能電池”，總?cè)萘亢嫌嫗?1兆瓦，其中絕大部分(27兆瓦)在南澳大利亞。約7150用戶簽約參與試點虛擬電廠項目，幾乎占安裝儲能電池用戶的1/4。
試點運行期間出現(xiàn)了幾次突發(fā)事件，對于應(yīng)急恢復(fù)頻率需求，多數(shù)虛擬電廠都能提供調(diào)頻輔助服務(wù)。但也出現(xiàn)過公共互聯(lián)網(wǎng)造成與虛擬電廠通訊暫時中斷時、虛擬電廠項目未能提供調(diào)頻輔助服務(wù)的現(xiàn)象。事實上，AEMO平均能接收到66%～97% 的虛擬電廠通過遙測技術(shù)上傳的數(shù)據(jù)。
從電能量市場看，參與交易的虛擬電廠表現(xiàn)出大體相近的充放電行為，其市場策略在很大程度上是為了優(yōu)化用戶的用電量，而不是通過博弈實時市場價格獲利。特別是虛擬電廠的行為在正常電價范圍(0～300澳元/兆瓦時)沒有明顯的改變。市場分析顯示，即使在實時價格高于10000澳元/兆瓦時、低于負500澳元/兆瓦時這樣的極端情況下，虛擬電廠的反應(yīng)并不存在趨同行為。在實時價格極高時，只有三家虛擬電廠在39%的時間內(nèi)做出相應(yīng)反應(yīng)。在很多的負數(shù)實時價格出現(xiàn)時，確實觀察到虛擬電廠在充電，但是這些時段基本上與虛擬電廠每天中午充電時間重合。在其他負價格時間，虛擬電廠充電是非常有限的。后續(xù)跟進調(diào)研了解到受用戶協(xié)議約束，虛擬電廠不太可能在設(shè)定充電時間外的負電價情況下再充電。所以說，觀察到的市場行為與電價信號弱關(guān)聯(lián)，反映出的是虛擬電廠的發(fā)用電決策在很大程度上取決于用戶協(xié)議、事先設(shè)計的充放電控制算法等非價格因素。分析還發(fā)現(xiàn)儲能電池充放電模式與用戶類型、電池規(guī)模有很大關(guān)系。
雖然虛擬電廠可以提供其發(fā)用電的預(yù)測，但是其精準度還存在提高的空間。試點運行還出現(xiàn)了一個令人困惑的現(xiàn)象，虛擬電廠預(yù)測出力/負荷的精準度似乎并不隨著預(yù)測提前的時間縮短而提高。如表所示，從提前一天到提前5分鐘，虛擬電廠的平均預(yù)測精準度沒有什么改進。作為對比，集中式光伏的輸出功率預(yù)測精準度隨著時間減少有了顯著的提高，平均提前5分鐘的預(yù)測誤差是提前一小時預(yù)測誤差的一半(見下表)。
AEMO還在試點運行期間聘用第三方機構(gòu)進行了客戶體驗調(diào)查，結(jié)果顯示希望節(jié)省電費是用戶加入虛擬電廠項目的最主要原因。用戶意識到虛擬電廠會在一定程度上控制他們的電力設(shè)備使用方式，因此保障其經(jīng)濟上的利益對提高他們參與虛擬電廠項目意愿是非常重要的。
經(jīng)驗總結(jié)
虛擬電廠技術(shù)特性與集中式電源相比存在極大差別，其分散性意味著指令性的精準控制方式不再適用，這對電力系統(tǒng)調(diào)度運行提出了新挑戰(zhàn)。如何調(diào)動虛擬電廠市場主體的積極性，充分發(fā)揮其作用是能夠?qū)⑻摂M電廠與電力系統(tǒng)運行有效整合的關(guān)鍵。澳大利亞虛擬電廠試點運行準備過程的規(guī)范性、公開性及在注重市場主體參與等方面的經(jīng)驗都非常值得借鑒。
虛擬電廠是使用公共互聯(lián)網(wǎng)聚集用戶設(shè)備來運行數(shù)據(jù)的，其可靠性是無法與高質(zhì)量、高標準電力系統(tǒng)運行專用的通訊網(wǎng)絡(luò)相比擬的，也必然存在網(wǎng)絡(luò)安全隱患。發(fā)用電設(shè)備運行數(shù)據(jù)采集、傳遞是保證虛擬電廠有效發(fā)揮作用的核心技術(shù)，而發(fā)用電量預(yù)測則是虛擬電廠算法的重中之重。
此次試點運行非常重視虛擬電廠設(shè)備運行數(shù)據(jù)的采集和上傳，獲得了大量第一手數(shù)據(jù)。在試點運行期間，虛擬電廠運營商向AEMO實時上傳運行數(shù)據(jù)，不僅有助于試點運行平穩(wěn)進行，而且為開展試點運行復(fù)盤分析提供了翔實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。AEMO每半年都會發(fā)布一次運行情況報告，共享其分析結(jié)果和發(fā)現(xiàn)。虛擬電廠對于市場主體來說是新生事物，市場主體可以通過披露信息，把握分析市場運行情況，結(jié)合自己在試點運行中所積累的經(jīng)驗尋求虛擬電廠的市場價值。這將有益于增強虛擬電廠市場主體的信心，提高其參與電力市場的積極性，也有助于培育資源聚合商這一新興市場業(yè)態(tài)。
END本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2022年12期，作者系澳大利亞AGL能源有限公司能源市場部前主任分析師、華南理工大學(xué)客座教授。
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