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茉础δ芗夹g(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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(biāo)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)停或開啟用電設(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(biāo)準(zhǔn)、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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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)。