當(dāng)前，在能源緊缺、環(huán)境惡化的嚴(yán)峻形勢(shì)下，全球能源正處在以油氣為代表的傳統(tǒng)化石能源系統(tǒng)向以可再生能源為代表的現(xiàn)代能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵期。然而，隨著能源轉(zhuǎn)型的不斷深入，對(duì)電網(wǎng)的功能作用、運(yùn)行方式提出了前所未有的考驗(yàn)。

風(fēng)能、太陽能等可再生能源，都具有隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性特征，大規(guī)模、高比例接入電網(wǎng)，將帶來巨大調(diào)峰調(diào)頻壓力，導(dǎo)致系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量弱化，給電力系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來一系列新的挑戰(zhàn)。

如何協(xié)調(diào)這種平衡?

虛擬電廠應(yīng)運(yùn)而生。

虛擬電廠是什么？

虛擬電廠，并不是傳統(tǒng)意義上的實(shí)體發(fā)電廠，而是一種實(shí)現(xiàn)分布式能源(DER)大規(guī)模接入電網(wǎng)的區(qū)域性多能源聚合模式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大量分布式電源的靈活控制，從而保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

對(duì)于虛擬電廠的定義，看看幾位專家怎么說。

多年致力于能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略研究的中國(guó)工程院原副院長(zhǎng)杜祥琬院士指出，虛擬電廠不是傳統(tǒng)意義上的電廠，它相當(dāng)于一個(gè)電力“智能管家”，站在電網(wǎng)角度，把風(fēng)電、光伏發(fā)電等分布式能源通過儲(chǔ)能裝置組織起來，形成穩(wěn)定、可控的“大電廠”，便于處理與大電網(wǎng)之間的各種關(guān)系。

IEC副主席、原國(guó)家電網(wǎng)董事長(zhǎng)舒印彪(現(xiàn)任華能集團(tuán)董事長(zhǎng))表示，“虛擬電廠”實(shí)質(zhì)上是新一代電力系統(tǒng)的升級(jí)，將為破解清潔能源消納和綠色能源轉(zhuǎn)型提供解決方案。

國(guó)網(wǎng)冀北電力交易中心副總經(jīng)理王宣元解釋，所謂虛擬，體現(xiàn)在它并不具有實(shí)體存在的電廠形式，卻真有一個(gè)電廠的功能，而且是遠(yuǎn)超傳統(tǒng)實(shí)體電廠的功能，因?yàn)樗蚱屏藗鹘y(tǒng)電力系統(tǒng)中發(fā)電廠之間、發(fā)電側(cè)和用電側(cè)之間的物理界限。王宣元如此定義虛擬電廠：它是互聯(lián)網(wǎng)+源網(wǎng)荷儲(chǔ)售服一體化(即電源、電網(wǎng)、負(fù)荷、儲(chǔ)能、銷售、服務(wù)的聚合體)的清潔智慧能源管理系統(tǒng)，是對(duì)多種分布式能源進(jìn)行聚合、優(yōu)化控制和管理，為電網(wǎng)提供調(diào)頻、調(diào)峰等輔助服務(wù)，并能夠參與電力市場(chǎng)交易的技術(shù)和商業(yè)模式。

虛擬電廠與微網(wǎng)有什么區(qū)別

虛擬電廠和微網(wǎng)是目前實(shí)現(xiàn)分布式電源并網(wǎng)最具創(chuàng)造力和吸引力的2種形式。

對(duì)于微網(wǎng)的定義，國(guó)內(nèi)一般認(rèn)為：微網(wǎng)是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行。它能夠很好地協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源的技術(shù)矛盾，并具備一定的能量管理功能，但微網(wǎng)以分布式電源與用戶就地應(yīng)用為主要控制目標(biāo)，且受到地理區(qū)域的限制，對(duì)多區(qū)域、大規(guī)模分布式電源的有效利用及在電力市場(chǎng)中的規(guī)模化效益具有一定的局限性。

虛擬電廠并未改變每個(gè)分布式電源并網(wǎng)的方式，而是通過先進(jìn)的控制、計(jì)量、通信等技術(shù)聚合分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、可控負(fù)荷、電動(dòng)汽車等不同類型的分布式能源并通過更高層面的軟件構(gòu)架實(shí)現(xiàn)多個(gè)分布式能源的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行。虛擬電廠能夠聚合微網(wǎng)所轄范圍之外的分布式電源，更有利于資源的合理優(yōu)化配置及利用。

虛擬電廠的三大關(guān)鍵技術(shù)

1 協(xié)調(diào)控制技術(shù)

實(shí)現(xiàn)分布式能源的協(xié)調(diào)優(yōu)化，以達(dá)到對(duì)系統(tǒng)高要求的電能輸出在分布式能源中占主要部分的可再生能源發(fā)電站，如風(fēng)力發(fā)電站、光伏發(fā)電站等，由于他們的間歇性和波動(dòng)性使得發(fā)電電能質(zhì)量和發(fā)電經(jīng)濟(jì)性成為難點(diǎn)，因此在虛擬電廠控制各種分布式能源發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及可控負(fù)荷的過程中，對(duì)他們的協(xié)調(diào)控制是最關(guān)鍵的部分，主要有三種控制方式：集中控制方式、分散控制方式和完全分散控制方式。

虛擬電廠采用集中控制方式時(shí)，所有單元的信息都需要通過控制協(xié)調(diào)中心進(jìn)行處理和雙向通信，采用能源管理系統(tǒng)(EMS)協(xié)調(diào)機(jī)端潮流、可控負(fù)荷和儲(chǔ)能系統(tǒng)，找到最佳加爵方案，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行。集中控制方式最容易實(shí)現(xiàn)虛擬電廠的最優(yōu)化運(yùn)行，但其擴(kuò)展性和兼容性受到很大局限。分散控制方式能使虛擬電廠模塊化，改善集中控制方式下的通信堵塞和兼容性差的問題。完全分散控制方式使得虛擬電廠具有很好的擴(kuò)展性和開放性，更適合參與電力市場(chǎng)。

2  智能計(jì)量技術(shù)

虛擬電廠優(yōu)化和控制的重要基礎(chǔ)

智能計(jì)量技術(shù)是虛擬電廠發(fā)展中設(shè)備應(yīng)用技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)虛擬電廠控制技術(shù)的基礎(chǔ)。智能計(jì)量最基本的作用是自動(dòng)測(cè)量和讀取用戶住宅內(nèi)的電、熱、氣、水的消耗量和生產(chǎn)量，即自動(dòng)抄表技術(shù)，以此來作為虛擬電廠提供電源盒需求側(cè)的信息來源。

3  信息通信技術(shù)

實(shí)現(xiàn)分布式能源聚合的關(guān)鍵；虛擬電廠要采用融合能源流與信息流的雙向通信技術(shù)，控制中心不僅可以接受各單元的當(dāng)前狀態(tài)信息，而且能夠向控制目標(biāo)發(fā)送控制信號(hào)。應(yīng)用于虛擬電廠中的通信技術(shù)主要基于互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，如互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的服務(wù)、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)、電力線路載波技術(shù)和無線技術(shù)。根據(jù)不同場(chǎng)合和要求，虛擬電廠要應(yīng)用不同的通信技術(shù)。在歐洲進(jìn)行的一些虛擬電廠項(xiàng)目中，主要應(yīng)用有互聯(lián)網(wǎng)虛擬專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、GPRS 技術(shù)和 IEC104 協(xié)議通信技術(shù)等。

虛擬電廠發(fā)展現(xiàn)狀

虛擬電廠概念自1997年提出以來，受到了歐洲、北美和澳洲多國(guó)廣泛關(guān)注。近年來，隨著信息通訊技術(shù)(ICT)、分布式協(xié)調(diào)控制技術(shù)和智能計(jì)量技術(shù)的提高，分布式電源、儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域逐漸表現(xiàn)出對(duì)虛擬電廠的極大需求并付諸工程實(shí)踐。

從世界范圍來看，歐洲虛擬電廠聚焦于“源”，主要目標(biāo)是提高分布式電源并網(wǎng)友好智能互動(dòng)性和打造持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的商業(yè)模式，先后在歐盟第六、第七框架計(jì)劃下開展了FENIX項(xiàng)目和TWENTIES項(xiàng)目，前者旨在將大量的分布式電源聚合成虛擬電廠，提高歐盟電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、可控性和安全性，后者的示范重點(diǎn)在于如何利用虛擬電廠實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)、分布式電源和負(fù)荷的智能管理。

北美虛擬電廠起源于“荷”，通過自動(dòng)需求響應(yīng)和能效管理，提高綜合能源的利用效率。比如，美國(guó)紐約州在能源改革愿景(REV)戰(zhàn)略指導(dǎo)下開展了ConEd VPP項(xiàng)目，旨在將用戶側(cè)“太陽能+儲(chǔ)能”系統(tǒng)集群友好并網(wǎng)，降低居民用電成本，提高電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻和應(yīng)急響應(yīng)能力;加利福尼亞州探索分布式光伏的管理方式，包括虛擬電廠和分布式能源供應(yīng)商(DERP)如何參與電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)和電力市場(chǎng)。

澳洲近年投運(yùn)了多項(xiàng)虛擬電廠示范工程，主要目標(biāo)是降低用電成本，促進(jìn)清潔能源消納，提高澳洲電網(wǎng)穩(wěn)定性，并與特斯拉公司聯(lián)合打造AGL VPP示范工程，旨在聚合大量光伏電源和儲(chǔ)能設(shè)備，應(yīng)對(duì)分布式電源高滲透率帶來的挑戰(zhàn)，降低基礎(chǔ)設(shè)施投資成本。

在我國(guó)由于能源體制中發(fā)電、輸配電、用電三方的相對(duì)獨(dú)立，國(guó)內(nèi)尚未形成相關(guān)成熟的虛擬電廠成套解決技術(shù)，虛擬電廠基本處于前期試點(diǎn)研究階段。

2015年由眾多分布式儲(chǔ)能設(shè)備集合而成的上海黃埔區(qū)商業(yè)建筑虛擬電廠正在有序推進(jìn)中。根據(jù)規(guī)劃，今年上海黃浦區(qū)將建成預(yù)期具有5萬千瓦容量、1萬千瓦自動(dòng)需求響應(yīng)能力、0.2萬千瓦二次調(diào)頻能力，年虛擬發(fā)電運(yùn)行時(shí)間不少于50小時(shí)的商業(yè)建筑虛擬電廠，總“發(fā)電”能力將達(dá)到5萬千瓦。

2017年首套針對(duì)清潔能源大規(guī)模消納的“源網(wǎng)荷智能電網(wǎng)”系統(tǒng)在江蘇投運(yùn)，相當(dāng)于世界首個(gè)最大規(guī)模"虛擬電廠"誕生。這套系統(tǒng)通過“互聯(lián)網(wǎng)+電網(wǎng)”的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)控電廠發(fā)電的同時(shí)，也能調(diào)控用戶用電，讓兩邊都在不停變化的天平達(dá)到毫秒級(jí)的瞬時(shí)平衡。

2018年9月，由國(guó)家電網(wǎng)主導(dǎo)發(fā)起的兩項(xiàng)“虛擬電廠”標(biāo)準(zhǔn)獲得國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)批準(zhǔn)立項(xiàng)，成為全球該領(lǐng)域首批國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著中國(guó)正式主導(dǎo)虛擬電廠這一能源轉(zhuǎn)型熱門領(lǐng)域的國(guó)際最高話語權(quán)，這也是中國(guó)在能源轉(zhuǎn)型和綠色發(fā)展領(lǐng)域國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化方面取得的又一突破。

虛擬電廠未來發(fā)展

隨著國(guó)家對(duì)清潔能源和新興技術(shù)的發(fā)展的大力推動(dòng)，虛擬電廠將成為智能電網(wǎng)和全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中重要的能源聚合形式，在分布式電源、北方清潔供暖、用戶側(cè)需求響應(yīng)、電動(dòng)汽車等方面都將具有廣闊的應(yīng)用前景。虛擬電廠可以“串聯(lián)”起分布式光伏、儲(chǔ)能設(shè)備、蓄熱鍋爐和可控負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)冷、熱、電整體能源供應(yīng)效益最大化。在繁華的城市樓宇群，虛擬電廠可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中央空調(diào)、電動(dòng)汽車等柔性可控負(fù)荷，環(huán)境參數(shù)以及分布式能源出力，圍繞用戶和系統(tǒng)需求，自動(dòng)調(diào)節(jié)并優(yōu)化響應(yīng)質(zhì)量，減少電源和電網(wǎng)建設(shè)的投資，在創(chuàng)造良好舒適的生活環(huán)境的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)用戶和系統(tǒng)，技術(shù)和商業(yè)模式的雙贏。

虛擬電廠還可以參與多種市場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度和競(jìng)價(jià)。虛擬電廠通過對(duì)多個(gè)分布式單元進(jìn)行聚合成為一個(gè)整體參與電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)，既可以發(fā)揮傳統(tǒng)電廠出力穩(wěn)定和批量售電的特點(diǎn)，又由于聚合了多種發(fā)電單元而具有較好的互補(bǔ)性。虛擬電廠所參與的電力市場(chǎng)包括日前市場(chǎng)、實(shí)時(shí)市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)等，由此可建立日前市場(chǎng)、雙邊合同、平衡市場(chǎng)及混合市場(chǎng)等多種市場(chǎng)模型。考慮虛擬電廠中可再生能源出力、負(fù)荷和實(shí)時(shí)電價(jià)等不確定因素，在不同市場(chǎng)環(huán)境下建立調(diào)度和競(jìng)價(jià)模型，使虛擬電廠具有更廣泛的適用性。

在國(guó)外，虛擬電廠已成為售電公司提供服務(wù)的創(chuàng)新模式。大范圍虛擬電廠建立的基礎(chǔ)在于擁有眾多分布式可再生能源發(fā)電設(shè)備的控制權(quán)、分布式儲(chǔ)能設(shè)備等一系列靈活性設(shè)備、可再生能源的市場(chǎng)化銷售機(jī)制和一套精準(zhǔn)的軟件算法。基于此類虛擬電廠的電力共享池系統(tǒng)提供了更加新型的售電模式。在該模式下，加入電力共享池的終端用戶能夠便捷的互相交易電力，通過各自的分布式儲(chǔ)能設(shè)備最大化的使用分布式可再生能源的電力，減少外購(gòu)電，從而顯著減低用電成本。

德國(guó)有一家公司推出的虛擬電廠包月售電模式，用戶只需要每個(gè)月支付一定額度的電費(fèi)就能在一個(gè)比較大的范圍內(nèi)自由用電。在與客戶簽訂包月套餐后，售電公司會(huì)幫助客戶安裝屋頂光伏設(shè)備、家用儲(chǔ)能設(shè)備和電力監(jiān)控設(shè)備，通過將地區(qū)內(nèi)分散的用戶和集中式的電力生產(chǎn)設(shè)備相連，利用IT專業(yè)建模軟件以及內(nèi)建的智能軟件優(yōu)化算法調(diào)配各家屋頂光伏設(shè)備所發(fā)電力的消費(fèi)、剩余發(fā)電量的購(gòu)買和各個(gè)儲(chǔ)能設(shè)備的充放策略，最終在最經(jīng)濟(jì)條件下實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)和消費(fèi)在一定范圍內(nèi)的平衡。這是一種利用虛擬電廠技術(shù)的商業(yè)模式創(chuàng)新，用戶通過包月套餐節(jié)省電費(fèi)，而且用上了清潔的電力。不過作為售電公司，并不準(zhǔn)備通過售電服務(wù)獲取利潤(rùn)，而是通過設(shè)備的銷售取得盈利。

在能源轉(zhuǎn)型的道路上，需要政府、企業(yè)、用戶等各方共同努力，在市場(chǎng)機(jī)制建設(shè)、商業(yè)模式創(chuàng)新、核心技術(shù)推廣以及用戶廣泛參與等方面積極探索，而被稱為能源轉(zhuǎn)型“詩(shī)和遠(yuǎn)方”的虛擬電廠技術(shù)和商業(yè)模式，無論是在海外還是中國(guó)，都還很年輕，但正在加速到來。