什么是虛擬電廠

依據(jù)媒體3月15日報道，由我國發(fā)起的虛擬電廠國際標準《架構(gòu)與功能要求》和《用例》提案獲批正式立項。這是國際電工技術(shù)委員會(IEC)在虛擬電廠領(lǐng)域立項的首批國際標準，也是中國在能源轉(zhuǎn)型和綠色發(fā)展領(lǐng)域國際標準化方面取得的又一突破。那么什么是虛擬電廠(virtual power plant，VPP)呢?

?1 概念

隨著可再生能源成為未來全球能源發(fā)展的主要方向，虛擬電廠在我國的研究目的主要是為大規(guī)模新能源電力的接入提供框架和技術(shù)支撐，通過虛擬發(fā)電廠的運行機制實現(xiàn)傳統(tǒng)能源與新能源之間的互補協(xié)同調(diào)度與電網(wǎng)的優(yōu)化運行，以最大程度地平抑新能源電力的強隨機波動性，提高新能源的利用率[1]。

虛擬電廠是將分布式發(fā)電機組、可控負荷和分布式儲能設(shè)施有機結(jié)合，通過配套的調(diào)控技術(shù)、通信技術(shù)實現(xiàn)對各類分布式能源進行整合調(diào)控的載體[2]，以作為一個特殊電廠參與電力市場和電網(wǎng)運行，從某種意義上講，虛擬發(fā)電廠可以看作是一種先進的區(qū)域性電能集中管理模式[1]。

虛擬電廠與微網(wǎng)的區(qū)別：

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

對于微網(wǎng)的定義，國內(nèi)一般認為：微網(wǎng)是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負荷和監(jiān)控、保護裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤立運行[4]。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，且受到地理區(qū)域的限制，對多區(qū)域、大規(guī)模分布式電源的有效利用及在電力市場中的規(guī)模化效益具有一定的局限性。

虛擬電廠并未改變每個分布式電源并網(wǎng)的方式，而是通過先進的控制、計量、通信等技術(shù)聚合分布式電源、儲能系統(tǒng)、可控負荷、電動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)架實現(xiàn)多個分布式能源的協(xié)調(diào)優(yōu)化運行。它能夠聚合微網(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[3]。

2 關(guān)鍵技術(shù)問題

虛擬發(fā)電廠的運行控制主要存在以下2個問題[1]：

一是在調(diào)度層面，電網(wǎng)對虛擬發(fā)電廠整體的控制。

虛擬發(fā)電廠作為一個整體參與電網(wǎng)調(diào)度時不僅面臨市場競標的問題，還可能帶來諸如電壓、頻率、潮流等方面的安全穩(wěn)定問題，這就需要在電網(wǎng)調(diào)度層面掌握虛擬發(fā)電廠這個整體的物理特性，關(guān)于這方面的研究目前在文獻中比較欠缺。

二是虛擬發(fā)電廠本身對其所聚合的各發(fā)電和用電單元的控制。

目前尚沒有一般性的、具有較好通用性的虛擬發(fā)電廠運行控制方法。

虛擬電廠主要依托三類技術(shù)

01協(xié)調(diào)控制技術(shù)：實現(xiàn)分布式能源的協(xié)調(diào)優(yōu)化，以達到對系統(tǒng)高要求的電能輸出

02智能計量技術(shù)：虛擬電廠優(yōu)化和控制的重要基礎(chǔ)

03信息通信技術(shù)：實現(xiàn)分布式能源聚合的關(guān)鍵

3 發(fā)展現(xiàn)狀

目前，虛擬電廠技術(shù)在歐美發(fā)達國家有著較為成熟的發(fā)展，在歐美各國已有一些可供借鑒的小規(guī)模示范項目。自2001年起歐洲各國就開始開展以集成中小型分布式發(fā)電單元為主要目標的虛擬發(fā)電廠研究項目，參與的國家包括德國、英國、西班牙、法國、丹麥等。現(xiàn)已實施的虛擬電廠項目包括：德國卡塞爾大學(xué)太陽能供應(yīng)技術(shù)研究所的試點項目、歐盟虛擬燃料電池電廠項目、歐盟FENIX項目等[5]。北美則較少采用“虛擬發(fā)電廠”的概念，而是主要推進利用用戶側(cè)可控負荷的需求響應(yīng)[1]。

在我國由于能源體制中發(fā)電、輸配電、用電三方的相對獨立，國內(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研究階段。2015年由眾多分布式儲能設(shè)備集合而成的上海黃埔區(qū)商業(yè)建筑虛擬電廠正在建設(shè)中。2017年首套針對清潔能源大規(guī)模消納的“源網(wǎng)荷智能電網(wǎng)”系統(tǒng)在江蘇投運，相當于世界首個最大規(guī)模"虛擬電廠"誕生。

4 前景

1、虛擬發(fā)電廠是對大規(guī)模新能源電力進行安全高效利用的有效形式。以風能和太陽能為代表的新能源具有顯著的間歇性和強隨機波動性，以此為一次能源的發(fā)電方式不僅會將這些特性繼承下來，還會隨時空范圍的變化產(chǎn)生規(guī)律性改變。因此，若將單一形式的多臺新能源發(fā)電機組規(guī)模化地接入大電網(wǎng)，將產(chǎn)生較嚴重的系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，這將是制約新能源電力大規(guī)模開發(fā)利用的瓶頸。虛擬發(fā)電廠提供的新能源電力與傳統(tǒng)能源和儲能裝置集成的模式，能夠在智能協(xié)同調(diào)控和決策支持下對大電網(wǎng)呈現(xiàn)出穩(wěn)定的電力輸出特性，為新能源電力的安全高效利用開辟了一條新的路徑。

2、虛擬發(fā)電廠豐富了智能電網(wǎng)的內(nèi)涵，也擴展了智能電網(wǎng)的外延。智能電網(wǎng)概念提出以來，多數(shù)情況下強調(diào)電網(wǎng)自身以及電網(wǎng)與用戶之間的信息化、自動化、互動化，較少涉及到電源與電網(wǎng)的關(guān)系。而通常概念下的智能電網(wǎng)對不同類型電源的輸出特性也并不十分關(guān)注。盡管提到能源利用方式的變革，也提到經(jīng)濟社會效益的綜合提升，但具體如何落實，在智能電網(wǎng)概念中并不明確。而虛擬發(fā)電廠的提出，為保證安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、高效的電力供應(yīng)，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展對電力的多樣化需求，解決能源與環(huán)保問題提供了可行的解決方案。

3、虛擬發(fā)電廠的建設(shè)對于完善我國的電力市場體制具有重要的促進作用。在對多種能源發(fā)電形式進行有效集成的同時，虛擬發(fā)電廠在參與電力市場運營過程中，不僅具有傳統(tǒng)發(fā)電廠具有的穩(wěn)定出力和批量售電特征，還具有多樣化電源集成的互補性和豐富的調(diào)控手段。因此，虛擬發(fā)電廠在電力市場中既可以參與前期市場、實時市場，也可以參與輔助平衡市場，這將從根本上改變可再生能源發(fā)電依靠國家補貼，在電力營銷中毫無優(yōu)勢的被動局面[1]。

5 建議

01 鼓勵用戶積極參與虛擬電廠;

02 合理規(guī)劃虛擬電廠的范圍及職能;

03 制定合理的競爭機制和有針對性的政策，完善電力市場運營機制[3]。