虚拟电厂技术现状及展望

张家煦

摘要：在新时期环境下，人们对电力能源的需求不断提升，为了满足人们的电能需求，越来越多的供电系统和电力工程飞速发展。这一方面推动了电力事业的发展，另一方面也导致电力市场管理难度的增加。为了更好实现电力市场高质高效管理与服务，虚拟电厂逐渐得到了开发与使用。本文就虚拟电厂技术现状进行分析，并对此技术发展提出展望，来对此技术进行深入认识。

关键词：虚拟电厂；技术现状；技术展望

前言：近年来，虚拟电厂得到了业内的广泛关注与研究，它借助先进的信息化通信技术以及软件系统实现分布式的发电、可控的负荷和储能系统等能源资源的有效聚合。在虚拟电厂中，关键性技术包括了协调控制的技术、信息通信的技术和智能计量的技术等，它为配电网以及输电网实现了现代化管理与辅助服务的手段。此技术目前得到了迅速发展，也取得了一定的成果，而其具有着巨大的发展潜力，仍然还需要不断加强研究。

1.虚拟电厂技术概述

虚拟电厂的提出已经有十余年了，在北美和北美等国家已经开展了一系列的项目研究，如荷兰功率的匹配器和FENIX等项目。而目前对虛拟电厂的定义还没有统一的意见。按照虚拟电厂运行的特点，可以把虚拟电厂概述成通过先进的计量、控制和通信等，把风电、电动类汽车、光伏的发电和储能等各分布式的能源实现聚合，并统一参与到电力系统的调度以及电力市场的运营中，将电力市场的价格信号当作驱动，通过先进的控制手段对分布式的能源以及大电网冲突实现协调，对分布式的能源电网性能提升，促进能源的利用效率以及清洁度提升。

通过虚拟电厂能够对具备电气联系、区域中各种分布式的能源灵活整合，对各类分布式的能源运行的功能特性实施综合，从而达到对这些分布式的能源配置最优化效果。相关运营商借助虚拟电厂可以把用户侧的热电、风电、水电、光伏的发电和可控用能的用户实现有效整合，把电能向用户及时分配与传输。

2.虚拟电厂技术现状

2.1国外发展的现状

在21世纪的初期，欧美地区就开始对虚拟电厂的研究，它主要的目的是对逐渐增加分布式的发电实现有效整合，降低它对整体电网产生的冲击。对此技术研究的参与国有很多，主要有美国、法国、德国、英国和丹麦等一些发达的国家。但这些国家在研究虚拟电厂中存在方向的不同，主要可以分作两类，一类是以欧盟电力FENIX的项目作为代表的技术路线，研究的是分布式的发电厂如何实现并网与电力市场的运营，主要目的是为了让分布式的发电厂能够更加充分、更加安全和更加高效地在电力市场内参与；另一类技术代表是美国，其对需求响应的计划以及可再生的能源利用更加关注，主要目的是为了实现动态和实时化供需的平衡效果。

2.2国内发展的现状

在2015年，我国国务院就颁发出相关文件，文件中强调了“互联网+”的重要性，明确它是互联网成果和社会各个领域实现深度融合的形式，要求积极推动技术的进步、组织的变革和效率的提升，促进实体经济的创新力以及生产力提升，从而形成基于互联网的社会经济发展的新形态。实现互联网和智慧能源的有效结合，是促进能源生产以及消费模式的革命，对提升能源的利用效率和实现节能减排的效果，以及提升电力系统安全稳定性具有重要的意义，而虚拟电厂的技术就是互联网和能源管理的融合体现。

现阶段，虚拟电厂在欧美等一些发达国家得到了迅速发展，而在我国因为受到能源体制的限制，发电、用电和输配电具有三方的独立性，因此国内的示范项目还较少，且一般多是通过电网企业所设立。在我国，“冀北虚拟电厂”是国家电网所投运启动的，它也是我国首个基于市场化的方式而运营的工程，且正式投入到商业的运营中。此工程的运行借助泛电的平台，有着秒级的感知、存储与计算能力，能够对发电、供电、输电等环节的投资有效控制。在工程一期，接入了实时控制的蓄热型电采暖、智能化楼宇、可调节的工商业、储能、智能化家居、分布式的光伏和电动汽车的充电站等泛在可调的资源，且约达到160MW的容量。借助华北电力的调峰辅助市场，在2020年时，冀北的电网夏天空调达到了6000MW的负荷，10%的空调负荷借助虚拟电厂实现实时地响应；且蓄热式的电采暖具有的负荷借助虚拟电厂实现实时地响应，实现720 GW.h清洁能源的增发，和63.65万t二氧化碳的减排。

在上海的黄浦区，建立了“商业建筑的虚拟电厂”试点项目，借助通信和控制等技术形式，把大量用电设备的削减负荷能力当作虚拟的出力，把此能力当作用电的负荷侧在系统虚拟的发电机组接入，实现市场与电网运行的参与。此项目实现柔性负荷的响应系统构建，处于冬夏两季的用电高峰阶段中，此系统能够对商业的楼宇内中央空调预设的温度、送风量和风机的转速等参数实施柔性的调节，对用电负荷削减为电网所释放的电能。同时，柔性的负荷控制在用电的低谷还能够借助空调房间所储热的能力，对大量特性参数的变量调整，对空调负荷增加，对一部分的冷量提前储存，增加电力系统利用率。

3.虚拟电厂技术展望

在虚拟电厂的技术研究中，尽管国内外对它研究存在不同的特色，且控制的手段也十分多样，但行业核心的技术是基本类似的，主要包括计量技术、通信技术、智能调度的决策技术、信息安全的防护技术等，在后续研发中还需要重点关注，

在计量技术方面，需要对用户侧的电、气、热、水等耗量实现精确计量，构建精准性能源网络，确保其供需的平衡，从而为此技术的调度和生产提供准确的依据。

在通信技术方面，首先控制中心要对各子系统内状态的信息、电力用户侧的信息和电力市场的信息等接收，后根据此类信息采取决策、优化和调度。现阶段，主要使用互联网、电力的线缆载波和虚拟的专用网等技术，后续要以此为基础对虚拟电厂专用型通信协议以及通用平台的研发。

在智能调度的决策技术方面，虚拟电厂需要实现对分布式的能源消纳、确保电网的高效安全运行，而这就要求其对各个子系统进行调度的统筹优化。因此，其控制中心要对对大量信息收集与处理，如用户需求的信息、子系统的运行信息和电网的调度信息等；按照所收集信息情况，其控制中心还要对数学模型和优化算法不断完善。

在信息安全的防护技术方面，虚拟电厂是一个对诸多子系统综合的大型系统，它和各个子系统都有接口，这就需要做好对其系统的安全防护，对边界防护和内部安全的防护能力加强。根据目前发展的现状与需求，需要加强对和虚拟电厂相适应的信息安全技术研究，这也是后续虚拟电厂在发展中要重视的内容

结语：综上所述，为了更好地促进电力市场的发展，虚拟电厂的技术研究逐渐受到了关注。国内外针对虚拟电厂也是建立了相应的试点研究项目，并取得了一定的成果，为了促进其技术的更好运用，还需要对其技术不断深化研究，从而实现其功能的更好发挥与应用。

参考文献

1. 虚拟发电厂研究综述[J]. 刘吉臻,李明扬,房方,牛玉广. 中国电机工程学报. 2014(29)

2. 综合能源技术路线研究[J]. 杨晓巳,陶新磊. 华电技术. 2019(11)

3. 虚拟发电厂在大规模风电并网中的应用[J]. 张小敏. 电力建设. 2011(09)