多能互补下虚拟电厂参与电力市场的思考

李志东　　姜兆杰

摘要：虚拟电厂能够通过利用可调资源聚合技术、协同控制技术和电力市场交易技术聚合电网中分散的可调资源，为虚拟电厂和电网良好结合运行提供技术支持。而多种类型虚拟电厂的优化形成离不开多能互补技术的不断发展，并且其能够使虚拟电厂在电网运行以及电力市场中充分发挥其自身的优势作用。本文将对多能互补型虚拟电厂的核心特征进行简要概述，重点研究了多能互补下虚拟电厂实现调控的方式及其交易的关键技术，旨在为相关领域研究提供参考价值。

关键词：多能互补；虚拟电厂；电力市场；

引言

由于化石能源的日渐减少且环境污染问题越来越严重，分布式能源凭借自身高效性、绿色环保、输送损耗少等优点备受重视。但是其也包含资源分散、单体容量小、较强随机性以及市场参与成本较高等劣势，且弃风光现象较为突出，这使得配电网运行的复杂性以及不确定性提升。虚拟电厂作为能够对分布式能源进行灵活有效管理的关键技术，其受关注程度一直很高，并且通过智能量测、优化决策以及精准调控等一揽子处理方案将其所属的小型和微型分布式能源、柔性负荷等组成集成性的电厂，进而使资源优化配置成为现实。在各国不断发展多能互补系统下，能源高效清洁利用成为现实，且虚拟电厂的范围也随之不断增大。

一、多能互补型虚拟电厂的核心特征

（一）资源聚合

虚拟电厂资源中主要包含多种分布式可再生发电设备，例如光伏、风电等，多种转电、转热设备，例如微燃机、锅炉等，多种可充可放储能设备，例如EV、储热罐以及电池等，还有灵活调节的需求相应资源等。上面所提及的资源在速度调节、能力调节、爬坡率以及地理位置等方面有很大差别，单体运行有着较为明显的缺点，例如调控容量较小且稳定性差，但是当其聚合之后便能够产生较为灵活的调控能力，例如通过光储系统协同合作使光伏出力的不确定性提高。

（二）双向通信

虚拟电厂进行能量管理、数据采集和监控，以及同外部系统互交的关键点就在于双向通信系统。虚拟电厂中包含多种多样的设备且数额巨大，地域涵盖面积广泛，系统运行状态繁琐复杂，因此感知技术和传感器装置要求越来越高。根据以上两大特点，对多能互补型VPP进行架构，多能互补型虚拟电厂在一定范围内能够对不同供能、储能和用能资源进行协调控制，使一台台虚拟能源机组建构出来，形成柔性聚合对资源进行调控，从而完成大范围的资源互联和共享，并且其可充当整体来加入到电力市场交易当中。

二、多能互补下虚拟电厂实现调控方式

（一）VPP调控分析

虚拟电厂一体化聚合调控思路分别有资源层、控制层、通信层和主站层这几个层面，下面将对各层功能进行简要概述：

1. 资源层

资源层是包含大量资源的层，其中包括发、储和用三种设备，例如微燃机、光伏、风电、储能、EV和电转气设备等。

2. 控制层

控制成中主要包括侧传感器以及控制装置，主要职责使利用一定频度对各类设备在线状态、供、储和用信息等数据进行采集，而后将其输送到主站中，或将主站层的控制信息实时下达给各个设备所对应的控制单元，进行精确性控制作业。由此可见，多能耦合扩展范围将会蔓延到控制层装置种类和规模。

3. 通信层

通信层的主要任务就是保证主站层和资源层实时交互，确保大量能源节点之间互联顺利，通信方式包含电力光纤、以太网以及GPRS等，方式选择需要根据具体情况进行。

4. 主站层

主站层在虚拟电厂中充当“智慧大脑”，其具有用能监测、潜力评判、资源改良以及交易决策等多种功能，其能在同外部系统开展能量交易互换的同时，对内部多能资源进行一同完善调控。

（二）VPP调控技术关键点

1.VPP广义储能模型

得益于多能互补技术的不断发展，虚拟电厂类型也随之不断丰富，电转气或转电热设备也都加入其中，虚拟电厂系统中的电气热复杂耦合关系和速度不定的传输动态过程逐渐显现出来，这使得虚拟电厂精准聚合难度加大。为此，应当在结合多功能灵活转换机理的同时，对气、热传输满动态过程进行充分考量，以及面向多元资源的单体物理模型，重视不同资源的调控代价，且净楼宇、工业园区、智慧社会等作为典型场景进行发、储、用侧的虚拟电厂灵活性区间建设，在深度学习等算法的基础下进行多能互补系统下虚拟电厂广义储能模型的建构。

2. 多层多能源协同调控技术

在虚拟电厂范围不断增大且实用性不断加强的背景下，虚拟电厂方案逐渐呈现出多层级化，以此来应对不同电力调控体系以及不同能源的虚拟电厂应用。在这时，多层级多能源协同调控技术对于虚拟电厂而言具有重大意义，经过分区域分层虚拟电厂调控系统的建构，利用“物理分布、协同控制”的逻辑进行架构，对源、网、荷、储设备运行状态以及环境因素进行全方位感知，使多能源互补特性得到充分发挥，建构及时空特性的多主体能源协同完善体系，使自上而下的高效运行调控成为现实。在改良完善时，要注重市场价格、分布式可再生能源处理、用户反馈等不确定性因素的解决。

三、多能互补下虚拟电厂的交易关键技术

（一）VPP参与多重市场交易模型

虚拟电厂可以视为虚拟能源生产商，换句话说就是可参与例如电能量或辅助服务市场等外部市场，也能够参与P2P交易。虚拟电厂能够依照外部市场或P2P市场价格开展电能交易，以P2P市场为例，当以P2P市场为主且存在剩余时，可继续加入外部市场；或当现货市场电价格较高的情况，其能充当发电商来供电，而当现货市场中电价格较低时，其能够充当用户所购买电能，或者协同加入点能量或者辅助服务市场之中。为了能够在市场中使效益获取最大化，虚拟电厂应当以现阶段市场、实时市场等多尺度交易方式为基础，开发虚拟电厂加入市场交易互动的多样化途径。根据多层级能源交易市场的出清规则与方法，结合虚拟电厂的内部资源，使典型场景下虚拟电厂加入多重市场交易模型构建出来。由于虚拟电厂形成的根本目标就是为了使可再生能源消纳能力提高，因此应当针对虚拟电厂和绿色市场融合问题进行研究调查，为可再生资源迈入自由化市场提供支撑。

（二）结合用户喜好的VPP内部激励措施

在现阶段的虚拟电厂模型中用户多样化往往会被忽视，因此向所有用户提供是激励措施都是一样的。但是在具体应用过程中，由于需求用途、响应能力以及响应代价不尽相同，不一样的用户面对激励有着不一样的态度，为了满足用户的多样化需求，就需要提供具备灵活性、时效性的激励费率。在这种情况下，虚拟电厂内部激励措施的灵活性设计就成为重点内容，下面将对其设计思路进行讲解：第一步先利用数据挖掘技术将用户群体进行划分，例如，以博弈论为基础的用户竞价机制可以划分为一类，以DR互动机理为基础以及以动态电价或可中断合同等多种多样形式DR的虚拟电厂内部激励措施构建，能够使用户参与虚拟电厂聚合得到最大程度的激励。其中需要特别注意的是，每种激励都有一定的局限性，不是一成不变的，因此就需要依照实际运行数据改良更新用户偏好和分类，以此来设计出成本最佳且符合虚拟电厂需求的激励机制。

结束语

多能互补和虚拟电厂之间相辅相成、相互支持、密不可分。多能互补技术的飞速发展为虚拟电厂资源聚合提供了更具灵活性也更强的调控能力，但与此同时也使得虚拟电厂的调控以及运行出现更多的不确定因素以及种种困难。

参考文献

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[2]王哲,杨鹏,刘思源,储真荣,艾芊.考虑需求响应和多能互补的虚拟电厂协调优化策略[J].电力建设,2017,38(09):60-66.