虚拟电厂 曹泽宇 于其宜 CONTENTS PART ONE 虚拟电厂的概念 PART THREE 虚拟电厂的关键技术 PART TWO 虚拟电厂的功能 PART TOUR 虚拟电厂的发展 01 虚拟发电厂的概念 虚拟电厂的概念 虚拟电厂技术（ VPP ， Virtual Power Plant ） ，是将电源、可控负荷和储能系统有机结合，通过 虚拟电厂的控制中心， 合并作为一个特别整体参与 电网运行。 在虚拟电厂中，每一部分均与控制中心相连，通过 智能电网的双向信息传送，进行统一调度协调机端 潮流、受端负荷以及储 能系统，以达到降低发电损 耗、 减少温室气体排放、优化资源利用、降低电网 峰值负荷和提高供电可靠性的目的。 虚拟电厂的概念 图中包含着能量网和信息网 2 张网络 。 实线表示的能量网即电力传输的网络 ，连接着风电场、光伏发电系统、火 电机组等不同形式的发电单元，以及 城市、工业区等不同类型的用电负荷 单元。 这些发电和用电单元通过由虚线代表 的信息网与虚拟发电厂控制中心连接 ，能实现控制中心与各单元之间的双 向通信。 02 虚拟电厂的功能 虚拟电厂的功能特征 由虚拟电厂的概念可知，在技术层面，虚拟电厂控制中心应具有如下 功能： 1 ）网络通信及管理功能。   建立控制中心与区域内各对象之间的双向信息连接，从物理层、数据 链路层等各个层面保证数据通信的快捷与畅通。 2 ）发电管理功能。  监视区域内各发电单元的运行及出力状况，并在线实施区域内发电单 元的优化调度。 虚拟电厂的功能特征 由虚拟电厂的概念可知，在技术层面，虚拟电厂控制中心应具有如下 功能： 3 ）新能源发电功率预测功能。   综合短期及中长期气象数据及预报信息，对区域内的风电机组、太阳 能发电机组等的输出功率做出较准确的预测。 4 ）用电负荷预测及管理功能。   对区域内的用电符合进行较准确的预测，对多种因素对负荷需求的影 响规律进行分析，并且具有对整个电网调度运行的功能。 虚拟电厂的功能特征 由虚拟电厂的概念可知，在技术层面，虚拟电厂控制中心应具有如下 功能： 5 ）数据管理及分析功能。  采集并分析处理区域中各对象的运行数据，如发电机组的出力和运行 效率、用电负荷随时间变化的规律等，并能对这些数据提供有效的检 索和调用手段。 6 ）电力市场中的经营能力。 包括建立区域内的发电费用、用电收益及安全约束模型，进行优化计 算，收集市场情报、制订发电计划、签订中远期市场交易合同等。 03 虚拟电厂的关键技术 虚拟电厂的关键技术：协调控制技术 虚拟电厂的运行控制结构可以分为： 1 ）集中控制 2 ）集中–分散控制 3 ）完全分散控制 虚拟发电厂运行控制结构：协调控制技术 第 1 类是集中控制结构，如图所示。 该结构中，控制中心掌握着所涉及的所有发 电或用电单元的完整信息，并拥有对所有单 元的完全控制权，对每一个单元制定发电或 用电方案。 在此种结构下控制中心具有最强的控制力和 灵活多样的控制手段，其代价是巨大的通信 流量及繁重的运算负荷，且兼容与扩展性较 差。 第 2 类是集中–分散控制结构，如图所示。 虚拟发电厂运行控制结构 该结构中，虚拟电厂被分为 2 个层级，下层 的本地控制中心管理辖区内有有限个发电或 用电单元，再由这些本地控制中心将信息反 馈给上一层的虚拟电厂控制中心。虚拟电厂 控制中心首先将任务分解并分配到各本地控 制中心，然后本地控制中心负责制定每一个 单元的发电或用电具体方案。 相对于集中控制结构，集中–分散控制结构 中的一部分运行控制功能下移到本地控制中 心，而虚拟电厂控制中心则将工作重心转移 到依据用户需求和市场规则的能量优化调度 方面，有助于改善集中控制方式下的数据拥 堵和扩展性差的问题。 第 3 类是完全分散控制结构，如图所示。 虚拟发电厂运行控制结构 在该结构中，虚拟发电厂被划分为彼此相互 通信的、自治且智能的子系统，各子系统通 过其智能代理的协同合作实现原本由控制中 心完成的任务，控制中心则简化为数据交换 与处理中心。 各智能代理通过网络通信获知其他子系统的 部分信息，基于这些信息自行其对应子系统 中所有单元的发电或用电方案，并更新本子 系统的部分信息。由于在该结构下，各子系 统之间存在相互影响，因此每个单元的发电 或用电方案可能需要若干次迭代的通信和决 策过程才能最终确定。 虚拟发电厂运行控制结构 第 3 类是完全分散控制结构，如图所示。 相比前 2 种结构，完全分散控制结构具有 更好的可扩展性和开放性，但是该结构对 虚拟发电厂内各发电或用电单元及由其组 成的子系统提出很高的要求，需要具备日 常运行管理、故障诊断与响应等较复杂的 功能。 虚拟电厂的关键技术：信息通讯技术 虚拟电厂要采用融合能源流与信息流的双向通信技术， 控制中心不仅可以接受各单元的当前状态信息，而且能 够向控制目标发送控制信号。应用于虚拟电厂中的通信 技术主要基于互联网的技术，如互联网协议的服务、虚 拟专用网络、电力线路载波技术和无线技术。根据不同 场合和要求，虚拟电厂要应用不同的通信技术。在欧洲 进行的一些虚拟电厂项目中，主要应用有互联网虚拟专 用网络技术、移动通信技术、 GPRS 技术和 IEC104 协议通信技术等。 虚拟电厂的关键技术：智能计量技术 智能计量技术是虚拟电厂发展中设备应用技术的重要环 节，是实现虚拟电厂控制技术的基础。智能计量最基本 的作用是自动测量和读取用户住宅内的电、热、气、水 的消耗量和生产量，即自动抄表技术，以此来作为虚拟 电厂提供电源盒需求侧的信息来源。 04 虚拟电厂的发展 虚拟电厂的国外发展 目前， VPP 技术在欧美发达国家有着较为成熟 的发展，在欧美各国已有一些可供借鉴的小规模 示范项目。自 2001 年起欧洲各国就开始开展以 集成中小型分布式发电单元为主要目标的虚拟发 电厂研究项目，参与的国家包括德国、英国、西 班牙、法国、丹麦等。现已实施的虚拟电厂项目 包括：德国卡塞尔大学太阳能供应技术研究所的 试点项目、欧盟虚拟燃料电池电厂项目、欧盟 FENIX 项目等。 虚拟电厂的国内发展 2017 年 5 月 24 日，世界上首套大规模“源网荷互 动”系统在江苏投运，它的投运，也相当于我国拥有 了世界上最大规模容量的“虚拟电厂”。这套系统通过 “互联网＋电网”的技术，实现调控电厂发电的同时， 也能调控用户用电，让两边都在不停变化的天平达到 毫秒级的瞬时平衡。它借助“互联网 +” 技术和智能电 网技术的有机融合，将零散分布、不可控的负荷资源 转化为随需应变的“虚拟电厂”资源，在清洁电源波动 、突发自然灾害特别是用电高峰突发电源或电网紧急 事故时，用电客户主动化身“虚拟电厂”，参与保护大 电网安全。