虚拟电厂在分布式能源中的应用

袁勇

摘 要： 越来越多的分布式能源并入电网面临着如何运行管理的问题，本文讲述的虚拟电厂（VPP），有效解决了这些问题。

关键词： 虚拟电厂；分布式能源；应用研究

近几十年来，环境问题、日益增长的能源需求和经济等导致全球的可再生能源（RES）的普及，几种分布式发电（DG）的显著增长，可再生的DGS可能有机会参与能源市场。

虚拟电厂（VPP）可以被描述为“能源互联网”，利用现有的电网来调整供电和需求服务。VPP通过使用一套复杂的基于软件的系统，为最终用户和分发实用程序提供最大的价值。它们是动态的，实时提供价值，并可以对不断变化的客户负载做出快速反应。VPP还可以通过预测，提前计量和计算机化控制以及执行能源的实时优化来匹配负载波动。

VPP在智能电网的概念中起着关键的作用，通过VPP的快速控制系统或转移负荷消耗，减少可再生能源的波动性带来的预测风险。

1 虚拟电厂在分布式能源中的应用介绍

分布式能源发电的具有间歇性，不均衡型等特点，如何有效的预测发电量以及如何高效的运营管理是越来越突出的问题。虚拟电厂能够把分散的分布式能源、分布式储能装置、分布式负荷进行集合，从而形成一个虚拟的发电个体，此时就像相同规模的实体发电厂一样能够自主的控制，同时能够为电力系统提供发电计划、负荷需求及检修计划，并接收整个电力系统的调度与管理，参与整体的竞争。

2 虚拟电厂应用技术分析

2.1协调控制与智能决策技术

分布式能源存在间歇性、不稳定性等特点，因此它的发电质量和经济效果难以把控，因此通过虚拟电厂对发电设备、储能设备、负荷进行综合控制管理是最为关键的一环。一般有三种控制方式：集中控制、分散控制和完全分散控制。虚拟电厂采用集中控制时，所有单元的信息都需要通过控制协调中心进行处理和双向通信，采用能源管理系统（EMS）协调机端潮流、可控负荷和储能系统等，通过负载与功率预测、多目标决策等技术找到最佳控制方案，优化电网运行。分散控制方式能使虚拟电厂模块化，改善集中控制方式下的通信堵塞和兼容性差的问题。完全分散控制方式使得虚拟电厂具有很好的扩展性和开放性。

2.2 通信技术

虚拟电厂在对分布式能源进行控制是通过先进的通信技术实现的，虚拟电厂作为控制中心，不但可以收到发电单元的状态，而且还能发送控制指令。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。

2.3 智能检测技术

虚拟电厂采用智能检测技术进行测量，通过智能算法自动测量负荷值的能源消耗量以及电力生产量，也就是通常说的自动抄表，提前获得电力需求信息。

2.4 海量信息处理技术

能源互联网真正的大数据时代，虚拟电厂需要具备先进的数据挖掘和数据优化处理方法，以及智能分析和诊断技术。

3 虚拟电厂在分布式能源调度中的应用案例

随着虚拟电厂技术的不断成熟，国外的储能厂商和电力集成商开始进入虚拟电厂领域。虚拟电厂业务涉及能效管理、节能合约、充电设施服务等等。

在2016年8月，AGL能源公司宣布在澳大利亚阿德莱德推出一个5MW的虚拟电厂计划。该公司将向旧金山的Sunverge Energy提供1000户家庭和企业的电池和光伏系统。这些系统将为消费者支付3500澳元的费用，预计在当前分销网络关税下将在7年内偿还。该计划本身价值2000万澳元，被列为世界上最大的虚拟电厂项目。项目通过制定统一的数据传输标准，使得虚拟电厂能够根据数据的变化快速的反应。考虑发电端口的同时，虚拟电厂更加的关注用电侧的反应，通过虚拟电厂的作用进行能源的合理调度，如图2所示。

在该项目中，具体的构架是各种分布式能源被分散代理，并且通过分布式能源接口传递其当前的状态和数据信息，汇总后传递给虚拟能源，进而形成竞标曲线，参与市场的竞争和市场的交易。通过上述的具体应用例子介绍可以展示出虚拟电厂具有以下的技术特点：（1）聚合的分布式能源加入日间电力市场；（2）提供第三方備用辅助服务；（3）维持输电和配电的电压。

4 结束语

根据派克研究的2014年报告，VPP市场将在未来几年内持续稳步增长，从2010年的52亿美元增长到2015年的近74亿美元。在更积极的预测情况下，清洁技术市场情报公司预测，同一时期全球VPP收入可能高达117亿美元。无论是从社会效益角度还是从国家电网角度来分析，通过虚拟电厂在分布式能源中的应用，能够保障分布式电网的运行，缓解能源危机。分布式能源接入电力系统中所遇到的问题能够通过虚拟电厂来解决，虚拟发电厂将多类型分布式电源和用户负荷集成起来，对电网公司来说，担负了一个可控发电厂的角色，极大减轻了电网公司对分布式电源运行管理的压力，有利于电网安全稳定运行。■

参考文献

[1] 季阳.基于多代理系统的虚拟发电厂技术及其在智能电网中的应用研究[D].上海：上海交通大学，2011

[2]M. Soltani， M. Raoofat， M. A. Rostami. Optimal Reliable Strategy of Virtual Power Plant in Energy and Frequency Control Markets[C]. 2012 Proceedings of 17th Conference on Electrical Power Distribution Networks （EPDC）， Tehran， May 2012：1-4.