虛擬電廠(Virtual Power Plants, VPP)是實現(xiàn)智能配電網(wǎng)的重要技術(shù)之一。它是指通過分布式能源管理系統(tǒng)將配電網(wǎng)中分散安裝的清潔能源、可控負荷和儲能系統(tǒng)合并作為一個特別的電廠參與電網(wǎng)運行，從而很好地協(xié)調(diào)智能電網(wǎng)與分布式能源之間的矛盾，充分挖掘分布式能源為電網(wǎng)和用戶所帶來的價值和效益。

虛擬電廠的概念

在虛擬電廠中，分散安裝在配電網(wǎng)中的清潔電源、受控負荷和儲能系統(tǒng)合并作為一個特別的電廠參與電網(wǎng)運行，每一部分均與能量管理系統(tǒng)(EMS)相連，控制中心通過智能電網(wǎng)的雙向信息傳送，利用EMS系統(tǒng)進行統(tǒng)一調(diào)度協(xié)調(diào)機端潮流、受端負荷以及儲能系統(tǒng)，從而達到降低發(fā)電損耗、減少溫室氣體排放、優(yōu)化資源利用、降低電網(wǎng)峰值負荷和提高供電可靠性的目的。

(1)發(fā)電系統(tǒng)主要包括家庭型(domestic distributed generation，DDG)和公用型(public distributed generation，PDG)這2類分布式電源。DDG的主要功能是滿足用戶自身負荷，如果電能盈余，則將多余的電能輸送給電網(wǎng);如果電能不足，則由電網(wǎng)向用戶提供電能。典型的DDG系統(tǒng)主要是小型的分布式電源，為個人住宅、商業(yè)或工業(yè)分部等服務(wù)。PDG主要是將自身所生產(chǎn)的電能輸送到電網(wǎng)，其運營目的就是出售所生產(chǎn)的電能。典型的PDG系統(tǒng)主要包含風電、光伏等新能源發(fā)電裝置。

(2)能量存儲系統(tǒng)可以補償可再生能源發(fā)電出力波動性和不可控性，適應(yīng)電力需求的變化，改善可再生能源波動所導(dǎo)致的電網(wǎng)薄弱性，增強系統(tǒng)接納可再生能源發(fā)電的能力和提高能源利用效率。

(3)通信系統(tǒng)是虛擬電廠進行能量管理、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，以及與電力系統(tǒng)調(diào)度中心通信的重要環(huán)節(jié)。通過與電網(wǎng)或者與其他虛擬電廠進行信息交互，虛擬電廠的管理更加可視化，便于電網(wǎng)對虛擬電廠進行監(jiān)控管理。

虛擬電廠相當于一個帶有傳輸系統(tǒng)的發(fā)電站，它在電力傳輸過程中負責了許多其他工作，比如：負責制定發(fā)電時間表、限定發(fā)電上限、控制經(jīng)營成本等。有了這些功能之后，一個獨立的虛擬電站可以隨時與電力運營的其他參與者取得聯(lián)系，并提供相應(yīng)的服務(wù)。在通過批發(fā)商銷售電能的同時，虛擬電廠可以通過直接與通信中心聯(lián)系來實現(xiàn)為電網(wǎng)整體運行做出貢獻。在單獨運行時，分布式電源沒有足夠的能力、靈活性和控制力使得發(fā)電站在管理以及市場前提下的運作既做到成本合理，在技術(shù)上也可行。然而，如果將一系列的分布式能源整合成為虛擬電廠，這些問題就迎刃而解了。3)

虛擬電廠作為一個靈活整合各類分布式電源的方案，它不僅可以整合各種具有不同發(fā)電方式的分布式能源，并且可以結(jié)合各類分布式電源的功能特性，綜合空間的條件來合理將一系列分布式電源組合成一個整體?？梢杂贸Ｒ?guī)發(fā)電站所使用的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來衡量虛擬電廠的效用，比如：預(yù)計產(chǎn)量、電壓調(diào)節(jié)能力、電能儲備能力、電能上升率等。此外，虛擬電廠也滿足了一些可控的需求，比如需求價格彈性、負荷恢復(fù)模式，這些參數(shù)也可作為衡量虛擬電廠作用的參數(shù)。4)

虛擬電廠概念的提出，使得分布式能源大范圍投入電網(wǎng)運行成為可能，也可以為傳輸系統(tǒng)的管理提供服務(wù)。5)

虛擬電廠的控制方式

根據(jù)控制結(jié)構(gòu)以及相關(guān)信息指示方式不同，可以分成以下三種不同的基本分類。6)

(1)集中控制的虛擬電廠(Centralized Controlled VPP，CCVPP)：這一結(jié)構(gòu)下的虛擬電廠，要求電廠可以完整掌握涉及分布式運行的每一個單位的信息，同時，其操作設(shè)置需要滿足當?shù)仉娏ο到y(tǒng)的不同需求。這一類型的虛擬電廠，在達到最佳運行模式時會有很大的潛力。但是，往往由于具體的運行實際的限制，可擴展性和兼容性較為有限。7)

(2)分散控制的虛擬電廠(Decentralized Controlled VPP，DCVPP)： 這個是指本地控制的分布式運行模式，在本地控制的系統(tǒng)中，構(gòu)成一個整體的層次結(jié)構(gòu)。針對上一種集中控制模式模式中的弱點，DCVPP模式通過模塊化的本地運行模式和信息收集模式有效地改進了缺陷。然而，中央控制系統(tǒng)在運行時仍然需要位于整個分散控制的虛擬發(fā)電系統(tǒng)的最頂端，以確保系統(tǒng)運行時的安全性和整體運行的經(jīng)濟性。8)

(3)完全分散控制的虛擬電廠(Fully Decentralized Controlled VPP，F(xiàn)DCVPP)：改運行模式可以認為是DCVPP的一種延伸。分散式控制模式中的中央控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)交換處理器代替，這些數(shù)據(jù)交換代理提供如市場價格、天氣預(yù)報以及數(shù)據(jù)記錄等有價值的信息。對于分散控制模式中的小單位來說，由于FDCVPP模式下的即插即用能力(plug and play ability)，在此模式下運行，相比前兩種模式，會具有很好的可擴展性和開放性。9)

基于以上三種模式的運行特點，完全分散控制的虛擬電廠虛擬電站更適合于在市場中投入運行的模式。在歐盟研究委員會規(guī)劃設(shè)計的一個未來電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型中，將一個完全分散控制的虛擬電廠視為分布式發(fā)電成功邁向全面運營的基礎(chǔ)，在這個規(guī)劃中，電網(wǎng)中的每一個節(jié)點都被激活，反應(yīng)靈敏，對于周圍環(huán)境的變化敏感，并且可以智能調(diào)整價格。10)

虛擬電廠的優(yōu)化調(diào)度問題

虛擬電廠的優(yōu)化調(diào)度問題可以分為2種：11)

(1)內(nèi)部調(diào)度，虛擬電廠對自身內(nèi)部多個電源的容量配置或出力進行優(yōu)化調(diào)度;

(2)外部調(diào)度，由電網(wǎng)將虛擬電廠當成一個整體進行優(yōu)化調(diào)度。

虛擬電廠投入運行所需技術(shù)

驅(qū)使人們研究智能電網(wǎng)以及虛擬電廠的主要原因不是制造電力本身的成本，而是保證合格電力所需要的成本。虛擬電廠技術(shù)可以提高智能電網(wǎng)各方面的優(yōu)點，包括兼容性、優(yōu)化電能質(zhì)量、互動性以及集成系統(tǒng)資源等。如今，通信以及計算機技術(shù)的長足發(fā)展使得虛擬電廠內(nèi)部各部分的實時通信成為可能。但是，為了在實際市場的運行中發(fā)揮虛擬電廠兼容、互動和自愈等優(yōu)勢，還有一系列的關(guān)鍵技術(shù)問題需要解決。12)

(1)數(shù)字化的量測體系

在虛擬電廠的發(fā)電側(cè)及用戶側(cè)都引入數(shù)字化儀表(Advanced Metering Infrastructure, AMI)。AMI相對于相對于現(xiàn)行的測量儀表的一大特點是授權(quán)于用戶，將電網(wǎng)和用戶聯(lián)系起來，讓用戶可以支撐電網(wǎng)的運行。AMI的組成和特點具體包括：13)

a.高級智能儀表

高級智能儀表相對于現(xiàn)有的電表的區(qū)別在于，它們類似于電網(wǎng)上的傳感器，可以將用戶端的實時數(shù)據(jù)，如電量、電壓、電流、用電功率等信息即使傳送到發(fā)電端。這樣可以為電網(wǎng)的運行、調(diào)度和規(guī)劃提供大量準確信息，方便運行人員精確把握電網(wǎng)的運行狀態(tài)。尤其是針對分布式電源的管理，更需要通過高級智能儀表，精確掌握和預(yù)測分布式能源的狀態(tài)信息。14)

b.供用電服務(wù)

在用戶端引入智能儀表后，系統(tǒng)可以根據(jù)電網(wǎng)的用電信息，對用戶的用電量實行實時計價，不同時段不同電價，鼓勵用戶在電價高時少用電，電價低時多用電，實現(xiàn)負荷的平衡和優(yōu)化控制。這樣不僅可以大大降低用戶的用電成本，同時也大大提高了電能的利用效率，并且實現(xiàn)與用戶互動的負荷側(cè)管理。15)

c.用戶室內(nèi)網(wǎng)(HAN)

一旦智能電網(wǎng)得到完善和普及后，用戶端將不再僅僅擔當負荷側(cè)這一種角色，在一定情況下，用戶本身也可以成為一個小型的虛擬電廠，參與電網(wǎng)的運行。通過網(wǎng)關(guān)或用戶入口把智能電表和用戶室內(nèi)可控的電氣或裝置連接起來，讓用戶能根據(jù)電網(wǎng)公司的需要，積極參與需求、響應(yīng)電力市場的功能。16)

d.遠程接通或斷開

AMI將為虛擬電廠提供系統(tǒng)故障快速檢測功能，一旦故障發(fā)生，系統(tǒng)將立刻切斷故障區(qū)域，等待故障修復(fù)之后自動合閘。17)

(2)廣域測量系統(tǒng)

目前的廣域測量系統(tǒng)(WAMS)的電源管理單位(PMU)裝置以GPS為采樣基準的，它能實現(xiàn)全網(wǎng)同步采集機組和線路的電壓、電流以及重要的開關(guān)保護信號;并且能夠計算出相應(yīng)的電壓和電流相量、頻率和頻率變化率、機組和線路功率、發(fā)電機內(nèi)電勢(功角)以及根據(jù)機組鍵相信號實測機組功角;同時還能提供擾動觸發(fā)的暫態(tài)記錄。18)

廣域測量系統(tǒng)能實現(xiàn)對電力系統(tǒng)動態(tài)過程的監(jiān)測，其測量的數(shù)據(jù)能反映系統(tǒng)的動態(tài)行為特征。廣域測量系統(tǒng)為電力系統(tǒng)提供了新的測量和監(jiān)控手段，其突出優(yōu)點是：廣域測量可以實現(xiàn)在時間/空間/幅值三維坐標下，同時觀察電力系統(tǒng)全局的電力動態(tài)過程全貌。19)

(3)先進的監(jiān)控軟件和輔助決策體系

目前電網(wǎng)的調(diào)度和監(jiān)控采用的大多是EMS，SCADA系統(tǒng)或者其擴展功能，這些系統(tǒng)的弊端存在處理問題速度慢，系統(tǒng)儲存的信息量十分有限，并且系統(tǒng)的在線分析能力較差，在多數(shù)時間需要人腦經(jīng)驗來解決問題，而這些弊端使得這一系統(tǒng)已經(jīng)無法使用如今日益復(fù)雜多變的電力系統(tǒng)。20)

而智能電網(wǎng)在運行時，需要實施監(jiān)控網(wǎng)內(nèi)所有節(jié)點、線路和設(shè)備上的所有數(shù)據(jù)，這是傳統(tǒng)的監(jiān)控軟件和決策系統(tǒng)無法完成的任務(wù)。虛擬電廠需要依靠最先進的計算機優(yōu)化算法來實現(xiàn)采集、組織、分類和處理智能電網(wǎng)中的海量信息，并基于數(shù)據(jù)和分析為運行人員提供輔助決策。21)

實現(xiàn)符合虛擬電廠運行要求的監(jiān)控軟件，可以通過將分布式監(jiān)控系統(tǒng)與集中式監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合的方式實現(xiàn)。目前電力系統(tǒng)的調(diào)度方式是采用將所有信息在電網(wǎng)調(diào)度中心進行統(tǒng)一處理，然后向相應(yīng)的下級發(fā)電廠發(fā)布處理決定的模式。而在智能電網(wǎng)中，隨著負荷側(cè)管理數(shù)字化儀表的應(yīng)用，分布式的監(jiān)控系統(tǒng)不僅能夠采集、分析本地的數(shù)據(jù)，并且篩選出需要與上級或其他分布式系統(tǒng)通行的數(shù)據(jù)，分布式的監(jiān)控系統(tǒng)還能根據(jù)計算的結(jié)果決定采取必要的本地控制措施，而不是通過控制中心下達命令。在智能電網(wǎng)中，虛擬電廠可以引入多代理系統(tǒng)，將信息發(fā)布至相應(yīng)等級的代理來處理，而集中式的監(jiān)控層主要負責統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)各個代理之間的信息通信和交流。22)

在輔助決策層面，虛擬電站可引入高級的可視化界面和運行決策支持。通過數(shù)據(jù)過濾和分析，高級的可視化界面能夠?qū)⒋罅繑?shù)據(jù)分層次，具體而清晰地呈現(xiàn)出來，從整體到局部地向運行人員展示精確、實時的電網(wǎng)運行狀態(tài)，并且提供相應(yīng)的輔助決策支持，包括預(yù)警工具、事故預(yù)想(what-if)工具和行動方案工具，這樣較為完善的輔助決策系統(tǒng)便可成型。同時，系統(tǒng)也可通過內(nèi)部儲存的數(shù)據(jù)，對電網(wǎng)可能出現(xiàn)的問題進行預(yù)測，方便虛擬電廠對潛在危險采取一定的預(yù)防措施。23)

(4)快速仿真和模擬

快速仿真和模擬包括風險評估、自愈控制與優(yōu)化等高級軟件系統(tǒng)，可實時監(jiān)測和分析系統(tǒng)目前狀態(tài)，幫助虛擬電廠做出快速響應(yīng)和預(yù)測。通過其數(shù)字運算和預(yù)測功能，應(yīng)用于虛擬電廠的配電快速仿真模擬(DFSM)可支持四個主要的自愈功能：網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、電壓與無功控制、故障定位、隔離和恢復(fù)供電以及當系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時繼保再整定，提高了智能電網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性和可靠性。24)

虛擬電廠未來發(fā)展

美國的一份報告指出，儲能使得虛擬電廠在未來幾年將“侵入能源市場”。報告認為，一個功能全面的能量云的前提是虛擬電廠，虛擬電廠的增長將使能源云成為一種交易平臺，參與者能夠在其中相互購買和出售來自多個電源點的能源，基于虛擬電廠的能源云使得能源交易雙向互動，而不是傳統(tǒng)意義上的能源單向流動。25)

隨著國家對清潔能源和新興技術(shù)的發(fā)展的大力推動，虛擬電廠將成為智能電網(wǎng)和全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中重要的能源聚合形式，具有廣闊的發(fā)展空間。26)

(1)分布式電源的互補性減少出力的不確定性。27)

由于可再生能源出力存在較大的隨機性、波動性、間歇性，分布式電源的動態(tài)組合問題亟待解決。隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的推進，三部委針對可再生能源聯(lián)合發(fā)布了“一帶一路”和“一極一道”發(fā)展戰(zhàn)略，“一帶一路”沿線各國都具有豐富的風能和太陽能資源，“一極一道”更是推進了大型可再生能源基地電力送出以及各大洲之間電力交換。能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略推進跨境電力與輸電通道建設(shè)，積極開展區(qū)域電網(wǎng)升級改造合作，充分發(fā)揮不同區(qū)域內(nèi)分布式電源的時差互補和季節(jié)互補特性，提高可再生能源的利用率和虛擬電廠的效益。

(2)多個分布式單元靈活地進行動態(tài)組合組成虛擬電廠。28)

虛擬電廠與微電網(wǎng)的最大區(qū)別在于構(gòu)成虛擬電廠的多個分布式發(fā)電單元不一定在同一個地理區(qū)域內(nèi)，其聚合范圍以及與市場的交互取決于通信能力和可靠性。多個分布式發(fā)電單元按照一定的規(guī)則或目標進行聚合，以一個整體參與電力市場或輔助服務(wù)市場，最后將利益分配給每個分布式發(fā)電單元。虛擬電廠作為中介，根據(jù)動態(tài)組合算法或動態(tài)博弈理論等規(guī)則對多個分布式發(fā)電單元靈活地進行動態(tài)組合。動態(tài)組合的實時性和靈活性可以避免實時不平衡所帶來的成本問題以及由于電廠停機、負荷和可再生能源出力預(yù)測失誤時所導(dǎo)致的組合偏差問題。

(3)大數(shù)據(jù)對可再生能源進行預(yù)測，提高虛擬電廠數(shù)據(jù)處理速度。29)

大數(shù)據(jù)是指無法在可承受的時間內(nèi)用傳統(tǒng)的IT技術(shù)、軟硬件工具和數(shù)學(xué)分析方法進行感知、獲取、管理、處理和分析的數(shù)據(jù)集合。大數(shù)據(jù)技術(shù)可進行負荷預(yù)測和可再生能源出力預(yù)測，包括風能和太陽能。風能預(yù)測非常必要，因為數(shù)據(jù)顯示在用電高峰期，風電場的實際產(chǎn)能變化幅度很大。準確預(yù)測太陽能和風能需要分析大量數(shù)據(jù)，包括風速、云層等氣象數(shù)據(jù)。同時，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)處理虛擬電廠內(nèi)的各種信息，能有效提高數(shù)據(jù)交換與處理中心的處理速度，為虛擬電廠的數(shù)據(jù)交換與處理中心提供各子系統(tǒng)實時、精確的數(shù)據(jù)信息流。

(4)虛擬電廠參與多種市場進行優(yōu)化調(diào)度和競價。30)

虛擬電廠通過對多個分布式單元進行聚合成為一個整體參與電力市場運營，既可以發(fā)揮傳統(tǒng)電廠出力穩(wěn)定和批量售電的特點，又由于聚合了多種發(fā)電單元而具有較好的互補性。虛擬電廠所參與的電力市場包括日前市場、實時市場、輔助服務(wù)市場等，由此可建立日前市場、雙邊合同、平衡市場及混合市場等多種市場模型?？紤]虛擬電廠中可再生能源出力、負荷和實時電價等不確定因素，在不同市場環(huán)境下建立調(diào)度和競價模型，使虛擬電廠具有更廣泛的適用性。

(5)基于博弈論建立科學(xué)的合作機制，確保虛擬電廠的穩(wěn)定性。31)

博弈論主要研究存在利益關(guān)系或沖突的多個決策主體，根據(jù)自身能力和了解的信息，如何各自進行有利于自己或決策者群體的決策的理論?；诓┺恼摚J為虛擬電廠內(nèi)的所有發(fā)電和用電單元和虛擬電廠與外部所有運營商均為合作博弈。根據(jù)合作博弈理論制訂科學(xué)的合作機制，包括虛擬電廠內(nèi)部聚合的多個發(fā)電或用電單元之間的合作機制和虛擬電廠與集成運營商、配電網(wǎng)或輸電網(wǎng)以及電力市場運營者之間的合作機制，保證所有參與者的合理收益，使參與者保持長期的參與積極性，確保虛擬電廠的穩(wěn)定性。

虛擬電廠案例

(1)上海黃浦區(qū)試點商業(yè)建筑虛擬電廠項目32)

在上海市中心黃浦區(qū)，一座不同尋常的電廠正在悄然建設(shè)中。它不建廠房，不燒煤、不燒氣，預(yù)計今年年末，它能在用電高峰時段釋放出約5萬千瓦電力來“削峰填谷”。這座明確寫入上海市電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃，由眾多分布式儲能設(shè)備集合而成的黃埔區(qū)商業(yè)建筑虛擬電廠，正成為上海市電力體制改革、智能電網(wǎng)建設(shè)的獨特案例。

2018年1月，位于黃浦區(qū)九江路上的寶龍大廈第八次參與了虛擬電廠試運行，“發(fā)電”能力達100千瓦。寶龍大廈僅僅是黃浦區(qū)虛擬電廠的一個項目。迄今，虛擬電廠最大規(guī)模的一次試運行，參與樓宇超過50棟，釋放負荷約1萬千瓦。

“這個原理說來也簡單。”上海經(jīng)研院規(guī)劃評審中心(以下簡稱“規(guī)評中心”)楊建林博士告訴筆者，“以寶龍大廈為例，在冬夏兩季用電高峰期，我們的系統(tǒng)只需對大廈各樓層中央空調(diào)的預(yù)設(shè)溫度、風機轉(zhuǎn)速、送風量等參數(shù)進行一定的柔性調(diào)節(jié)，就能夠通過減負為電網(wǎng)釋放出100千瓦電能。”

目前，黃浦區(qū)內(nèi)95%以上符合安裝要求的公共建筑(包括辦公樓、商場、醫(yī)院、學(xué)校、政府機關(guān)等)都實現(xiàn)了能耗在線監(jiān)測。由上海市經(jīng)信委牽頭、上海經(jīng)研院參與規(guī)劃設(shè)計、上海騰天節(jié)能技術(shù)有限公司參與實施的《上海黃浦區(qū)商業(yè)建筑虛擬電廠示范項目》已于2016年獲國家發(fā)改委批復(fù)，將在三年內(nèi)全面完成。

“辦公樓的發(fā)電原理看似簡單，具體實現(xiàn)卻不容易，這里面涉及眾多電力參數(shù)與空調(diào)參數(shù)的對應(yīng)與算法。”楊建林博士介紹，“這也就是虛擬電廠比傳統(tǒng)需求響應(yīng)資源調(diào)用更為先進的地方。”

傳統(tǒng)的需求響應(yīng)資源調(diào)用，如負荷控制平臺，實際上相當于一個備用調(diào)峰機組。在用電高峰期，電網(wǎng)調(diào)度部門啟動該平臺，向協(xié)議用戶下達手動削減負荷指令，或遠程拉閘限電“關(guān)開關(guān)”。這種方式簡單粗放，用戶體驗感受也較差。

而虛擬電廠要實現(xiàn)的，是柔性負荷控制，柔性負荷在一定時間內(nèi)靈活可變，可在基本不影響用戶的前提下，達到削減或增加負荷的目的。

目前，可參與需求響應(yīng)的柔性負荷種類繁多。上海經(jīng)研院規(guī)劃評審中心具體研究了柔性負荷調(diào)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、參數(shù)設(shè)置、功率調(diào)節(jié)以及聚合方法等內(nèi)容，設(shè)計了柔性負荷響應(yīng)系統(tǒng)。楊建林介紹，“以商用大樓寶龍大廈的中央空調(diào)為例，在夏季用電高峰期，我們的響應(yīng)系統(tǒng)依托精密的信息技術(shù)，通過對空調(diào)的預(yù)設(shè)溫度、風機轉(zhuǎn)速、送風量、新風量、冷凍水泵流量、冷凍水進水溫度等幾十個特性參數(shù)變量的控制，可以在不停機、不影響用戶使用的前提下，達到柔性調(diào)節(jié)空調(diào)負荷的目的。”

柔性負荷響應(yīng)系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)‘削峰’的作用，還能實現(xiàn)‘填谷’的功能。同樣以夏季空調(diào)制冷為例，在系統(tǒng)檢測到電網(wǎng)的負荷進入低谷期后，利用空調(diào)所屬房間儲熱能力，自動調(diào)整幾十個特性參數(shù)變量，增加空調(diào)負荷，可提前儲存一部分冷量，使電力系統(tǒng)的利用率增高。

電力系統(tǒng)運行調(diào)度的核心是功率平衡，若需求響應(yīng)資源本身具備在線功率調(diào)節(jié)功能，則可以發(fā)揮更顯著的系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用。然而傳統(tǒng)的負荷控制平臺只能參與離線調(diào)峰安排，條件和技術(shù)都難以達到接入系統(tǒng)的要求。

“虛擬電廠要達到的目標，不僅僅是收集分散的電能數(shù)據(jù)、控制負荷量，而是像一個真正的發(fā)電廠一樣，可以參與系統(tǒng)調(diào)度，提供調(diào)峰、調(diào)頻輔助服務(wù)和電力市場交易等。”上海經(jīng)研院規(guī)評中心主任費斐介紹，“從這個角度看，上海黃浦區(qū)具有建立虛擬電廠得天獨厚的條件。”

黃浦區(qū)是上海商業(yè)建筑最密集的中心城區(qū)，大型商業(yè)建筑數(shù)量超過200幢，面積近1000萬平方米，年耗電量約13億千瓦時，峰值負荷近50萬千瓦，樓宇能耗占全區(qū)總能耗的65%以上，方便對諸多分布式發(fā)電資源進行大范圍集中控制。截至2月28日，黃浦區(qū)內(nèi)像寶龍大廈這樣對能耗實時在線監(jiān)測的樓宇，總數(shù)已超過230棟，年監(jiān)測用電量超過10億千瓦時，占上海市社會領(lǐng)域用電總量的40%。

目前，該項目正在有序推進中。根據(jù)規(guī)劃，今年上海黃浦區(qū)將建成預(yù)期具有5萬千瓦容量、1萬千瓦自動需求響應(yīng)能力、0.2萬千瓦二次調(diào)頻能力，年虛擬發(fā)電運行時間不少于50小時的商業(yè)建筑虛擬電廠，總“發(fā)電”能力將達到5萬千瓦。按此推算，如果上海其他區(qū)域也能推廣這種模式，就相當于在不增加資源消耗的情況下新建一座大型電廠。

(2)江蘇的世界上最大規(guī)模容量的“虛擬電廠”33)

2017年5月24日，世界上首套大規(guī)模“源網(wǎng)荷互動”系統(tǒng)在江蘇投運，它的投運，也相當于我國擁有了世界上最大規(guī)模容量的“虛擬電廠”。

這套系統(tǒng)通過“互聯(lián)網(wǎng)+電網(wǎng)”的技術(shù)，實現(xiàn)調(diào)控電廠發(fā)電的同時，也能調(diào)控用戶用電，讓兩邊都在不停變化的天平達到毫秒級的瞬時平衡。它借助“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)和智能電網(wǎng)技術(shù)的有機融合，將零散分布、不可控的負荷資源轉(zhuǎn)化為隨需應(yīng)變的“虛擬電廠”資源，在清潔電源波動、突發(fā)自然災(zāi)害特別是用電高峰突發(fā)電源或電網(wǎng)緊急事故時，用電客戶主動化身“虛擬電廠”，參與保護大電網(wǎng)安全。這是我國推出的創(chuàng)新舉措，最新建成投運了世界最大規(guī)模“虛擬電廠”。

“按照傳統(tǒng)的處理方式，在電網(wǎng)出現(xiàn)緊急事故時，我們將緊急調(diào)動備用的發(fā)電資源，同時立即切除部分用戶用電負荷，以此確保大電網(wǎng)安全。2016年起國家電網(wǎng)主導(dǎo)建設(shè)‘大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動系統(tǒng)’，在國際上首創(chuàng)將分散的海量可中斷用電負荷集中起來進行精準實時控制。”國網(wǎng)江蘇電力調(diào)度控制中心副主任羅建裕表示。

據(jù)介紹，這種可中斷負荷是指在一定補償機制下、簽訂經(jīng)濟合同或協(xié)議、客戶自愿中斷用電的負荷，主要包括家庭熱水器、空調(diào)以及工廠非連續(xù)性生產(chǎn)負荷等。由于該類負荷中斷不會對用戶生產(chǎn)生活造成實質(zhì)影響，且可根據(jù)電源、電網(wǎng)的動態(tài)變化實時啟停，因此該類負荷既具有負荷特性，又具有電源特性，相當于隨時、隨地、隨需投運的“虛擬電廠”。目前，江蘇“虛擬電廠”毫秒級實時響應(yīng)規(guī)模已達100萬千瓦，另有276萬千瓦秒級準實時響應(yīng)能力，規(guī)模為世界最大。

(3)特斯拉計劃在澳大利亞建全球最大虛擬發(fā)電廠34)

據(jù)外媒消息，近日南澳大利亞州政府公布新計劃，由特斯拉幫助建設(shè)虛擬發(fā)電廠，連接到蓄電池站的太陽能板將為該州家庭免費供電，南澳大利亞州政府將為5萬家庭免費提供太陽能板和特斯拉電池，將民居變成相互連接的巨大發(fā)電廠。如果這座發(fā)電廠建成，這將是世界上最大的電池、太陽能熱電廠，也是世界上最大的儲電廠。

州政府還宣布，將免費安裝1100套公共住房、5千瓦太陽能電池板和13.5千瓦特斯拉Powerwall2電池，并通過售電進行融資。

虛擬電廠是通過控制手段，把分散的分布式電源組織起來，形成一種可以控制的、規(guī)模化效應(yīng)的類似于電廠的組織。通俗講，就是每一家的太陽能板在自家不用時，將產(chǎn)生的電源送到特斯拉提供的蓄電池中儲存起來。誰提供的電能多，誰就受益多。

南澳大利亞州政府表示，他們的虛擬發(fā)電廠將通過3個階段來實現(xiàn)。第一階段是在1100戶家庭進行試驗，每家通過太陽能板為特斯拉的電池組提供5千瓦的電能。之后，該系統(tǒng)將在2.4萬個家庭中展開。最后，整個南澳大利亞州的家庭都將納入這一虛擬發(fā)電廠。州政府將為該項目提供209萬美元資金支持和3000萬貸款。

參考資料：

1), 3) - 10), 12) - 24) 《分布式發(fā)電與智能電網(wǎng)》, 2013.

2) , 11) , 25) - 34) 大規(guī)?？稍偕茉唇尤腚娋W(wǎng)的模式-虛擬電廠!實際案例有哪些?, 2018.北極星儲能網(wǎng).