虛擬電廠在分布式能源中的應用

袁勇

摘 要： 越來越多的分布式能源并入電網面臨著如何運行管理的問題，本文講述的虛擬電廠（VPP），有效解決了這些問題。

關鍵詞： 虛擬電廠；分布式能源；應用研究

近幾十年來，環境問題、日益增長的能源需求和經濟等導致全球的可再生能源（RES）的普及，幾種分布式發電（DG）的顯著增長，可再生的DGS可能有機會參與能源市場。

虛擬電廠（VPP）可以被描述為“能源互聯網”，利用現有的電網來調整供電和需求服務。VPP通過使用一套復雜的基于軟件的系統，為最終用戶和分發實用程序提供最大的價值。它們是動態的，實時提供價值，并可以對不斷變化的客戶負載做出快速反應。VPP還可以通過預測，提前計量和計算機化控制以及執行能源的實時優化來匹配負載波動。

VPP在智能電網的概念中起著關鍵的作用，通過VPP的快速控制系統或轉移負荷消耗，減少可再生能源的波動性帶來的預測風險。

1 虛擬電廠在分布式能源中的應用介紹

分布式能源發電的具有間歇性，不均衡型等特點，如何有效的預測發電量以及如何高效的運營管理是越來越突出的問題。虛擬電廠能夠把分散的分布式能源、分布式儲能裝置、分布式負荷進行集合，從而形成一個虛擬的發電個體，此時就像相同規模的實體發電廠一樣能夠自主的控制，同時能夠為電力系統提供發電計劃、負荷需求及檢修計劃，并接收整個電力系統的調度與管理，參與整體的競爭。

2 虛擬電廠應用技術分析

2.1協調控制與智能決策技術

分布式能源存在間歇性、不穩定性等特點，因此它的發電質量和經濟效果難以把控，因此通過虛擬電廠對發電設備、儲能設備、負荷進行綜合控制管理是最為關鍵的一環。一般有三種控制方式：集中控制、分散控制和完全分散控制。虛擬電廠采用集中控制時，所有單元的信息都需要通過控制協調中心進行處理和雙向通信，采用能源管理系統（EMS）協調機端潮流、可控負荷和儲能系統等，通過負載與功率預測、多目標決策等技術找到最佳控制方案，優化電網運行。分散控制方式能使虛擬電廠模塊化，改善集中控制方式下的通信堵塞和兼容性差的問題。完全分散控制方式使得虛擬電廠具有很好的擴展性和開放性。

2.2 通信技術

虛擬電廠在對分布式能源進行控制是通過先進的通信技術實現的，虛擬電廠作為控制中心，不但可以收到發電單元的狀態，而且還能發送控制指令。根據不同場合和要求，虛擬電廠要應用不同的通信技術。在歐洲進行的一些虛擬電廠項目中，主要應用有互聯網虛擬專用網絡技術、移動通信技術、GPRS技術和IEC104協議通信技術等。

2.3 智能檢測技術

虛擬電廠采用智能檢測技術進行測量，通過智能算法自動測量負荷值的能源消耗量以及電力生產量，也就是通常說的自動抄表，提前獲得電力需求信息。

2.4 海量信息處理技術

能源互聯網真正的大數據時代，虛擬電廠需要具備先進的數據挖掘和數據優化處理方法，以及智能分析和診斷技術。

3 虛擬電廠在分布式能源調度中的應用案例

隨著虛擬電廠技術的不斷成熟，國外的儲能廠商和電力集成商開始進入虛擬電廠領域。虛擬電廠業務涉及能效管理、節能合約、充電設施服務等等。

在2016年8月，AGL能源公司宣布在澳大利亞阿德萊德推出一個5MW的虛擬電廠計劃。該公司將向舊金山的Sunverge Energy提供1000戶家庭和企業的電池和光伏系統。這些系統將為消費者支付3500澳元的費用，預計在當前分銷網絡關稅下將在7年內償還。該計劃本身價值2000萬澳元，被列為世界上最大的虛擬電廠項目。項目通過制定統一的數據傳輸標準，使得虛擬電廠能夠根據數據的變化快速的反應。考慮發電端口的同時，虛擬電廠更加的關注用電側的反應，通過虛擬電廠的作用進行能源的合理調度，如圖2所示。

在該項目中，具體的構架是各種分布式能源被分散代理，并且通過分布式能源接口傳遞其當前的狀態和數據信息，匯總后傳遞給虛擬能源，進而形成競標曲線，參與市場的競爭和市場的交易。通過上述的具體應用例子介紹可以展示出虛擬電廠具有以下的技術特點：（1）聚合的分布式能源加入日間電力市場；（2）提供第三方備用輔助服務；（3）維持輸電和配電的電壓。

4 結束語

根據派克研究的2014年報告，VPP市場將在未來幾年內持續穩步增長，從2010年的52億美元增長到2015年的近74億美元。在更積極的預測情況下，清潔技術市場情報公司預測，同一時期全球VPP收入可能高達117億美元。無論是從社會效益角度還是從國家電網角度來分析，通過虛擬電廠在分布式能源中的應用，能夠保障分布式電網的運行，緩解能源危機。分布式能源接入電力系統中所遇到的問題能夠通過虛擬電廠來解決，虛擬發電廠將多類型分布式電源和用戶負荷集成起來，對電網公司來說，擔負了一個可控發電廠的角色，極大減輕了電網公司對分布式電源運行管理的壓力，有利于電網安全穩定運行。■

參考文獻

[1] 季陽.基于多代理系統的虛擬發電廠技術及其在智能電網中的應用研究[D].上海：上海交通大學，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.