虛擬電廠在分布式能源中的應(yīng)用

樂(lè)晶濤

摘要：當(dāng)前，社會(huì)發(fā)展對(duì)于電力能源的需求量逐漸提升。虛擬電廠的應(yīng)用可對(duì)分布式的發(fā)電單元以及負(fù)荷高效管理。本文對(duì)虛擬電廠內(nèi)容和組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，并分析其對(duì)分布式能源控制方式，闡述虛擬電廠的實(shí)際運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：虛擬電廠;分布式能源;遠(yuǎn)程控制

引言：虛擬電廠屬于先進(jìn)的通信技術(shù)，利用軟件系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式能源的高效控制。當(dāng)前，社會(huì)發(fā)展，對(duì)電能的需求變化較大，對(duì)電網(wǎng)的削峰填谷相關(guān)工作提出挑戰(zhàn)，高效管理用電高峰，能夠緩解電網(wǎng)用電負(fù)荷，下文重點(diǎn)介紹虛擬電廠在儲(chǔ)能和分布式光伏當(dāng)中的應(yīng)用。

一、虛擬電廠概述

虛擬電廠的應(yīng)用轉(zhuǎn)變了分布式發(fā)電并網(wǎng)形式以及用戶(hù)消費(fèi)方式。借助智能技術(shù)、控制理論、通信技術(shù)，將分布式單元、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及可控負(fù)荷的加以聚合，統(tǒng)一調(diào)度，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電、用電等資源優(yōu)化協(xié)調(diào)控制，展現(xiàn)虛擬電廠配置資源方面的優(yōu)勢(shì)。虛擬電廠組成結(jié)構(gòu)包括如下系統(tǒng)：風(fēng)力發(fā)電、水力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能、（工業(yè)、商業(yè)、家用）負(fù)荷，電動(dòng)汽車(chē)、微燃?xì)廨啓C(jī)，上述系統(tǒng)之間可借助通信系統(tǒng)，完成信息共享，系統(tǒng)可接收虛擬電廠指令，對(duì)各單元進(jìn)行分別控制。圖1為虛擬電廠結(jié)構(gòu)圖：

二、虛擬電廠對(duì)分布式能源的控制方式

使用傳統(tǒng)控制方式，利用光伏發(fā)電、可控負(fù)荷、儲(chǔ)能等系統(tǒng)，由于分布式發(fā)電各個(gè)單元具有功率波動(dòng)，負(fù)載功率固定等特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)負(fù)荷控制，通過(guò)儲(chǔ)能系統(tǒng)，可迅速調(diào)節(jié)功率，按照供需特點(diǎn)，為分布式能源以及可供負(fù)荷并網(wǎng)之后，系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。下文將按照光伏發(fā)電、可控負(fù)荷功率、負(fù)載功率實(shí)際變化進(jìn)行調(diào)整，利用模糊控制虛擬電廠，精準(zhǔn)控制負(fù)荷減載。

儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的為完成負(fù)荷消減，實(shí)施精準(zhǔn)控制。利用傳統(tǒng)控制方式，將輔助空調(diào)的負(fù)荷抑制為目的，完成分布發(fā)電單元與用電負(fù)荷產(chǎn)生的功率波動(dòng)二者之間產(chǎn)生的負(fù)荷偏差的消減。將實(shí)時(shí)電價(jià)考慮其中，保證負(fù)荷運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，利用虛擬電廠，將分布式能源集中控制，通過(guò)模糊理論，將模糊電量設(shè)置為實(shí)時(shí)電價(jià)、負(fù)荷消減，并利用加權(quán)系數(shù)，將其看作控制器輸出變量[1]。

三、虛擬電廠在分布式能源中的應(yīng)用

（一）儲(chǔ)能電站中的應(yīng)用

虛擬電廠可通過(guò)儲(chǔ)能電站的形式應(yīng)用。電能存儲(chǔ)方式包括電池、電感器、電容器等，其中電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，下文簡(jiǎn)稱(chēng)BESS，主要利用鉛、鋰電池作為儲(chǔ)能載體，在特定時(shí)間儲(chǔ)存和提供電能，保證電能削峰填谷、過(guò)渡平滑并具備調(diào)頻調(diào)壓的功能。BMS也稱(chēng)電池管理系統(tǒng)，主要功能為，采集儲(chǔ)能電池電壓、電流、容量和溫度相關(guān)信息，監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)，和監(jiān)控系統(tǒng)CAN總線以及PCS相互連通，統(tǒng)一完成充、放電管理。其中BMS還具備電池保護(hù)、性能分析、均衡電壓各項(xiàng)功能，可實(shí)時(shí)測(cè)量除蓄電池中上述信息，并建立診斷模型，獲取電池情況診斷結(jié)果，最終估算出其放電時(shí)間。在儲(chǔ)能單元當(dāng)中，調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)主要收集BMS數(shù)據(jù)、配電柜數(shù)據(jù)和儲(chǔ)能變流器中的數(shù)據(jù)，并發(fā)出對(duì)應(yīng)指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制。利用此系統(tǒng)，能夠提前預(yù)設(shè)電池的充電和放電時(shí)間，還能設(shè)定其運(yùn)行模式。利用EMS作為能量調(diào)度系統(tǒng)，結(jié)合電網(wǎng)的峰谷特點(diǎn)，展開(kāi)微網(wǎng)運(yùn)行，對(duì)電網(wǎng)發(fā)電、負(fù)荷、運(yùn)行等合理控制。

利用BESS系統(tǒng)，可將能量移動(dòng)，以集中型、分散型等方式儲(chǔ)存，有效改善風(fēng)電和光伏存在的限發(fā)問(wèn)題，保證發(fā)電經(jīng)濟(jì)性，控制瞬時(shí)功率發(fā)生突變的可能性，降低電網(wǎng)受到?jīng)_擊。同時(shí)，利用微網(wǎng)系統(tǒng)，可自主設(shè)定運(yùn)行目標(biāo)，完成發(fā)配電系統(tǒng)的自我管理與控制，并能夠和外部電網(wǎng)之間并網(wǎng)運(yùn)行，還可單獨(dú)運(yùn)行。作為微網(wǎng)單元中的必要系統(tǒng)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可保證微網(wǎng)最終電力平衡，保證用電可靠性，完成離網(wǎng)、并網(wǎng)自由切換。利用儲(chǔ)能系統(tǒng)還可對(duì)一次調(diào)頻、二次調(diào)頻實(shí)時(shí)控制，對(duì)負(fù)荷波動(dòng)及時(shí)監(jiān)測(cè)，快速對(duì)電網(wǎng)調(diào)度進(jìn)行響應(yīng)，保證電網(wǎng)中頻率穩(wěn)定。此外，儲(chǔ)能系統(tǒng)還可結(jié)合電網(wǎng)中功率因數(shù)的變化，對(duì)其無(wú)功功率動(dòng)態(tài)化調(diào)整，降低電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)節(jié)產(chǎn)生的能量損耗。

（二）分布式光伏電站

虛擬電廠的應(yīng)用為分布式光伏的應(yīng)用提供全新思路，同時(shí)，分布式光伏也為虛擬電廠提供應(yīng)用平臺(tái)。當(dāng)前，利用虛擬電廠能夠管理、監(jiān)控分布式電源功能，可滿(mǎn)足區(qū)域?qū)Ψ植际焦夥芾硇枨螅锰摂M電廠中央控制系統(tǒng)以及監(jiān)控平臺(tái)，促使分布式光伏監(jiān)管工作標(biāo)準(zhǔn)化。虛擬電廠適合應(yīng)用在容量小、數(shù)量多、相互獨(dú)立類(lèi)型的分布式電源管理中。同時(shí)，虛擬電廠還可通過(guò)市場(chǎng)調(diào)節(jié)，利用價(jià)格機(jī)制，間接管理分布式電源，可減輕運(yùn)維人員管理負(fù)擔(dān)，促使電力這種特殊商品通過(guò)虛擬電廠在市場(chǎng)中靈活交易。此外，虛擬電廠還可促使負(fù)荷側(cè)技術(shù)不斷發(fā)展，主要包括全網(wǎng)規(guī)劃以及協(xié)調(diào)管理相關(guān)機(jī)制，可探索出未來(lái)配電網(wǎng)分布光伏具體發(fā)展模式。

具體運(yùn)用過(guò)程需要具備下述條件：第一，市場(chǎng)機(jī)制層面上，由于虛擬電廠存在較高商業(yè)價(jià)值，因此可吸引分布式光伏參與其中，利于電力市場(chǎng)不斷完善，通過(guò)靈活市場(chǎng)，轉(zhuǎn)化虛擬電廠技術(shù)，變?yōu)榻?jīng)濟(jì)效益。因此，需要對(duì)電價(jià)機(jī)制靈活設(shè)定，吸引分布式電源也參與到電網(wǎng)的調(diào)度與運(yùn)行過(guò)程，通過(guò)政府機(jī)構(gòu)實(shí)施和主導(dǎo)虛擬電廠。在市場(chǎng)化前提下，打造分布式光伏示范區(qū)域，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域發(fā)電、用電等效益的最大化。第二，在技術(shù)層面上，虛擬電廠需要具備儲(chǔ)能和燃?xì)廨啓C(jī)控制單元，能夠和分布式光伏之間相互協(xié)調(diào)，利用統(tǒng)一化監(jiān)控、通訊等平臺(tái)，才可將虛擬電廠功能發(fā)揮出來(lái)。確保分布式光伏控制、通訊等符合虛擬電廠內(nèi)部中控單元需求。中控單元既可為分布式電源，又可為儲(chǔ)能管理以及需求側(cè)管理。可保證虛擬電廠能統(tǒng)一調(diào)控分布式電源，同時(shí)，電源存在特定控制、通訊等能力，可借助標(biāo)準(zhǔn)化接口，將虛擬電廠在中控平臺(tái)中接入，統(tǒng)一采集、監(jiān)控分布式單元當(dāng)中電流、有功功率以及電壓和無(wú)功功率各運(yùn)行信息。故此，需在接入分布式電源位置設(shè)置控制端，實(shí)時(shí)向主站內(nèi)傳輸電源監(jiān)測(cè)信息，保證對(duì)分布式電源統(tǒng)一調(diào)度和全面監(jiān)控[2]。

結(jié)束語(yǔ)：總之，基于虛擬電廠對(duì)分布式能源的控制方式，研究虛擬電廠在儲(chǔ)能電站以及分布式光伏等當(dāng)中應(yīng)用，設(shè)計(jì)出遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。在夜間低負(fù)荷或者電價(jià)低環(huán)境下將電力儲(chǔ)存，電價(jià)高時(shí)向外輸送電力，高效完成電能的削峰填谷。

參考文獻(xiàn)：

[1]林洋.虛擬電廠下多種分布式能源的協(xié)調(diào)控制[J].中國(guó)新通信，2019，21（20）：163.

[2]萬(wàn)林.虛擬電廠下多種分布式能源的協(xié)調(diào)控制策略研究[D].華僑大學(xué)，2017.