VPP虚拟电厂是什么？

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北极星储能网讯:虚拟电厂（Virtual Power Plants, VPP）是实现智能配电网的重要技术之一。它是指通过分布式能源管理系统将配电网中分散安装的清洁能源、可控负荷和储能系统合并作为一个特别的电厂参与电网运行，从而很好地协调智能电网与分布式能源之间的矛盾，充分挖掘分布式能源为电网和用户所带来的价值和效益。在欧洲，虚拟电厂也可以叫做电网聚合商（aggregator），在市场参与者中，电网聚合商负责把分布式的小型发电设备（新能源）的控制权集中成为一个池，达到参与电力市场的最低门槛，相当于代理商的角色。

本文来源：微信公众号 交能网 ID：jiaonengwang 作者：陈夏

虚拟电厂的概念

在虚拟电厂中，分散安装在配电网中的清洁电源、受控负荷和储能系统合并作为一个特别的电厂参与电网运行，每一部分均与能量管理系统（EMS）相连，控制中心通过智能电网的双向信息传送，利用EMS系统进行统一调度协调机端潮流、受端负荷以及储能系统，从而达到降低发电损耗、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。

（1）发电系统主要包括家庭型(domestic distributed generation，DDG)和公用型(public distributed generation，PDG)这2类分布式电源。DDG的主要功能是满足用户自身负荷，如果电能盈余，则将多余的电能输送给电网;如果电能不足，则由电网向用户提供电能。典型的DDG系统主要是小型的分布式电源，为个人住宅、商业或工业分部等服务。PDG主要是将自身所生产的电能输送到电网，其运营目的就是出售所生产的电能。典型的PDG系统主要包含风电、光伏等新能源发电装置。

（2）能量存储系统可以补偿可再生能源发电出力波动性和不可控性，适应电力需求的变化，改善可再生能源波动所导致的电网薄弱性，增强系统接纳可再生能源发电的能力和提高能源利用效率。

（3）通信系统是虚拟电厂进行能量管理、数据采集与监控，以及与电力系统调度中心通信的重要环节。通过与电网或者与其他虚拟电厂进行信息交互，虚拟电厂的管理更加可视化，便于电网对虚拟电厂进行监控管理。

虚拟电厂相当于一个带有传输系统的发电站，它在电力传输过程中负责了许多其他工作，比如：负责制定发电时间表、限定发电上限、控制经营成本等。有了这些功能之后，一个独立的虚拟电站可以随时与电力运营的其他参与者取得联系，并提供相应的服务。在通过批发商销售电能的同时，虚拟电厂可以通过直接与通信中心联系来实现为电网整体运行做出贡献。在单独运行时，分布式电源没有足够的能力、灵活性和控制力使得发电站在管理以及市场前提下的运作既做到成本合理，在技术上也可行。然而，如果将一系列的分布式能源整合成为虚拟电厂，这些问题就迎刃而解了。3)

虚拟电厂作为一个灵活整合各类分布式电源的方案，它不仅可以整合各种具有不同发电方式的分布式能源，并且可以结合各类分布式电源的功能特性，综合空间的条件来合理将一系列分布式电源组合成一个整体。可以用常规发电站所使用的统计数据来衡量虚拟电厂的效用，比如：预计产量、电压调节能力、电能储备能力、电能上升率等。此外，虚拟电厂也满足了一些可控的需求，比如需求价格弹性、负荷恢复模式，这些参数也可作为衡量虚拟电厂作用的参数。4)

虚拟电厂概念的提出，使得分布式能源大范围投入电网运行成为可能，也可以为传输系统的管理提供服务。5)

对于欧洲而言，以德国最大的虚拟电厂Next-Kraftwerk为例

虚拟电厂存在的意义是为了帮助德国实现能源转型的提高新能源并网比例的目标而存在的，它的目的是：

·聚合分布式新能源发电资产

·通过灵活性算法自动控制发电资产

·调节电力生产和消耗之间的偏差，平衡预测波动

·减少新能源注入电网带来的冲击

其中，算法是虚拟电厂的核心，通过多维度的时间序列和信息的输入，包括电力交易中心价格预测、输电运营商的节点数据，天气预测数据，实时的发电资产状态数据，历史数据等，输出最优的运营策略，完成对发电资产的自动控制。

虚拟电厂的控制方式

根据控制结构以及相关信息指示方式不同，可以分成以下三种不同的基本分类。6)

（1）集中控制的虚拟电厂（Centralized Controlled VPP，CCVPP）：这一结构下的虚拟电厂，要求电厂可以完整掌握涉及分布式运行的每一个单位的信息，同时，其操作设置需要满足当地电力系统的不同需求。这一类型的虚拟电厂，在达到最佳运行模式时会有很大的潜力。但是，往往由于具体的运行实际的限制，可扩展性和兼容性较为有限。7)

（2）分散控制的虚拟电厂（Decentralized Controlled VPP，DCVPP）：这个是指本地控制的分布式运行模式，在本地控制的系统中，构成一个整体的层次结构。针对上一种集中控制模式模式中的弱点，DCVPP模式通过模块化的本地运行模式和信息收集模式有效地改进了缺陷。然而，中央控制系统在运行时仍然需要位于整个分散控制的虚拟发电系统的最顶端，以确保系统运行时的安全性和整体运行的经济性。8)

（3）完全分散控制的虚拟电厂（Fully Decentralized Controlled VPP，FDCVPP）：改运行模式可以认为是DCVPP的一种延伸。分散式控制模式中的中央控制系统由数据交换处理器代替，这些数据交换代理提供如市场价格、天气预报以及数据记录等有价值的信息。对于分散控制模式中的小单位来说，由于FDCVPP模式下的即插即用能力（plug and play ability），在此模式下运行，相比前两种模式，会具有很好的可扩展性和开放性。9)

基于以上三种模式的运行特点，完全分散控制的虚拟电厂虚拟电站更适合于在市场中投入运行的模式。在欧盟研究委员会规划设计的一个未来电力系统网络模型中，将一个完全分散控制的虚拟电厂视为分布式发电成功迈向全面运营的基础，在这个规划中，电网中的每一个节点都被激活，反应灵敏，对于周围环境的变化敏感，并且可以智能调整价格。10)

虚拟电厂在市场的角色与通信技术

虚拟电厂在电网运营商，各类电力市场，分布式发电资产客户和能源消费者之间扮演者微妙的关系，通过在四个角色之间的数据交互，虚拟电厂完成了电力系统中的优化功能

虚拟电厂的优化调度问题

虚拟电厂的优化调度问题可以分为2种：

（1）内部调度，虚拟电厂对自身内部多个电源的容量配置或出力进行优化调度;

（2）外部调度，由电网将虚拟电厂当成一个整体进行优化调度。

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