虚拟电厂：智能电网技术下的能源聚合与优化管理

虚拟电厂：智能电网技术下的能源聚合与优化管理

虚拟电厂是一种智能电网技术，通过先进信息通信技术和软件系统，实现分布式电源、储能系统、可控负荷等分布式能源的聚合和协调优化。本文将为您详细介绍虚拟电厂的概念、结构、作用及其在国内的发展现状。

虚拟电厂是什么

虚拟电厂并不是真实存在的电厂，而是一种智能电网技术，应用分布式电力管理系统参与电网运行调度，实现“源-荷-储”聚合优化。其核心是用于调控分布式电源、可控负荷和分布式储能设施能量流的能量管理系统。

• 源：目前接入资源以分布式光伏为代表，自身不具备调节能力，可和工商业负荷视为整体，构成一个可调节负荷。
• 荷：可调节负荷各有自身能力限制，工业负荷往往受生产计划强制约，且响应速度慢；空调负荷在时间维度不可平移，基本没有填谷能力，且受用户体验和天气等因素限制，可调节范围有限；充电桩作为直接面向C端的负荷，其调节能力不可预测性较强。
• 储：可调节能力、响应速度和可靠性都较好的调节资源，同时具备削峰和填谷能力，虚拟电厂进行高频次大幅度响应的不可缺少的资源。

国内虚拟电厂的发展阶段

国内虚拟电厂的发展可分为三个阶段，分别为邀约型、市场型以及跨空间自主调度型。我国虚拟电厂正处于邀约型向市场型过渡阶段，项目以研究示范为主，普遍由政府引导、电网实施，尚未到商业化阶段，呈现以下4个特点：

1. 相关政策框架仍需进一步完善，亟需制定国家和省级专门政策；
2. 项目开发总体上仍处于试点和示范阶段，且在省级范围内缺乏统一的虚拟电厂平台；
3. 大多数虚拟电厂试点已实现用户用能监测的初步目标，但实现虚拟电厂的优化调度和对分布式能源的闭环控制的项目仍然短缺；
4. 商业盈利模式大致为需求侧响应、辅助服务市场、电力现货市场。

虚拟电厂的作用

城市中有大量的工商业企业用电负荷资源、可调节负荷、电动汽车充电站以及储能资源，具有巨大的削峰填谷潜力。虚拟电厂可以：

• 在电源侧提供精益化管理手段，促进新能源消纳；
• 在电网侧提供调频调峰服务、负荷备用服务等，提高电网安全运行水平；
• 在用户侧通过需求响应提升用能效率，降低电费并获取需求响应收益；
• 有效消纳新能源光伏发电的过剩产能，解决风电和光伏发电的波动性、随机性等问题；
• 通过储能装置解决源-荷不匹配问题，提升系统调节性能和供电可靠性；
• 协调优化控制，减小分布式发电机组并网对电网造成的冲击，提高电力系统运行的稳定性。

典型硬件

虚拟电厂的硬件设施包括现场传感器、智能网关等设备，组成了完整的“云-边-端”能源数字化体系。具体包括：

• 高低压配电综合保护和监测产品
• 电能质量在线监测装置
• 电能质量治理设备
• 照明控制解决方案
• 充电桩
• 电气消防类解决方案

这些设备可以为虚拟电厂企业级的能源管理系统提供一站式服务能力。

平台结构

虚拟电厂的平台结构主要包括数据采集层、数据处理层、应用服务层和用户交互层。通过多层次的数据处理和分析，实现对分布式能源的优化调度和管理。

应用场景

虚拟电厂的应用场景包括分布式光伏、户用储能、工商业储能、充电桩、基站储能、光储充等。通过能量管理系统，实现对各类分布式能源的综合监测和优化调度。

应用案例

某太阳能研究所光储项目

该项目展示了虚拟电厂在实际应用中的效果：

• 实现光储系统综合监测
• 保障光伏、储能等设备安全运行
• 运用储能进行削峰填谷，降低用电成本
• 运用储能进行新能源消纳，提升光伏消纳率
• 实现光储系统的综合演示