一文读懂什么是虚拟电厂VPP

什么是虚拟电厂

依据媒体3月15日报道，由我国发起的虚拟电厂国际标准《架构与功能要求》和《用例》提案获批正式立项。这是国际电工技术委员会(IEC)在虚拟电厂领域立项的首批国际标准，也是中国在能源转型和绿色发展领域国际标准化方面取得的又一突破。那么什么是虚拟电厂(virtual power plant，VPP)呢?

​1 概念

随着可再生能源成为未来全球能源发展的主要方向，虚拟电厂在我国的研究目的主要是为大规模新能源电力的接入提供框架和技术支撑，通过虚拟发电厂的运行机制实现传统能源与新能源之间的互补协同调度与电网的优化运行，以最大程度地平抑新能源电力的强随机波动性，提高新能源的利用率[1]。

虚拟电厂是将分布式发电机组、可控负荷和分布式储能设施有机结合，通过配套的调控技术、通信技术实现对各类分布式能源进行整合调控的载体[2]，以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行，从某种意义上讲，虚拟发电厂可以看作是一种先进的区域性电能集中管理模式[1]。

虚拟电厂与微网的区别：

虚拟电厂和微网是目前实现分布式电源并网最具创造力和吸引力的2种形式。

对于微网的定义，国内一般认为：微网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行[4]。它能够很好地协调大电网与分布式电源的技术矛盾，并具备一定的能量管理功能，但微网以分布式电源与用户就地应用为主要控制目标，且受到地理区域的限制，对多区域、大规模分布式电源的有效利用及在电力市场中的规模化效益具有一定的局限性。

虚拟电厂并未改变每个分布式电源并网的方式，而是通过先进的控制、计量、通信等技术聚合分布式电源、储能系统、可控负荷、电动汽车等不同类型的分布式能源并通过更高层面的软件构架实现多个分布式能源的协调优化运行。它能够聚合微网所辖范围之外的分布式电源，更有利于资源的合理优化配置及利用[3]。

2 关键技术问题

虚拟发电厂的运行控制主要存在以下2个问题[1]：

一是在调度层面，电网对虚拟发电厂整体的控制。

虚拟发电厂作为一个整体参与电网调度时不仅面临市场竞标的问题，还可能带来诸如电压、频率、潮流等方面的安全稳定问题，这就需要在电网调度层面掌握虚拟发电厂这个整体的物理特性，关于这方面的研究目前在文献中比较欠缺。

二是虚拟发电厂本身对其所聚合的各发电和用电单元的控制。

目前尚没有一般性的、具有较好通用性的虚拟发电厂运行控制方法。

虚拟电厂主要依托三类技术

01协调控制技术：实现分布式能源的协调优化，以达到对系统高要求的电能输出

02智能计量技术：虚拟电厂优化和控制的重要基础

03信息通信技术：实现分布式能源聚合的关键

3 发展现状

目前，虚拟电厂技术在欧美发达国家有着较为成熟的发展，在欧美各国已有一些可供借鉴的小规模示范项目。自2001年起欧洲各国就开始开展以集成中小型分布式发电单元为主要目标的虚拟发电厂研究项目，参与的国家包括德国、英国、西班牙、法国、丹麦等。现已实施的虚拟电厂项目包括：德国卡塞尔大学太阳能供应技术研究所的试点项目、欧盟虚拟燃料电池电厂项目、欧盟FENIX项目等[5]。北美则较少采用“虚拟发电厂”的概念，而是主要推进利用用户侧可控负荷的需求响应[1]。

在我国由于能源体制中发电、输配电、用电三方的相对独立，国内尚未形成相关成熟的虚拟电厂成套解决技术，虚拟电厂基本处于前期试点研究阶段。2015年由众多分布式储能设备集合而成的上海黄埔区商业建筑虚拟电厂正在建设中。2017年首套针对清洁能源大规模消纳的“源网荷智能电网”系统在江苏投运，相当于世界首个最大规模"虚拟电厂"诞生。

4 前景

1、虚拟发电厂是对大规模新能源电力进行安全高效利用的有效形式。以风能和太阳能为代表的新能源具有显著的间歇性和强随机波动性，以此为一次能源的发电方式不仅会将这些特性继承下来，还会随时空范围的变化产生规律性改变。因此，若将单一形式的多台新能源发电机组规模化地接入大电网，将产生较严重的系统稳定性问题，这将是制约新能源电力大规模开发利用的瓶颈。虚拟发电厂提供的新能源电力与传统能源和储能装置集成的模式，能够在智能协同调控和决策支持下对大电网呈现出稳定的电力输出特性，为新能源电力的安全高效利用开辟了一条新的路径。

2、虚拟发电厂丰富了智能电网的内涵，也扩展了智能电网的外延。智能电网概念提出以来，多数情况下强调电网自身以及电网与用户之间的信息化、自动化、互动化，较少涉及到电源与电网的关系。而通常概念下的智能电网对不同类型电源的输出特性也并不十分关注。尽管提到能源利用方式的变革，也提到经济社会效益的综合提升，但具体如何落实，在智能电网概念中并不明确。而虚拟发电厂的提出，为保证安全、可靠、优质、高效的电力供应，满足经济社会发展对电力的多样化需求，解决能源与环保问题提供了可行的解决方案。

3、虚拟发电厂的建设对于完善我国的电力市场体制具有重要的促进作用。在对多种能源发电形式进行有效集成的同时，虚拟发电厂在参与电力市场运营过程中，不仅具有传统发电厂具有的稳定出力和批量售电特征，还具有多样化电源集成的互补性和丰富的调控手段。因此，虚拟发电厂在电力市场中既可以参与前期市场、实时市场，也可以参与辅助平衡市场，这将从根本上改变可再生能源发电依靠国家补贴，在电力营销中毫无优势的被动局面[1]。

5 建议

01 鼓励用户积极参与虚拟电厂;

02 合理规划虚拟电厂的范围及职能;

03 制定合理的竞争机制和有针对性的政策，完善电力市场运营机制[3]。