虛擬電廠(chǎng)技術(shù)(VPP， Virtual Power Plant)，是將電源、可控負(fù)荷和儲(chǔ)能系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，通過(guò)虛擬電廠(chǎng)的控制中心， 合并作為一個(gè)特別整體參與電網(wǎng)運(yùn)行。
在虛擬電廠(chǎng)中，每一部分均與控制中心相連，通過(guò)智能電網(wǎng)的雙向信息傳送，進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度協(xié)調(diào)機(jī)端潮流、受端負(fù)荷以及儲(chǔ) 能系統(tǒng)，以達(dá)到降低發(fā)電損耗、 減少溫室氣體排放、優(yōu)化資源利用、降低電網(wǎng)峰值負(fù)荷和提高供電可靠性的目的。
圖中包含著能量網(wǎng)和信息網(wǎng)2張網(wǎng)絡(luò)
實(shí)線(xiàn)表示的能量網(wǎng)即電力傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，連接著風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、火電機(jī)組等不同形式的發(fā)電單元，以及城市、工業(yè)區(qū)等不同類(lèi)型的用電負(fù)荷單元。
這些發(fā)電和用電單元通過(guò)由虛線(xiàn)代表的信息網(wǎng)與虛擬發(fā)電廠(chǎng)控制中心連接，能實(shí)現(xiàn)控制中心與各單元之間的雙向通信。
虛擬電廠(chǎng)的功能
由虛擬電廠(chǎng)的概念可知，在技術(shù)層面，虛擬電廠(chǎng)控制中心應(yīng)具有如下功能：
1、網(wǎng)絡(luò)通信及管理功能。
建立控制中心與區(qū)域內(nèi)各對(duì)象之間的雙向信息連接，從物理層、數(shù)據(jù)鏈路層等各個(gè)層面保證數(shù)據(jù)通信的快捷與暢通。
2、發(fā)電管理功能。
監(jiān)視區(qū)域內(nèi)各發(fā)電單元的運(yùn)行及出力狀況，并在線(xiàn)實(shí)施區(qū)域內(nèi)發(fā)電單元的優(yōu)化調(diào)度。
3、新能源發(fā)電功率預(yù)測(cè)功能。
綜合短期及中長(zhǎng)期氣象數(shù)據(jù)及預(yù)報(bào)信息，對(duì)區(qū)域內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組、太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)組等的輸出功率做出較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。
4、用電負(fù)荷預(yù)測(cè)及管理功能。
對(duì)區(qū)域內(nèi)的用電符合進(jìn)行較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，對(duì)多種因素對(duì)負(fù)荷需求的影響規(guī)律進(jìn)行分析，并且具有對(duì)整個(gè)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的功能。
5、數(shù)據(jù)管理及分析功能。
采集并分析處理區(qū)域中各對(duì)象的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如發(fā)電機(jī)組的出力和運(yùn)行效率、用電負(fù)荷隨時(shí)間變化的規(guī)律等，并能對(duì)這些數(shù)據(jù)提供有效的檢索和調(diào)用手段。
6、電力市場(chǎng)中的經(jīng)營(yíng)能力。
包括建立區(qū)域內(nèi)的發(fā)電費(fèi)用、用電收益及安全約束模型，進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，收集市場(chǎng)情報(bào)、制訂發(fā)電計(jì)劃、簽訂中遠(yuǎn)期市場(chǎng)交易合同等。
虛擬電廠(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù)
1、協(xié)調(diào)控制技術(shù)
虛擬電廠(chǎng)的運(yùn)行控制結(jié)構(gòu)可以分為：
①集中控制
②集中–分散控制
③完全分散控制
第1類(lèi)是集中控制結(jié)構(gòu)，如下圖所示。
該結(jié)構(gòu)中，控制中心掌握著所涉及的所有發(fā)電或用電單元的完整信息，并擁有對(duì)所有單元的完全控制權(quán)，對(duì)每一個(gè)單元制定發(fā)電或用電方案。
在此種結(jié)構(gòu)下控制中心具有最強(qiáng)的控制力和靈活多樣的控制手段，其代價(jià)是巨大的通信流量及繁重的運(yùn)算負(fù)荷，且兼容與擴(kuò)展性較差。
第2類(lèi)是集中–分散控制結(jié)構(gòu)，如下圖所示。
該結(jié)構(gòu)中，虛擬電廠(chǎng)被分為2個(gè)層級(jí)，下層的本地控制中心管理轄區(qū)內(nèi)有有限個(gè)發(fā)電或用電單元，再由這些本地控制中心將信息反饋給上一層的虛擬電廠(chǎng)控制中心。虛擬電廠(chǎng)控制中心首先將任務(wù)分解并分配到各本地控制中心，然后本地控制中心負(fù)責(zé)制定每一個(gè)單元的發(fā)電或用電具體方案。
相對(duì)于集中控制結(jié)構(gòu)，集中–分散控制結(jié)構(gòu)中的一部分運(yùn)行控制功能下移到本地控制中心，而虛擬電廠(chǎng)控制中心則將工作重心轉(zhuǎn)移到依據(jù)用戶(hù)需求和市場(chǎng)規(guī)則的能量?jī)?yōu)化調(diào)度方面，有助于改善集中控制方式下的數(shù)據(jù)擁堵和擴(kuò)展性差的問(wèn)題。
第3類(lèi)是完全分散控制結(jié)構(gòu)，如下圖所示。
在該結(jié)構(gòu)中，虛擬發(fā)電廠(chǎng)被劃分為彼此相互通信的、自治且智能的子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)通過(guò)其智能代理的協(xié)同合作實(shí)現(xiàn)原本由控制中心完成的任務(wù)，控制中心則簡(jiǎn)化為數(shù)據(jù)交換與處理中心。
各智能代理通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信獲知其他子系統(tǒng)的部分信息，基于這些信息自行其對(duì)應(yīng)子系統(tǒng)中所有單元的發(fā)電或用電方案，并更新本子系統(tǒng)的部分信息。由于在該結(jié)構(gòu)下，各子系統(tǒng)之間存在相互影響，因此每個(gè)單元的發(fā)電或用電方案可能需要若干次迭代的通信和決策過(guò)程才能最終確定。
相比前2種結(jié)構(gòu)，完全分散控制結(jié)構(gòu)具有更好的可擴(kuò)展性和開(kāi)放性，但是該結(jié)構(gòu)對(duì)虛擬發(fā)電廠(chǎng)內(nèi)各發(fā)電或用電單元及由其組成的子系統(tǒng)提出很高的要求，需要具備日常運(yùn)行管理、故障診斷與響應(yīng)等較復(fù)雜的功能。
2、信息通訊技術(shù)
虛擬電廠(chǎng)要采用融合能源流與信息流的雙向通信技術(shù)，控制中心不僅可以接受各單元的當(dāng)前狀態(tài)信息，而且能夠向控制目標(biāo)發(fā)送控制信號(hào)。應(yīng)用于虛擬電廠(chǎng)中的通信技術(shù)主要基于互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，如互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的服務(wù)、虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)、電力線(xiàn)路載波技術(shù)和無(wú)線(xiàn)技術(shù)。根據(jù)不同場(chǎng)合和要求，虛擬電廠(chǎng)要應(yīng)用不同的通信技術(shù)。在歐洲進(jìn)行的一些虛擬電廠(chǎng)項(xiàng)目中，主要應(yīng)用有互聯(lián)網(wǎng)虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、GPRS技術(shù)和IEC104協(xié)議通信技術(shù)等。
3、智能計(jì)量技術(shù)
智能計(jì)量技術(shù)是虛擬電廠(chǎng)發(fā)展中設(shè)備應(yīng)用技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)虛擬電廠(chǎng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)。智能計(jì)量最基本的作用是自動(dòng)測(cè)量和讀取用戶(hù)住宅內(nèi)的電、熱、氣、水的消耗量和生產(chǎn)量，即自動(dòng)抄表技術(shù)，以此來(lái)作為虛擬電廠(chǎng)提供電源盒需求側(cè)的信息來(lái)源。
虛擬電廠(chǎng)的發(fā)展
目前，VPP技術(shù)在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家有著較為成熟的發(fā)展，在歐美各國(guó)已有一些可供借鑒的小規(guī)模示范項(xiàng)目。自2001年起歐洲各國(guó)就開(kāi)始開(kāi)展以集成中小型分布式發(fā)電單元為主要目標(biāo)的虛擬發(fā)電廠(chǎng)研究項(xiàng)目，參與的國(guó)家包括德國(guó)、英國(guó)、西班牙、法國(guó)、丹麥等?，F(xiàn)已實(shí)施的虛擬電廠(chǎng)項(xiàng)目包括：德國(guó)卡塞爾大學(xué)太陽(yáng)能供應(yīng)技術(shù)研究所的試點(diǎn)項(xiàng)目、歐盟虛擬燃料電池電廠(chǎng)項(xiàng)目、歐盟FENIX項(xiàng)目等。
2017年5月24日，世界上首套大規(guī)模“源網(wǎng)荷互動(dòng)”系統(tǒng)在江蘇投運(yùn)，它的投運(yùn)，也相當(dāng)于我國(guó)擁有了世界上最大規(guī)模容量的“虛擬電廠(chǎng)”。這套系統(tǒng)通過(guò)“互聯(lián)網(wǎng)＋電網(wǎng)”的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)控電廠(chǎng)發(fā)電的同時(shí)，也能調(diào)控用戶(hù)用電，讓兩邊都在不停變化的天平達(dá)到毫秒級(jí)的瞬時(shí)平衡。它借助“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)和智能電網(wǎng)技術(shù)的有機(jī)融合，將零散分布、不可控的負(fù)荷資源轉(zhuǎn)化為隨需應(yīng)變的“虛擬電廠(chǎng)”資源，在清潔電源波動(dòng)、突發(fā)自然災(zāi)害特別是用電高峰突發(fā)電源或電網(wǎng)緊急事故時(shí)，用電客戶(hù)主動(dòng)化身“虛擬電廠(chǎng)”，參與保護(hù)大電網(wǎng)安全。
