在多數(shù)人印象中，高大的煙囪、巨大的廠房、綿延不絕的“白煙”，再加上密密麻麻的高壓線，這是發(fā)電廠應(yīng)有的形象。但是，有這么一座不同尋常的發(fā)電廠，它不建廠房，不燒煤、不燒氣，卻有30000千瓦以上的“發(fā)電”能力。

它，就是虛擬電廠！

什么是虛擬電廠

虛擬電廠是通過先進(jìn)通信技術(shù)和軟件架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)地理位置分散的各種DER的聚合和協(xié)調(diào)優(yōu)化，以作為一個(gè)特殊電廠參與電力市場(chǎng)和電網(wǎng)運(yùn)行的電源協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)。它的概念更多強(qiáng)調(diào)的是對(duì)外呈現(xiàn)的功能和效果，更新運(yùn)營(yíng)理念并產(chǎn)生社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，符合中國電力發(fā)展的需求與方向。

現(xiàn)在的發(fā)電廠和用電之間“不可調(diào)和”的矛盾：電廠每天都持續(xù)源源不斷的在發(fā)電，而用電的需求總是一會(huì)兒高一會(huì)兒低，白天要的電多，晚上要的電少，夏天要的電多，冬天要的電少，電廠沒有辦法，只能按當(dāng)前外部需求來調(diào)整自身的發(fā)電，這樣就會(huì)造成運(yùn)行的不經(jīng)濟(jì)。

與微網(wǎng)的區(qū)別？

微網(wǎng)技術(shù)的提出旨在解決DG 并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的主要問題，同時(shí)由于它具備一定的能量管理功能，并盡可能維持功率的局部?jī)?yōu)化與平衡，可有效降低系統(tǒng)運(yùn)行人員的調(diào)度難度。實(shí)際上，盡管虛擬電廠和微網(wǎng)都是基于考慮解決DG及其他元件整合并網(wǎng)問題范疇，但二者仍有諸多區(qū)別。

1)設(shè)計(jì)理念。微網(wǎng)采用自下而上的設(shè)計(jì)理念，強(qiáng)調(diào)“自治”，即以DG與用戶就地應(yīng)用為主要控制目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)正常時(shí)的并網(wǎng)運(yùn)行以及網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擾動(dòng)或故障時(shí)的孤島運(yùn)行。而虛擬電廠的概念強(qiáng)調(diào)“參與”，即吸引并聚合各種DER參與電網(wǎng)調(diào)度和電力市場(chǎng)交易，優(yōu)化DER組合以滿足電力系統(tǒng)或市場(chǎng)要求為主要控制目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)對(duì)外呈現(xiàn)的功能和效果。

2)構(gòu)成條件。微網(wǎng)的構(gòu)成依賴于元件(DG、儲(chǔ)能、負(fù)荷、電力線路等)的整合，由于電網(wǎng)拓展的成本昂貴，因此微網(wǎng)主要整合地理位置上接近的DG，無法包含相對(duì)偏遠(yuǎn)和孤立的分布式發(fā)電設(shè)施。虛擬電廠的構(gòu)成則依賴于軟件和技術(shù)：其轄域(聚合)范圍以及與市場(chǎng)的交互取決于通信的覆蓋范圍及可靠性;轄域內(nèi)各DER的參數(shù)采集與狀態(tài)監(jiān)控取決于智能計(jì)量(smart metering)系統(tǒng)的應(yīng)用;DER的優(yōu)化組合由中央控制或信息代理單元進(jìn)行協(xié)調(diào)、處理及決策。因此，引入虛擬電廠的概念不必對(duì)原有電網(wǎng)進(jìn)行拓展，而能夠聚合微網(wǎng)所轄范圍之外的DG。

3)運(yùn)行模式。微網(wǎng)相對(duì)于外部大電網(wǎng)表現(xiàn)為單一的受控單元，通過公共耦合開關(guān)，微網(wǎng)既可運(yùn)行于并網(wǎng)模式，又可運(yùn)行于孤島模式。而虛擬電廠始終與公網(wǎng)相連，即只運(yùn)行于并網(wǎng)模式。

4)運(yùn)行特性。微網(wǎng)的運(yùn)行特性包含2個(gè)方面的含義，即孤島運(yùn)行時(shí)配電網(wǎng)自身的運(yùn)行特性以及并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)與外部系統(tǒng)的相互作用。而虛擬電廠作為聚合能量資源構(gòu)成的特殊電廠，其與系統(tǒng)相互作用的要求比微網(wǎng)更為嚴(yán)格，可用常規(guī)電廠的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和運(yùn)行特性來衡量虛擬電廠的效用，如有功/無功負(fù)載能力、出力計(jì)劃、爬坡速度、備用容量、響應(yīng)特性和運(yùn)行成本特性等;其轄域內(nèi)配電網(wǎng)的運(yùn)行特性則由配電系統(tǒng)操作員(distribution systemoperator，DSO)進(jìn)行衡量。

為啥要造虛擬電廠？

眾所周知，我們用的電是瞬時(shí)平衡的，也就是說，你用多少，電廠就要發(fā)多少。就像一個(gè)天平，一端是用戶，一端是電廠，讓它平衡的支架就是電網(wǎng)。

電廠每天都持續(xù)在發(fā)電，而用電的需求總是一會(huì)兒高一會(huì)兒低，白天要的電多，晚上要的電少，夏天要的電多，冬天要的電少，電廠只能按當(dāng)前外部需求來調(diào)整自身的發(fā)電，這樣會(huì)造成運(yùn)行的不經(jīng)濟(jì)。

近幾年逐漸增多的風(fēng)能、光伏等新能源，由于其不穩(wěn)定性給整個(gè)電網(wǎng)的安全性和可靠性也帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

如何能解決呢？

分層分區(qū)彈性平衡的虛擬電廠應(yīng)運(yùn)而生！

虛擬電廠，顧名思義就是一個(gè)虛擬化的電廠，不是電廠但是起到一個(gè)電廠的作用，可以將相對(duì)分散的源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)等元素進(jìn)行集成調(diào)控，構(gòu)造一個(gè)大型“充電寶”。它對(duì)外既可以作為“正電廠”向系統(tǒng)供電，也可以作為“負(fù)電廠”消納系統(tǒng)的電力，起到靈活的削峰填谷等作用。

分層分區(qū)的虛擬電廠

在嘉興平湖，國網(wǎng)平湖市供電公司利用源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化虛擬電廠聚合了園區(qū)、光伏、熱電聯(lián)產(chǎn)自備電廠、儲(chǔ)能電站、5G基站等6大類18小類源儲(chǔ)荷資源，實(shí)現(xiàn)可調(diào)資源街道全覆蓋、類型全覆蓋。目前形成可提供日前、日內(nèi)、實(shí)時(shí)合計(jì)可調(diào)負(fù)荷200兆瓦以上的資源池。

虛擬電廠是怎么運(yùn)作的呢？

舉個(gè)例子：位于嘉興平湖南市新區(qū)的新城吾悅廣場(chǎng)，是個(gè)商業(yè)綜合體，曾多次參與虛擬電廠的試運(yùn)行，常規(guī)“發(fā)電”能力在300千瓦左右。

這普通的建筑，怎會(huì)變成“電廠”？說來也簡(jiǎn)單，商場(chǎng)里面有多臺(tái)空調(diào)機(jī)組，在用電高峰時(shí)段，通過預(yù)先安裝的電子終端實(shí)現(xiàn)分鐘級(jí)遠(yuǎn)程柔性可調(diào)節(jié)負(fù)荷需求響應(yīng)，將中央空調(diào)溫度提高2-3攝氏度，日均用電量可以減少近20%。

如果管控幾百座吾悅廣場(chǎng)這樣的大廈，就可以將幾十萬千瓦電力隨時(shí)釋放出來。

實(shí)際上，平湖源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化虛擬電廠，就是由許多類似吾悅廣場(chǎng)這樣的樓宇構(gòu)成的一個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)管理體系。與一般樓宇自發(fā)、零散的節(jié)能行動(dòng)不同，虛擬電廠每次運(yùn)行，都經(jīng)過周密組織，從而讓眾多樓宇能在同一時(shí)刻按預(yù)設(shè)方案“關(guān)開關(guān)”。

不僅是商場(chǎng)，居民和工廠也可以參與到虛擬電廠的價(jià)值創(chuàng)造中。家里的電動(dòng)汽車、空調(diào)、冰箱等都可以交給虛擬電廠“托管”，虛擬電廠將挖掘家庭負(fù)荷特性，讓用電、能耗、能效數(shù)據(jù)信息覆蓋各家各戶。

光說不練假把式。今年的6月21日，平湖市縣域虛擬電廠已經(jīng)投入實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用。當(dāng)天，虛擬電廠平臺(tái)提前預(yù)測(cè)平湖110千伏永興變2號(hào)主變將出現(xiàn)負(fù)荷緊張異常，并借助AI智能指揮長(zhǎng)“啟航”發(fā)出預(yù)警信息，調(diào)控分中心總指揮長(zhǎng)查看此次異常事件后確認(rèn)執(zhí)行。

14時(shí)30分，浙江榮晟環(huán)保紙業(yè)股份有限公司在不影響生產(chǎn)的前提下關(guān)停了部分輔助設(shè)備。與此同時(shí)，正在平湖市新埭鎮(zhèn)國際進(jìn)口商品城里的消費(fèi)者對(duì)于上升了兩度的空調(diào)溫度絲毫沒有察覺；安裝了智能空開的虹橋景苑小區(qū)居民張先生家中電熱水器線路自動(dòng)關(guān)閉；新埭地區(qū)的各個(gè)用戶側(cè)分布式光伏根據(jù)虛擬電廠指令智能調(diào)節(jié)逆變器運(yùn)行方式平衡電壓波動(dòng)……

通過在負(fù)荷異常時(shí)間段精準(zhǔn)調(diào)節(jié)永興變下的用戶資源，在成本最低、影響范圍最小的前提下，及時(shí)避免永興變2號(hào)主變負(fù)荷異常事件。

怎么做到像真正的電廠一樣運(yùn)行？

虛擬電廠的發(fā)電原理看似簡(jiǎn)單，具體實(shí)現(xiàn)卻不容易。虛擬電廠要達(dá)到的目標(biāo)，不僅僅是收集分散的電能數(shù)據(jù)、控制負(fù)荷量，而是像一個(gè)真正的發(fā)電廠一樣，可以參與系統(tǒng)調(diào)度，提供調(diào)峰、調(diào)頻輔助服務(wù)和電力市場(chǎng)交易等。

為此，國網(wǎng)平湖市供電公司構(gòu)建了一個(gè)定位精準(zhǔn)、需求精準(zhǔn)、分配精準(zhǔn)、方案精準(zhǔn)的響應(yīng)模式。其核心是通過靈敏度算法計(jì)算每個(gè)可調(diào)資源與網(wǎng)架設(shè)備的靈敏度及耦合關(guān)系，將虛擬電廠資源精準(zhǔn)匹配到網(wǎng)架設(shè)備，建立層級(jí)鮮明、區(qū)域清晰的虛擬電廠可調(diào)節(jié)資源管理機(jī)制，既可以在用電高峰時(shí)段向外部供電，也可以在電力富余情況下消納電力，起到靈活的削峰填谷作用。

隨著氣溫上升，用電高峰已經(jīng)來臨，根據(jù)目前平湖電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，預(yù)計(jì)在迎峰度夏期間將出現(xiàn)3萬至5萬千瓦負(fù)荷缺口，同時(shí)預(yù)計(jì)今年最大負(fù)荷將會(huì)達(dá)到65萬至70萬千瓦左右。

據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，在今夏用電高峰期間，隨著虛擬電廠項(xiàng)目推進(jìn)，將可實(shí)現(xiàn)該市全域調(diào)峰2萬至3萬千瓦。以建設(shè)100萬千瓦虛擬電廠資源池計(jì)算，預(yù)計(jì)每年可節(jié)約3億元電網(wǎng)新建投資成本，提高清潔能源消納空間9600萬千瓦時(shí)電量，按生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《2019年度減排項(xiàng)目中國區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子》中華東區(qū)域碳排放因子計(jì)算，可減少碳排放約7.6萬噸。

按此推算，如果浙江各地區(qū)都能推廣這種模式，就相當(dāng)于在不增加資源消耗的情況下新建一座大型電廠。

未來，將有更多沉默的分布式資源被喚醒，一個(gè)住宅就是一個(gè)虛擬電廠，能在光伏等分布式能源有間歇性時(shí)，通過儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存起來，形成穩(wěn)定、可控的“微電廠”，實(shí)現(xiàn)萬物皆“能”。作為智慧能源生態(tài)中，實(shí)現(xiàn)多形態(tài)資源“聚沙成塔，智慧響應(yīng)”的關(guān)鍵一環(huán)，虛擬電廠，值得期待。

文章來源： 浙電e家