虚拟电厂的概念和发展ppt课件
虚拟电厂的概念及发展
成效评估
美国加州虚拟电厂项目的实施，有效 提高了电力系统的效率和可持续性， 降低了能源成本。同时，该项目还促 进了清洁能源的消纳和利用，减少了 温室气体排放和环境污染。
案例三：中国广东虚拟电厂项目
项目背景
实施情况
中国广东地区经济发达，电力需求量 大，同时拥有丰富的分布式能源资源 。虚拟电厂项目作为广东电力发展的 重要方向之一，旨在通过整合分布式 能源资源，提高电力系统的安全性和 经济性。
信息通信技术
虚拟电厂依赖于信息通信技术实现数据的实时采 集、传输和处理，如何确保通信的稳定性和安全 性是技术上的关键问题。
市场挑战
市场机制不完善
01
当前电力市场机制尚不完善，虚拟电厂的商业模式和市场地位
尚未明确，这给虚拟电厂的发展带来了一定的市场挑战。
价格波动风险
02
虚拟电厂的运营受电力市场价格波动的影响较大，如何有效规
虚拟电厂的概念 及发展
目录
• 虚拟电厂概述 • 虚拟电厂的技术基础 • 虚拟电厂的运营模式 • 虚拟电厂的发展现状与趋势 • 虚拟电厂面临的挑战与机遇 • 虚拟电厂的实践案例
01
虚拟电厂概述
定义与特点
• 定义：虚拟电厂（Virtual Power Plant, VPP）是一种通过先进的信息通信技术和控制系统，将分布式能源、储能系统、可 控负荷等资源进行聚合和协调优化，实现统一管理和调度的智能化电厂。
虚拟电厂将实现跨区域联动，实现不同地 区、不同类型分布式能源的互联互通和协 同优化。
05
虚拟电厂面临的挑战与机 遇
技术挑战
1 2 3
分布式能源集成
虚拟电厂需要集成大量分布式能源，如光伏、风 电、储能等，如何实现高效、稳定的能源集成是 技术上的一大挑战。
虚拟电厂的概念及发展
此外,对于不具有不确定性的DER聚合,基于热电联产发电系统 和储能装置建立混合整数优化模型,并基于CPLEX软件进行了仿真;对 由电动汽车、可控负荷和联合发电系统以虚拟电厂方式聚合管理以 提供负荷频率控制功能进行了研究;基于虚拟电厂的直接负荷控制模 型并进行了实地测试;虚拟电厂的控制结构主要分为集中和分散控制。 在集中控制结构下,虚拟电厂的全部决策由中央控制单元———控制 协调中心(controlcoordinationcenter,CCC)制定。如图2所示,虚拟电 厂中的每一部分均通过通信技术与CCC相互联系,CCC多采用能量管 理系统(energymanagementsystem,EMS),其主要职责是协调机端潮 流、可控负荷和储能系统。 EMS根据其优化目标进行工作,其优化目标包括:发电成本最小 化、温室气体排放量最小化、收益最大化等。为达到上述优化目 标,EMS需要接收每一单位的状态信息并据此作出预测,尤其对于可再 生能源发电机组,如风力发电和光伏发电机组。此外,电网中可能发生 阻塞问题的信息在虚拟电厂运行的优化过程中也起到至关重要的作 用。根据接收到的信息,EMS可以选择最佳解决方案,优化电网运行。 集中控制结构最易于实现虚拟电厂最优运行,但扩展性和兼容性受到 一定的限制。 在分散控制结构中,决策权完全下放到各DG,且其中心控制器 由信息交换代理取代,如图3所示。信息交换代理只向该控制结构下 的DER提供有价值的服务,如市场价格信号、天气预报和数据采集等。 由于依靠即插即用能力,因而分散控制结构比集中控制结构具有更好 的扩展性和开放性。
虚拟电厂采用双向通信技术,它不仅能 够接收每一单元的当前状态信息,而且能够向 控制目标发送控制信号。应用于虚拟电厂中 的通信技术主要有基于互联网的技术,如基于 互联网协议的服务、虚拟专用网络、电力线 路载波技术和无线技术(如全球移动通信系统 /通用分组无线服务技术(GSM/GPRS),3G等)。 在用户住宅内,WiFi、蓝牙、Zigbee等通信技 术构成了室内通信网络。 根据不同的场合和要求,虚拟电厂可以 应用不同的通信技术。对于大型机组而言,可 以使用基于IEC60870灢5灢101或IEC60870灢5 灢104协议的普通遥测系统。随着小型分散电 力机组数量的不断增加,通信渠道和通信协议 也将起到越来越重要的作用,昂贵的遥测技术 很有可能将被基于简单的TCP/IP适配器或电 力线路载波的技术所取代。在欧盟VFCPP项 目中,设计者采用了互联网虚拟专用网络技术; 荷兰功率匹配器虚拟电厂采用了通用移动通 信技术(UTMS)无线网通信技术;在欧盟FENIX 项目中,虚拟电厂应用了GPRS技术和IEC104协 议通信技术;德国ProViPP的通信网络则由双 向无线通信技术构成。
虚拟电厂的概念思辨
在国家“3060”战略的指引下，我国以风光为代表的新能源发电发展极为迅猛，除了大规模集中式新能源快速发展，分布式新能源发电也进入了快速发展通道，据国家能源局统计，截至2023年9月，全国户用分布式光伏累计装机容量突破1亿kW，达到 1.05亿kW，助推我国光伏发电总装机规模超5亿kW，达到5.2亿kW。
仅以江苏为例，2022年以来，分布式光伏装机容量每月增长100万kW。
新能源发电出力的随机性、间歇性问题是新时期困扰电力系统运行的关键问题。
如何管理海量分布式发电，充分挖掘分布式资源电力电量平衡能力，应对大规模新能源接入，已经成为目前较为紧迫的现实问题。
“虚拟电厂”已经成为“双碳”目标下解决该问题的重要抓手。
国家层面已经颁布大量的虚拟电厂政策支持文件，同时在现实中也有大量的虚拟电厂建设案例，在现有政策文件中明确了虚拟电厂作为发掘用户侧资源的重要手段，如在2021年年底国家发展和改革委员会、国家能源局颁布的《电力并网运行管理规定》（国能发监管规〔2021〕60号）和《电力辅助服务管理办法》（国能发监管规〔2021〕61号）中明确了虚拟电厂的市场主体地位。
虚拟电厂通过应用先进的信息通信和控制技术，优化聚合大量的分布式资源参与系统优化运行，充分挖掘原先闲置的分布式资源，使其可观测、可管理，将有效助力新型电力系统运行。
据不完全统计，我国有数百家虚拟电厂正在规划、建设或运行中，其中绝大多数虚拟电厂的主要业务是参与需求响应。
从业务层面来说与常规的负荷或者负荷聚合商无异。
目前国内的虚拟电厂研究和应用存在一些基本概念的问题：如虚拟电厂与需求响应是什么关系；虚拟电厂与负荷聚合商有什么区别；虚拟电厂是否可以常态化运行；既然分布式光伏没有调节能力，虚拟电厂为什么要聚合分布式光伏。
这些问题给虚拟电厂领域的研究、建设和运行人员造成了一定的困扰，同时也影响了相应的市场交易或系统接入的规则制定。
本文从基本概念出发，力求厘清虚拟电厂、需求响应、负荷聚合商的基本概念及各概念间的联系和区别，同时围绕虚拟电厂资源分类、聚合和资源配置，建立对虚拟电厂的基本认知。
虚拟电厂
虚拟电厂的功能特征
由虚拟电厂的概念可知，在技术层面，虚拟电厂控制中心应具有如下 功能： 3）新能源发电功率预测功能。 综合短期及中长期气象数据及预报信息，对区域内的风电机组、太阳
能发电机组等的输出功率做出较准确的预测。
4）用电负荷预测及管理功能。 对区域内的用电符合进行较准确的预测，对多种因素对负荷需求的影 响规律进行分析，并且具有对整个电网调度运行的功能。
好的可扩展性和开放性，但是该结构对虚
拟发电厂内各发电或用电单元及由其组成 的子系统提出很高的要求，需要具备日常 运行管理、故障诊断与响应等较复杂的功 能。
虚拟电厂的关键技术：信息通讯技术
虚拟电厂要采用融合能源流与信息流的双向通信技术， 控制中心不仅可以接受各单元的当前状态信息，而且能 够向控制目标发送控制信号。应用于虚拟电厂中的通信 技术主要基于互联网的技术，如互联网协议的服务、虚 拟专用网络、电力线路载波技术和无线技术。根据不同 场合和要求，虚拟电厂要应用不同的通信技术。在欧洲 进行的一些虚拟电厂项目中，主要应用有互联网虚拟专 用网络技术、移动通信技术、GPRS技术和IEC104协议通 信技术等。
虚拟电厂的功能特征
由虚拟电厂的概念可知，在技术层面，虚拟电厂控制中心应具有如下
功能： 5）数据管理及分析功能。 采集并分析处理区域中各对象的运行数据，如发电机组的出力和运行 效率、用电负荷随时间变化的规律等，并能对这些数据提供有效的检 索和调用手段。
6）电力市场中的经营能力。
包括建立区域内的发电费用、用电收益及安全约束模型，进行优化计 算，收集市场情报、制订发电计划、签订中远期市场交易合同等。
虚拟电厂的关键技术
虚拟电厂的关键技术：协调控制技术 虚拟电厂的运行控制结构可以分为： 1）集中控制 2）集中–分散控制 3）完全分散控制
虚拟电厂的概念与发展
虚拟电厂的概念和发展
虚拟电厂能够整合各类分布式 能源，提高可再生能源的消纳
能力，缓解能源供需矛盾。
优化资源配置
通过智能调度和优化算法，虚 拟电厂能够实现资源的优化配 置，提高能源利用效率。
降低能源成本
虚拟电厂的规模效应和协同效 应有助于降低能源成本，提高 能源产业的竞争力。
保障能源安全
虚拟电厂的灵活性和可调度性有 助于提高能源系统的安全性和稳 定性，减少对传统能源的依赖。
03 虚拟电厂的关键技术
能源管理系统
实时监控
能源调度
能源管理系统可以对各种能源进行实 时监控，包括电力、燃气、水等，确 保能源的合理使用和有效调度。
根据实时数据和历史数据，能源管理 系统能够进行智能调度，确保能源的 稳定供应和高效利用。
数据采集与分析
能源管理系统能够采集各种能源数据， 并进行深入分析，以发现能源使用的 瓶颈和优化潜力。
特斯拉能源公司是全球领先的电动汽车制造商，近年来也开始涉足虚拟电厂领域。
特斯拉能源公司的虚拟电厂项目通过整合电动汽车、太阳能和储能技术，实现了能 源的智能管理和优化利用。
该项目的成功实施，不仅提高了特斯拉能源公司的竞争力，也为全球虚拟电厂的发 展提供了有益的借鉴和参考。
06 结论与展望
虚拟电厂的重要性和意义
智能电网建设
作为智能电网的重要组成 部分，虚拟电厂有助于提 高电网的可靠性和稳定性。
02 虚拟电厂的发展历程
起源与早期发展
20世纪90年代
虚拟电厂概念首次提出，旨在通 过智能化的手段整合分散的分布 式能源资源。
21世纪初
随着可再生能源的发展和分布式 能源的普及，虚拟电厂逐渐受到 重视，开始在欧洲和北美地区进 行试点项目。
电厂ppt课件
太阳能发电技术
总结词
可再生、环保、潜力巨大
VS
详细描述
太阳能发电技术利用太阳能进行发电，是 一种可再生、环保的能源。随着太阳能电 池转换效率的不断提高和成本的降低，太 阳能发电的潜力巨大，有望成为未来电厂 的重要能源之一。
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电厂的基本构成
01
02
03
04
燃烧系统
包括燃烧器、炉膛等，负责将 燃料燃烧产生热能。
汽轮机
将热能转化为机械能，驱动发 电机发电。
发电机
将汽轮机的机械能转化为电能 。
控制系统
监测和控制电厂运行，确保安 全稳定发电。
电厂的生产流程
燃烧与蒸汽生成
在燃烧系统内燃烧燃料，生成 高温高压蒸汽。
发电机发电
汽轮机带动发电机转动，产生 电能。
汽轮机系统
总结词
汽轮机是电厂中的重要设备，将蒸汽的热能转化为机械能。
详细描述
汽轮机系统包括汽轮机、凝汽器和给水加热器等部分。蒸汽 进入汽轮机，推动转子转动，从而驱动发电机发电。蒸汽在 汽轮机中膨胀并冷却，最后被送回锅炉系统进行再热。
发电机与变压器系统
总结词
发电机是将机械能转化为电能的核心设备，变压器则用于调节电压。
安全操作规程
制定各项作业的安全操作 程序，规范员工的安全操 作行为。
安全生产教育培训
定期开展安全教育培训， 提高员工的安全意识和技 能水平。
电厂安全检查与评估
定期安全检查
制定安全检查计划，对电 厂各系统、设备进行定期 安全检查，确保设备运行 正常。
隐患排查治理
发现安全隐患后及时进行 整改，防止事故的发生。
介绍电厂灰渣的产生过程和主要成分，如飞灰、 炉渣、脱硫石膏等。
虚拟电厂的概念和发展全版.ppt
并网和电力市场运营的目标考虑而来,DG占据DER的主要成分;而美国的虚拟电
厂主要基于需求响应计划发展而来,兼顾考虑可再生能源的利用,因此可控负荷
占据主要成分。因此,尽管虚拟电厂的概念已提出十余年之久,但对于虚拟电厂
的框架尚无统一的定义。
对虚拟电厂不同的定义,如虚拟电厂被定义为依赖于软件系统远程、自动
• 微网相对于外部大电网表现为单一的受控单元,通过公共耦合开关,微 网既可运行于并网模式,又可运行于孤岛模式。而虚拟电厂始终与公 网相连,即只运行于并网模式。
的虚拟电厂亦各具特色。欧洲现已实施的虚拟电厂项目,如欧盟虚拟燃料电池
电厂(virtualfuelcellpowerplant,VFCPP)项目、荷兰基于功率匹配器的虚拟电厂
项目、欧盟FENIX(f lexibleelectricitynetworktointegrateexpected)项目以及德
国专业型虚拟电厂(professionalVPP,ProViPP)试点项目,主要针对实现DG可靠
目前,国内有些文献将“能效电厂”称之为虚拟电厂, 这与文中所述“虚拟电厂”的概念有所不同,但二者 都属于广义上的虚拟电厂。能效电厂是指通过采 用高效用电设备和产品、优化用电方式等途径, 形成某个地区、行业或企业节电改造计划的一揽 子行动方案,降低用电负荷,等效产生富余电能,从 而达到与实际电厂异曲同工的效果。可以看出,
分配和优化发电、需求响应和储能资源的能源互联网;虚拟电厂被定义为与自
治微网相同的网络;虚拟电厂被定义为以直接集中控制方式聚合可控分布式能
源(controllabledistributedenergy,CDE)单位或主动用户网
(activecustomernetwork效节电,而 虚拟电厂的实现形式在于电源侧有效分配和管理 DG
虚拟电厂解决方案介绍
尖峰负荷的时间，一年只有几天甚至几个小时
电能质量
理想的电能应该是完美对称的正弦波。一些因素会使波形偏离对 称正弦，由此便产生了电能质量问题。
衡量电能质量的主要指标有电压、频率和波形。
电能质量问题可以定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的 电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电 压波动与闪变、三相不平衡、瞬时或暂态过电压、波形畸变（谐 波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。
无功功率不足，电网电压会降低。 有功功率不足，电网频率会降低。 谐波产生的根本原因是由于电网中某些设备和负荷的非线性特 性，即所加的电压与产生的电流不成线性（正比）关系而造成的 波形畸变。
传统解决方式
传统方式：建设新发电厂满足尖峰负荷
新建电厂
新建电厂
年利用小时数（小时/年） 容量系数
传统解决方式—弊端
虚拟电厂 综合能源的未来
Ⅰ、电网构成
电网构成
电力系统是由发电厂、输电网、配电网和电力用户组成的一个整 体，发电厂作为电力能源的输出端，需要保证所发的电量大于用 户及传输过程中所消耗的电量总量，才可以保证用电的可靠性。
在早期电力系统中，一般都以小规模电网组成，它存在着容量 小、数量大、分布不均，单机接入成本高等问题，管理困难。如 今各国都建成大型电网，其优点为可大大提高供电的可靠性，减 少为防止设备事故引起供电中断而设置的备用量；可更合理的调 配用电，降低联合系统的最大负荷，提高发电设备的利用率，减 少联合系统中发电设备的总容量；可更合理的利用系统中各类发 电厂提高运行经济性。
虚拟电厂运营方案
虚拟电厂运营方案第一章: 引言虚拟电厂是运用新技术和智能化管理手段，通过整合可再生能源、储能设备和灵活负荷等资源，以实现电力市场交易和能源调度的一种新型电力运营模式。
虚拟电厂以提高可再生能源容纳度、优化电力系统供需匹配、降低电力系统运行成本、提供灵活电力服务为目标，是推动清洁能源发展和电力市场改革的重要途径之一。
本文将介绍虚拟电厂的概念、发展背景以及运营方案的设计与实施。
第二章: 虚拟电厂的概念及类型2.1 虚拟电厂的定义与特点2.2 虚拟电厂的发展历程2.3 虚拟电厂的分类与运营模式第三章: 虚拟电厂的运营方案设计3.1 资源整合与优化3.2 能源交易与市场化运营3.3 能源调度与需求响应3.4 数据分析与智能决策第四章: 虚拟电厂的实施与管理4.1 前期准备与规划4.2 智能化设备与系统4.3 运营管理与监控4.4 安全与风险管理第五章: 国内外虚拟电厂案例研究5.1 案例一: 德国虚拟电厂5.2 案例二: 中国虚拟电厂实施情况5.3 案例三: 美国虚拟电厂运营模式第六章: 虚拟电厂的意义与挑战6.1 意义: 推动清洁能源发展与电力市场改革6.2 挑战: 技术、政策、经济等方面的问题第七章: 虚拟电厂的前景与展望7.1 国内外发展趋势7.2 未来发展方向与策略第八章: 结论本文通过对虚拟电厂的概念、运营方案设计、实施与管理等方面的研究，探讨了虚拟电厂在推动清洁能源发展和电力市场改革方面的意义和作用，并提出了未来发展的展望和策略。
虚拟电厂作为一种新型的电力运营模式，具有很大的潜力与前景，但也面临着技术、政策、经济等方面的各种挑战，需要多方合作与持续创新来推动其发展。
虚拟电厂的概念与发展
虚拟电厂的概念与发展一、本文概述随着科技的快速发展和全球能源结构的转型，虚拟电厂这一新型能源管理模式正逐渐走进人们的视野。
本文旨在全面解析虚拟电厂的概念、特点、发展历程以及未来趋势，以期为能源行业的可持续发展提供新的思路和解决方案。
我们将对虚拟电厂的定义和基本原理进行阐述，帮助读者建立对虚拟电厂的基本认识。
接着，我们将回顾虚拟电厂的发展历程，分析其在全球能源市场中的地位和影响力。
随后，我们将深入探讨虚拟电厂的运营模式、技术挑战以及政策环境，展示其在提高能源利用效率、促进可再生能源发展等方面的优势。
我们将展望虚拟电厂的未来发展趋势，预测其在全球能源转型中的潜在影响。
通过本文的阅读，读者将能够全面了解虚拟电厂的概念与发展，为推动能源行业的绿色、智能、高效发展贡献自己的力量。
二、虚拟电厂的基本概念虚拟电厂（Virtual Power Plant, VPP）是一种创新的电力系统运营模式，它将分布式能源资源（如太阳能光伏、风能发电、储能系统、可控负荷等）通过先进的通信技术和信息管理系统整合起来，形成一个可以像传统电厂一样参与电力市场运营和调度的虚拟电厂。
虚拟电厂并非实际存在的物理电厂，而是一个集成了多种分布式能源资源的虚拟集合体，它通过软件平台和高级算法实现对分散能源资源的统一管理和优化调度。
虚拟电厂的核心在于其聚合和优化的能力。
它可以将不同地理位置、不同类型的分布式能源资源进行整合，形成一个统一的、可调度的电源。
通过先进的通信技术和数据分析，虚拟电厂可以实时收集各分布式能源的运行数据，进行预测和优化，以满足电力系统的需求。
虚拟电厂还可以与电力市场进行交互，参与电力市场的买卖，为电力市场提供灵活、可靠的电力供应。
虚拟电厂的出现，不仅提高了电力系统的灵活性和可靠性，也为可再生能源的大规模接入和消纳提供了新的解决方案。
通过虚拟电厂，可以更有效地利用分散的能源资源，减少能源浪费，降低碳排放，推动能源结构的转型和升级。
虚拟电厂发展综述
随着可再生能源成为未来全球能源发展的主要方向，虚拟电厂成为一种实现可再生能源发电大规模接入电网的区域性多能源聚合模式。
首先对虚拟电厂进行概述，其次对虚拟电厂的研究现状和国内外的虚拟电厂示范项目进行综述，最后提出了虚拟电厂的关键技术问题，包括多代理系统、聚合管理方式、通信技术，并从分布式能源的互补性、动态组合、大数据技术、市场环境和合作机制等方面对虚拟电厂的未来研究进行了展望。
0引言随着电力需求的不断增长以及全球范围内能源紧缺和环境污染等问题的日益严峻，传统能源发电的弊端日趋凸显。
在全球能源互联网概念下，“一带一路”、“一极一道”等战略建设均致力于解决能源问题。
由于风能、太阳能等清洁性高、发电成本降低，可再生能源成为了未来全球能源发展的主要方向。
随着全球能源互联网建设的推进，可再生能源的开发将迎来重大发展期。
分布式能源单独运行时，其出力随机性、间歇性和波动性较大。
当分布式能源接入目前的传统大电网体系时，电网的安全性和供电可靠性将会受到威胁。
为了实现分布式电源的协调控制与能量管理，可以通过虚拟电厂（virtual power plant，VPP）的形式实现对大量分布式电源的灵活控制，从而保证电网的安全稳定运行。
虚拟电厂通过将分布式电源、可控负荷和储能系统聚合成一个整体，使其能够参与电力市场和辅助服务市场运营，实现实时电能交易，同时优化资源利用，提高供电可靠性。
本文先对虚拟电厂的定义及控制方式进行概述，然后介绍虚拟电厂在模型框架、优化调度、运行控制、市场竞价4个方面的研究现状，以及国内外虚拟电厂的示范工程，并进一步指出虚拟电厂发展的关键技术问题。
最后对虚拟电厂的未来进行展望，分布式能源的互补性、虚拟电厂动态组合、大数据技术、市场环境和合作机制都使得虚拟电厂具有巨大的发展潜力。
1虚拟电厂概述虚拟电厂的提出是为了整合各种分布式能源，包括分布式电源、可控负荷和储能装置等。
其基本概念是通过分布式电力管理系统将电网中分布式电源、可控负荷和储能装置聚合成一个虚拟的可控集合体，参与电网的运行和调度，协调智能电网与分布式电源间的矛盾，充分挖掘分布式能源为电网和用户所带来的价值和效益。
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分配和优化发电、需求响应和储能资源的能源互联网;虚拟电厂被定义为与自
治微网相同的网络;虚拟电厂被定义为以直接集中控制方式聚合可控分布式能
源(controllabledistributedenergy,CDE)单位或主动用户网
(activecustomernetworks,ACN)的信息通信系统。
3
欧洲FENIX项目将虚拟电厂的概念定义为:虚拟电 厂聚合众多不同容量的DER,通过综合表征每一 DER的参数建立整体的运行模式,并能够包含聚 合DER输出的网络影响。虚拟电厂是DER投资组 合的一种灵活表现,可以在电力市场签订合同并 为系统操作员提供各种服务。
虚拟电厂数据模型,并采用实际电网运行数据验证了方
案的可行性;研究了小型核反应堆与沿海风电场以虚拟
电厂形式聚合后风电的波动问题;研究了高风电渗透率
电力系统中聚合需求响应资源的优化运行问题。
7
此外,对于不具有不确定性的DER聚合,基于热电联产发电系统
和储能装置建立混合整数优化模型,并基于CPLEX软件进行了仿真;对
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设计理念 构成条件 运行模式
• 微网采用自下而上的设计理念,强调“自治”,即以DG与用户就地应用为 主要控制目标,实现网络正常时的并网运行以及网络发生扰动或故障 时的孤岛运行。而虚拟电厂的概念强调“参与”,即吸引并聚合各种DER 参与电网调度和电力市场交易,优化DER组合以满足电力系统或市场 要求为主要控制目标,强调对外呈现的功能和效果。
在用户住宅内,WiFi、蓝牙、Zigbee等通信技
术构成了室内通信网络。
根据不同的场合和要求,虚拟电厂可以
应用不同的通信技术。对于大型机组而言,可
以使用基于IEC60870灢5灢101或IEC60870灢5
灢104协议的普通遥测系统。随着小型分散电
力机组数量的不断增加,通信渠道和通信协议
也将起到越来越重要的作用,昂贵的遥测技术
由电动汽车、可控负荷和联合发电系统以虚拟电厂方式聚合管理以
提供负荷频率控制功能进行了研究;基于虚拟电厂的直接负荷控制模
型并进行了实地测试;虚拟电厂的控制结构主要分为集中和分散控制。
在集中控制结构下,虚拟电厂的全部决策由中央控制单元———控制
协调中心(controlcoordinationcenter,CCC)制定。如图2所示,虚拟电
• 微网相对于外部大电网表现为单一的受控单元,通过公共耦合开关,微 网既可运行于并网模式,又可运行于孤岛模式。而虚拟电厂始终与公 网相连,即只运行于并网模式。
运行特性
• 微网的运行特性包含2个方面的含义,即孤岛运行时配电网自身的运行特性以 及并网运行时与外部系统的相互作用。而虚拟电厂作为聚合能量资源构成的
向无线通信技术构成。
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4虚拟电厂的运行
虚拟电厂最具吸引力的功能 在于能够聚合DER参与电力市场 和辅助服务市场运行,为配电网 和输电网提供管理和辅助服务。 为实现其最佳效益,进行了诸多 研究,例如:建立了DG和可控负荷 参与日前电力市场的运行框架和 模型;按功能不同,虚拟电厂可划 分为两大模块———商业型虚拟 电厂(commercialVPP,CVPP)和 技术型虚拟电厂 (technicalVPP,TVPP),其运行的 基本框架如图4所示。图中:TSO 表示输电系统操作员。下文将基 于此两大模块,对虚拟电厂的运 行进行具体阐述。
误差等特点,因此,将其大规模并网必须考虑不确定性
的影响。这就要求储能系统、可分配发电机组、可控
负荷与之合理配合,以保证电能质量并提高发电经济性。
为实现上述目标,通常规划入虚拟电厂的DG一般由若
干可再生能源发电站和至少一座传统能源发电站构成,
并建立了线性规划优化分配模型;将区域风力发电机组
和常规水、火电机组及储能设备聚合为虚拟电厂,建立
• 微网的构成依赖于元件(DG、储能、负荷、电力线路等)的整合,由于电网拓 展的成本昂贵,因此微网主要整合地理位置上接近的DG,无法包含相对偏远和 孤立的分布式发电设施。虚拟电厂的构成则依赖于软件和技术:其辖域(聚合) 范围以及与市场的交互取决于通信的覆盖范围及可靠性;辖域内各DER的参数 采集与状态监控取决于智能计量(smartmetering)系统的应用;DER的优化组 合由中央控制或信息代理单元进行协调、处理及决策。因此,引入虚拟电厂的 概念不必对原有电网进行拓展,而能够聚合微网所辖范围之外的DG。
综合看来,虚拟电厂概念的核心可以总结为“通信” 和“聚合”。虚拟电厂可认为是通过先进信息通信 技术和软件系统,实现DG、储能系统、可控负荷、 电动汽车等DER的聚合和协调优化,以作为一个 特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管 理系统。图１中：Ｇ表示机组；Ｌ表示负荷。
目前,国内有些文献将“能效电厂”称之为虚拟电厂, 这与文中所述“虚拟电厂”的概念有所不同,但二者 都属于广义上的虚拟电厂。能效电厂是指通过采 用高效用电设备和产品、优化用电方式等途径, 形成某个地区、行业或企业节电改造计划的一揽 子行动方案,降低用电负荷,等效产生富余电能,从 而达到与实际电厂异曲同工的效果。可以看出,
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。微网技术的提出
旨在解决DG并网运行时的主要问题,同时由于它具备
一定的能量管理功能,并尽可能维持功率的局部优化与
平衡,可有效降低系统运行人员的调度难度。实际上,尽
管虚拟电厂和微网都是基于考虑解决DG及其他元件整
合并网问题范畴,但二者仍有诸多区别。
特殊电厂,其与系统相互作用的要求比微网更为严格,可用常规电厂的统计数 据和运行特性来衡量虚拟电厂的效用,如:有功/无功负载能力、出力计划、爬 坡速度、备用容量、响应特性和运行成本特性等;其辖域内配电网的运行特性 则由配电电系统操作员(distributionsystemoperator,DSO)进行衡量。
很有可能将被基于简单的TCP/IP适配器或电
力线路载波的技术所取代。在欧盟VFCPP项
目中,设计者采用了互联网虚拟专用网络技术;
荷兰功率匹配器虚拟电厂采用了通用移动通
信技术(UTMS)无线网通信技术;在欧盟FENIX
项目中,虚拟电厂应用了GPRS技术和IEC104协
议通信技术;德国ProViPP的通信网络则由双
3.信息通信技术
虚拟电厂采用双向通信技术,它不仅能
够接收每一单元的当前状态信息,而且能够向
控制目标发送控制信号。应用于虚拟电厂中
的通信技术主要有基于互联网的技术,如基于
互联网协议的服务、虚拟专用网络、电力线
路载波技术和无线技术(如全球移动通信系统
/通用分组无线服务技术(GSM/GPRS),3G等)。
2
虚拟电厂的概念与发展
1虚拟电厂的定义
目前,从整个世界范围来看,虚拟电厂的研究和实施主要集中于欧洲和北美。
根据派克研究公司(PikeResearch)公布的数据,截至2009年底,全球虚拟电厂总
容量为19.4GW,其中欧洲占51%,美国占44%;截至2011年底,全球虚拟电厂总容量
增至55.6GW。然而,欧洲与美国虚拟电厂的应用形式有着显著的不同,欧洲各国
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3虚拟电厂的关键技术 1.协调控制技术
虚拟电厂的控制对象主要包括各种DG、储能系
统、可控负荷以及电动汽车。由于虚拟电厂的概念强
调对外呈现的功能和效果,因此,聚合多样化的DER实
现对系统高要求的电能输出是虚拟电厂协调控制的重
点和难点。实际上,一些可再生能源发电站(如风力发
电站和光伏发电站)具有间歇性或随机性以及存在预测
厂中的每一部分均通过通信技术与CCC相互联系,CCC多采用能量管
理系统(energymanagementsystem,EMS),其主要职责是协调机端潮
流、可控负荷和储能系统。
EMS根据其优化目标进行工作,其优化目标包括:发电成本最小
化、温室气体排放量最小化、收益最大化等。为达到上述优化目
标,EMS需要接收每一单位的状态信息并据此作出预测,尤其对于可再
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1.商业型虚拟电厂
商业型虚拟电厂是从商业收益角度考虑的虚
拟电厂,是DER投资组合的一种灵活表述。其基本
智能计量系统最基本的作用是自动测
量和读取用户住宅内的电、气、热、
水的消耗量或生产量,即自动抄表
(automatedmeteredreading,AMR),以
此为虚拟电厂提供电源和需求侧的实
时信息。作为AMR的发展,自动计量管
理(automaticmetermanagement,AMM)
和高级计量体系
(advancedmeteringinfrastructure,AMI) 能够远程测量实时用户信息,合理管理 数据,并将其发送给相关各方。对于用 户而言,所有的计量数据都可通过用户 室内网(homeareanetwork,HAN)在电 脑上显示。因此,用户能够直观地看到 自己消费或生产的电能以及相应费用 等信息,以此采取合理的调节措施。
的虚拟电厂亦各具特色。欧洲现已实施的虚拟电厂项目,如欧盟虚拟燃料电池
电厂(virtualfuelcellpowerplant,VFCPP)项目、荷兰基于功率匹配器的虚拟电厂
项目、欧盟FENIX(f lexibleelectricitynetworktointegrateexpected)项目以及德
国专业型虚拟电厂(professionalVPP,ProViPP)试点项目,主要针对实现DG可靠
能效电厂的实现形式在于需求侧的有效节电,而 虚拟电厂的实现形式在于电源侧有效分配和管理 DG发电、储能充放电和可控负荷。4来自2虚拟电厂与微网的区别
虚拟电厂和微网是目前实现DG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: