闵超
华北水利水电大学 河南省郑州市 450000
摘要：近几年，在可再生能源和电能替代发展战略下，电源端接入大量的可再生能源，供应侧呈现复合多元化的特点，整个电网也处于向数字化、智能化的互联互动转型的过程之中。传统需求侧管理已从单纯的能效和负荷管理拓展到了促进可再生能源消纳与智能用电方面。这就需要更加稳定、灵活性的技术来支撑系统转型。随着我国大规模可调负荷、分布式电源、储能等灵活性资源在配用电侧兴起，通过虚拟电厂（virtualpowerplant,VPP）对其实现聚合管理，使他们具备参与电网调控的能力，更多以微网、局域能源互联网的形式来做需求侧资源。在我国能源低碳转型的道路上，其也将作为支撑电力系统稳定运行的一个重要抓手。
关键词：虚拟电厂；建设发展；展望
一、VPP的内部结构
随着包括分布式电源（DistributionalGenerator,DG），储能装置，电动汽车，可调节负荷等在内的各类分布式能源（DistributionalEnergyResources, DER）的逐步规模化接入电网，在增强了系统的运行经济性、灵活性与环保性的同时，各类DER自身的波动性与不确定性也对系统的灵活运行提出了新的要求。在这样的背景下，虚拟电厂这一概念的出现，无疑为高比例DER大规模接入电网提供了一种崭新的思想，即可通过区域性多能源聚合的方式，来实现对大量DER的灵活控制，从而在保证电网的安全稳定运行的基础上，最大化各类DER对于增强系统源网荷储侧互动的独特优势。
VPP的出现打破了传统电力系统中物理概念上的发电厂之间、发电侧和用电侧之间的界限，可同时聚合区域内不同类型的DG以及源荷侧的可控资源。从技术层面讲，虚拟电厂并未对系统中分布式能源并网的方式进行实质性的改变，而是通过先进的控制、计量、通信手段对分布式电源、可控负荷、储能系统、电动汽车等不同类型的分布式电源进行聚合，使其能够以一个“集合体”的形式参与各类电力市场交易。因此，VPP的核心手段是“通信”和“聚合”。
其中，发电侧的分布式能源实际上可分为自用型（domesticdistributedgeneration,DDG）和公用型（publicdistributedgeneration,PDG）两类。DDG的首要任务是满足其自身的负荷需求，在有多余发电能力的情况下，才考率把多余的电能输入电网参与市场交易，典型的DDG系统主要是一些小型的分布式电源，如屋顶建筑光伏，为个人住宅、商业负荷等提供自用服务；PDG的主要任务则是将自身所生产的电能输送到电网，其运营目的就是参与电力市场出售所生产的电能，典型的PDG系统主要包含风电、光伏等新能源电站。能量存储系统既可以来源于电源侧及负荷侧的自身配备，也可以是独立的能量存储单元的集合，主要功能是平抑可再生能源和负荷侧的出力波动，提升聚合区域的整体运行灵活性；通信系统是虚拟电厂进行能量管理、数据采集与监控，以及与电力系统调度中心通信的重要环节，可使得虚拟电厂的管理更加可视化，便于电网对虚拟电厂进行监控管理。
二、VPP的社会经济效益
近年来，我国电力峰谷差矛盾日益突出，各地区年最大负荷95%以上的高峰负荷不足50小时。根据国家电网计算，如果通过煤电机组建设，燃煤发电机组满足其运行面积5%的高峰负荷需求，电厂及配套电网投资约4000亿元；如果建设虚拟电厂，建设的资金规模，运维和奖励仅400亿-570亿元。因此，与供电建设成本相比，需求侧资源要便宜得多。需求侧资源开发越充分，未来整体资源优化的效果越好，可以降低电力成本，提高供电可靠性。
我国参与虚拟电站运行的可控资源巨大，其中可调负荷资源超过5000万千瓦，用户侧储能能力约100万千瓦，电动汽车达到600万辆（每辆按5千瓦计算，相当于3000万千瓦的储能），而分布式电源装机容量超过6000万千瓦，这还未纳入各地小水电站装机容量，而这些资源的规模仍处于快速上升期。如果将这些分布式资源有效聚合，相当于建设约1.4亿千瓦燃煤发电机组，可以有效满足电力负荷增长和削峰减谷的需求。
三、虚拟电厂的建设发展策略
（一）可调负荷
可调负荷资源的重点领域主要包括工业、建筑业和交通运输业。其中，行业分为连续性行业和非连续性行业；建筑包括公共、商业和住宅，空调负荷在建筑领域最为重要；交通运输包括岸电、公共交通和私人电动车。可调负荷资源的潜力受到调节意愿和调节能力的制约。调整意愿主要由激励机制和价格机制决定，也受监管能力的影响。监管能力主要随着技术进步而提高。对于工业负荷而言，其主要调节潜力来自非生产负荷和辅助生产负荷。根据不同的工业行业，其负荷调节潜力也不同。对于商业和公共建筑，可调负荷主要是空调、照明和电力负荷，约占整个建筑负荷的25%。居民负荷方面，可调负荷主要包括分布式空调、电热水器、冰箱、充电桩等，约占家庭负荷的25%~50%，但由于分布小、单点容量小，难以汇总。
可调负荷资源在质量和数量上存在很大差异。就质量而言，我们可以从以下几个方面来判断：聚合意愿、聚合能力、聚合调整和聚合性价比。总体而言，非连续性产业是意愿、能力和聚集性的优质资源首选，其次是电力运输和建筑空调。从数量上看，制度的发展、聚合技术的进步、成本的降低、激励力度的加大都有利于资源的开发。去年，国家电网组织完成了建筑、工业、居民和新兴负荷四大领域22个典型行业的负荷特征分析。研究表明，在政策、技术、补贴到位、用户自愿的条件下，可调负荷潜力巨大，如钢材、水泥、电解铝、建筑和居民用电负荷分别可达20%、24%、22%、30%和50%。经测算，国家电网运行区长期可调负荷理论潜力可达9000万千瓦；未来3至5年，通过加强技术研发，完善补贴政策和交易机制，力争达到4000-5000万千瓦，约占最大负荷的5%。
（二）分布式电源（分布式发电）
根据gb/t33593-2017的定义，分布式电源是指接入电网的电压等级为35kV及以下，位于用户附近，主要在35kV及以下电压等级局部消散的电源。包括太阳能、天然气、生物质能、风能、水能、氢能、地热能、海洋能、综合利用发电（含煤矿瓦斯发电）和储能。
目前，我国对分布式电源的定义和统计还处于不够严谨的状态。据初步统计，截至2018年底，我国分布式电源装机容量约6000万千瓦，其中分布式光伏安法约5000万千瓦；分布式天然气发电约300万千瓦，分布式风电约400万千瓦。在这里，一些合格的小水电不算在内，小背压火电由于争议长期没有作为分布式发电。实际上，从虚拟电厂的角度来看，分布式发电资源的定义就在于调度关系。任何不在现有公共系统中或可以与公共系统分离的发电资源都是可以包含在虚拟发电中的资源。从这个意义上说，其实所有自备电厂都是虚拟电厂的潜在资源，实际上，这也是国际上的通行做法。
（三）储能
储能是电力能源行业中最具革命性的要素。储能技术经济特性的快速发展，突破了电能不可大规模经济储存的限制，也改变了行业控制优化机制。按照存储形式的区别，储能设备大致可分为四类：一是机械储能，如抽水蓄能、飞轮储能等；二是化学储能，如铅酸电池、钠硫电池等；三是电磁储能，如超级电容、超导储能等；四是相变储能。据中关村储能产业技术联盟不完全统计，截至2019年12月，全球已投运电化学储能累计装机为809万千瓦，我国171万千瓦，初步形成电源侧、电网侧、用户侧“三足鼎立”新格局。
四、结论
电厂服务器整合技术的应用达到了我们预期的目标，实现了整合服务器资源，购置集中存储、统一运维，有效配置资源，达到了节约硬件投资、简化管理，从而也降低了运行维护的压力。
参考文献：
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