隨著世界各國推動(dòng)清潔、低碳的新型能源體系發(fā)展，分布式可再生電源、電動(dòng)汽車、終端用戶的再電氣化比例大幅增長。對(duì)于面臨“電力緊張和能效偏低矛盾”的中國來說，“虛擬電廠”的解決思路在我國有著非常大的市場潛力，無疑是一種好的選擇。

一、虛擬電廠概述

虛擬電廠是將分布式發(fā)電機(jī)組、可控負(fù)荷和分布式儲(chǔ)能設(shè)施有機(jī)結(jié)合，通過配套的調(diào)控技術(shù)、通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類分布式能源進(jìn)行整合調(diào)控的載體，以作為一個(gè)特殊電廠參與電力市場和電網(wǎng)運(yùn)行。從某種意義上講，虛擬電廠可以看做是一種先進(jìn)的區(qū)域性電能集中管理模式，通過一套智能調(diào)控系統(tǒng)，讓電廠發(fā)電量和用戶用電量保持平衡，而這里的電廠不只是我們所看到的中心電廠，也包括電網(wǎng)中風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電這種不穩(wěn)定的發(fā)電設(shè)備。虛擬電廠概念的核心可以總結(jié)為“通信”和“聚合”。其最具吸引力的功能在于能夠聚合分布式能源參與電力市場和輔助服務(wù)市場運(yùn)行，為配電網(wǎng)和輸電網(wǎng)提供管理和輔助服務(wù)。

二、虛擬電廠較傳統(tǒng)分布式電源并網(wǎng)方式的優(yōu)勢(shì)

2018年9月，中國風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機(jī)年均增長44%和191%，遠(yuǎn)高于全球平均增速。但風(fēng)能、太陽能等隨機(jī)性、間歇性和波動(dòng)性特征，大規(guī)模、高比例接入將給電力系統(tǒng)平衡和電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來一系列挑戰(zhàn)。虛擬電廠的解決思路可以有效應(yīng)對(duì)這些問題。

（一）虛擬電廠可以擺脫傳統(tǒng)微網(wǎng)的地域限制

中國目前大多采用微網(wǎng)的概念作為分布式電源的并網(wǎng)形式，它能夠很好地協(xié)調(diào)大電網(wǎng)與分布式電源的技術(shù)矛盾，并具備一定的能量管理功能，但微網(wǎng)以分布式電源與用戶就地應(yīng)用為主要控制目標(biāo)，且受到地理區(qū)域的限制，對(duì)多區(qū)域、大規(guī)模分布式能源的有效利用及在電力市場中的規(guī)?；б婢哂幸欢ǖ木窒扌?。虛擬電廠并未改變每個(gè)分布式電源并網(wǎng)的方式，而是通過先進(jìn)的控制計(jì)量、通信等技術(shù)聚合分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、可控負(fù)荷、電動(dòng)汽車等不同類型的分布式能源，并通過更高層面的軟件構(gòu)架實(shí)現(xiàn)多個(gè)分布式能源的協(xié)調(diào)優(yōu)化運(yùn)行，更有利于資源的合理優(yōu)化配置及利用。

（二）虛擬電廠的解決思路可以產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益

傳統(tǒng)主動(dòng)配電網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行的另一種有效解決方案，它是將分布式電源的接入半徑進(jìn)行了一定的擴(kuò)展，能夠?qū)ε潆娋W(wǎng)實(shí)施主動(dòng)管理，但對(duì)分布式電源能夠呈現(xiàn)給大電網(wǎng)及電力市場的效益考慮不足。虛擬電廠的提出則為解決這些問題提供了新的思路。虛擬電廠更多強(qiáng)調(diào)的是對(duì)外呈現(xiàn)的功能和效果，更新運(yùn)營理念并產(chǎn)生社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，其基本的應(yīng)用場景是電力市場。這種方法無需對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行改造而能夠聚合分布式電源對(duì)公網(wǎng)穩(wěn)定輸電，并提供快速響應(yīng)的輔助服務(wù)，成為分布式電源加入電力市場的有效方法，降低了其在市場中孤獨(dú)運(yùn)行的失衡風(fēng)險(xiǎn)，可以獲得規(guī)模經(jīng)濟(jì)的效益。

三、虛擬電廠主要開發(fā)方式

（一）商業(yè)型

商業(yè)型虛擬電廠是從商業(yè)收益角度考慮的虛擬電廠，是分布式電源投資組合的一種靈活表述。其基本功能是基于用戶需求、負(fù)荷預(yù)測(cè)和發(fā)電潛力預(yù)測(cè)，制定最優(yōu)發(fā)電計(jì)劃，并參與市場競標(biāo)。商業(yè)型虛擬電廠不考慮虛擬電廠對(duì)配電網(wǎng)的影響，并以與傳統(tǒng)發(fā)電廠相同的方式將分布式電源加入電力市場。商業(yè)型虛擬電廠投資組合中的每個(gè)分布式電源向其遞交運(yùn)行參數(shù)、邊際成本等信息。將這些輸入數(shù)據(jù)整合后創(chuàng)建唯一配置文件，它代表了投資組合中所有分布式電源的聯(lián)合容量。結(jié)合市場情報(bào)，商業(yè)型虛擬電廠將優(yōu)化投資組合的潛在收益，制定發(fā)電計(jì)劃，并同傳統(tǒng)發(fā)電廠一起參與市場競標(biāo)。一旦競標(biāo)取得市場授權(quán)，商業(yè)型虛擬電廠與電力交易中心和遠(yuǎn)期市場簽訂合同，并向技術(shù)型虛擬電廠提交分布式電源發(fā)電計(jì)劃表和運(yùn)行成本信息。

（二）技術(shù)型

技術(shù)型虛擬電廠是從系統(tǒng)管理角度考慮的虛擬電廠，考慮分布式電源聚合對(duì)本地網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)影響，并代表投資組合的成本和運(yùn)行特性。技術(shù)型虛擬電廠提供的服務(wù)和功能包括為DSO（110千伏及其以下電壓等級(jí)下運(yùn)行電網(wǎng)的配電系統(tǒng)運(yùn)營商）提供系統(tǒng)管理、為TSO（最高電壓等級(jí)下運(yùn)行電網(wǎng)的輸電系統(tǒng)運(yùn)營商）提供系統(tǒng)平衡和輔助服務(wù)。本地網(wǎng)絡(luò)中，分布式電源運(yùn)行參數(shù)、發(fā)電計(jì)劃、市場競價(jià)等信息由商業(yè)型虛擬電廠提供。技術(shù)型虛擬電廠整合商業(yè)型虛擬電廠提供數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡(luò)信息(拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、限制條件等)，計(jì)算本地系統(tǒng)中每個(gè)分布式電源可作出的貢獻(xiàn)，形成技術(shù)型虛擬電廠成本和運(yùn)行特性。技術(shù)型虛擬電廠的成本及運(yùn)行特性同傳統(tǒng)發(fā)電廠一起由TSO進(jìn)行評(píng)估，一旦得到技術(shù)確認(rèn)，技術(shù)型虛擬電廠將控制分布式電源執(zhí)行發(fā)電計(jì)劃。

四、虛擬電廠上海實(shí)踐

上海市電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃中，由眾多分布式儲(chǔ)能設(shè)備集合而成的黃埔區(qū)商業(yè)建筑虛擬電廠，成為上海市電力體制改革、智能電網(wǎng)建設(shè)的獨(dú)特案例。2018年1月，位于黃浦區(qū)九江路上的寶龍大廈第八次參與了虛擬電廠試運(yùn)行，“發(fā)電”能力達(dá)100千瓦。寶龍大廈僅僅是黃浦區(qū)虛擬電廠的一個(gè)項(xiàng)目。迄今，虛擬電廠最大規(guī)模的一次試運(yùn)行，參與樓宇超過50棟，釋放負(fù)荷約1萬千瓦。發(fā)電和用電保持動(dòng)態(tài)平衡，是電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行的重要保障。近年來，隨著上海產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和生活水平提高，電力峰谷差不斷加大。為了保證高峰期供電安全，上海電網(wǎng)不得不保留大量的冗余發(fā)電能力，造成資源浪費(fèi)。虛擬電廠的出現(xiàn)解決了這個(gè)問題。

傳統(tǒng)的需求響應(yīng)資源調(diào)用，如負(fù)荷控制平臺(tái)，實(shí)際上相當(dāng)于一個(gè)備用調(diào)峰機(jī)組。在用電高峰期，電網(wǎng)調(diào)度部門啟動(dòng)該平臺(tái)，向協(xié)議用戶下達(dá)手動(dòng)削減負(fù)荷指令，或遠(yuǎn)程拉閘限電。這種方式簡單粗放，用戶體驗(yàn)感受也較差。而虛擬電廠要實(shí)現(xiàn)的，是柔性負(fù)荷控制，柔性負(fù)荷在一定時(shí)間內(nèi)靈活可變，可在基本不影響用戶的前提下，達(dá)到削減或增加負(fù)荷的目的。目前，可參與需求響應(yīng)的柔性負(fù)荷種類繁多。以中央空調(diào)為例，在夏季用電高峰期，響應(yīng)系統(tǒng)依托精密的信息技術(shù)，通過對(duì)空調(diào)的預(yù)設(shè)溫度、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、送風(fēng)量、新風(fēng)量、冷凍水泵流量、冷凍水進(jìn)水溫度等幾十個(gè)特性參數(shù)變量的控制，可以在不停機(jī)、不影響用戶使用的前提下，達(dá)到柔性調(diào)節(jié)空調(diào)負(fù)荷的目的。

五、虛擬電廠德國實(shí)踐

2008年，德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)和技術(shù)部啟動(dòng)了“E-Energy”計(jì)劃，目標(biāo)是建立一個(gè)能基本實(shí)現(xiàn)自我調(diào)控的智能化的電力系統(tǒng)，而其中信息和通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)此目的的關(guān)鍵。E-Energy同時(shí)也是德國綠色I(xiàn)T先鋒行動(dòng)計(jì)劃的組成部分，總共投資1.4億歐元，包括智能發(fā)電、智能電網(wǎng)、智能消費(fèi)和智能儲(chǔ)能四個(gè)方面。為了分別開發(fā)和測(cè)試智能電網(wǎng)不同的核心要素，德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)技術(shù)部通過技術(shù)競賽選擇了6個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目。在由“E-Energy”計(jì)劃支持的6個(gè)涉及能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中，哈茨項(xiàng)目，就是將新能源最大化利用的典型案例，而其中最引人注目的就是虛擬電廠部分。

該項(xiàng)目所選定的哈茨地區(qū)，在分布式電力供應(yīng)方面擁有風(fēng)能、抽水蓄能、太陽能、沼氣、生物質(zhì)能以及電動(dòng)車等多種方式，在輸配電方面主要有6家配電運(yùn)營商、4家電力零售商以及1家輸電商運(yùn)營。虛擬電廠與分散式電源進(jìn)行通訊連接，而與原有的傳統(tǒng)大型發(fā)電場不同的是，新能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)變化較快，安全、穩(wěn)定性高的傳輸技術(shù)非常必要。所以在此項(xiàng)目中制定了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，使得虛擬電廠對(duì)于數(shù)據(jù)變化能夠快速反應(yīng)。在考慮發(fā)電端的同時(shí)，虛擬電廠同樣關(guān)注的是用電側(cè)的反應(yīng)，在哈茨地區(qū)的試樣中，家庭用戶安裝了能源管理系統(tǒng)，被稱為“雙向能源管理系統(tǒng)”(簡稱BEMI)。資料顯示，用戶安裝的能源管理系統(tǒng)每15分鐘儲(chǔ)存用戶用電數(shù)據(jù)，記錄用戶每天的用電習(xí)慣，并將這些數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)教摂M電廠的數(shù)據(jù)庫中。同時(shí)，BEMI系統(tǒng)還可以通過無線控制開關(guān)的插座，當(dāng)電價(jià)發(fā)生變動(dòng)時(shí)，可以通過無線控制來調(diào)控用電時(shí)間和用電量。

六、虛擬電廠發(fā)展需要重視的問題

（一）鼓勵(lì)用戶積極參與虛擬電廠

虛擬電廠在中國還是一個(gè)嶄新的概念，用戶及分布式能源所有者對(duì)其知之甚少。然而，虛擬電廠的實(shí)施需要用戶及大量私有分布式電源的支持，這就要求相關(guān)部門積極宣傳參與虛擬電廠的益處，并制定一系列的鼓勵(lì)機(jī)制，從而在不同地區(qū)建立虛擬電廠試點(diǎn)項(xiàng)目。

（二）合理規(guī)劃虛擬電廠的范圍及職能

盡管虛擬電廠能夠代表不同分布式能源所有者的需求并能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供多種服務(wù)，但在中國電力市場并不完善的情況下，為避免管理和調(diào)度混亂，應(yīng)當(dāng)合理規(guī)劃虛擬電廠的范圍和職能，如在城區(qū)等負(fù)荷密集地區(qū)以可控負(fù)荷構(gòu)成虛擬電廠，作為系統(tǒng)備用，或削減高峰用電；在鄉(xiāng)村或郊區(qū)，以大規(guī)模分布式能源、儲(chǔ)能等構(gòu)成虛擬電廠，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定和持續(xù)供電。

（三）制定合理的競爭機(jī)制和有針對(duì)性的政策，完善電力市場運(yùn)營機(jī)制

虛擬電廠與傳統(tǒng)電廠的效用基本相同，但發(fā)電來源豐富多樣。為鼓勵(lì)新能源和可再生能源發(fā)電的發(fā)展，中國制定了一系列相應(yīng)的優(yōu)惠和補(bǔ)貼政策。一方面，為了避免投機(jī)倒把行為以及不必要的購電支出，虛擬電廠的實(shí)施應(yīng)由政府主導(dǎo)，系統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)和供電公司負(fù)責(zé)實(shí)施，購電電價(jià)應(yīng)根據(jù)虛擬電廠中的可再生能源所占成分區(qū)別設(shè)定，同時(shí)規(guī)定可再生能源發(fā)電應(yīng)盡量并網(wǎng)，并進(jìn)一步完善現(xiàn)行的分時(shí)電價(jià)辦法，鼓勵(lì)和促進(jìn)用電高峰時(shí)用戶節(jié)電和分布式能源發(fā)電。另一方面，應(yīng)區(qū)別對(duì)待不同職能的虛擬電廠(如以分布式能源尤其是可再生能源發(fā)電為主的供電虛擬電廠，以參與前期市場為主，實(shí)時(shí)市場為輔，輔助服務(wù)市場為補(bǔ)充；以可控負(fù)荷和少量分布式能源為主的備用或平衡虛擬電廠，以參與輔助服務(wù)市場為主，實(shí)時(shí)市場為輔)。