科普｜如何理解虚拟电厂

12月13日，2022碳达峰碳中和论坛暨第十届深圳国际低碳城论坛在深圳举办，会上成功举行了虚拟电厂聚合商大型集中签约仪式，其中不乏链宇的合作伙伴。这标志着深圳市虚拟电厂产业生态初步建立，我国虚拟电厂发展正式步入快车道。

深圳虚拟电厂聚合商签约仪式现场图

随着光伏、风电等分布式可再生能源的迅速发展，新能源在供需两侧的占比不断攀升，使得风光发电不稳定、不连续等特点在电网运行中影响显著，致使电网实时平衡调节难度日趋增大。面对新型电力系统“难预测”和“不稳定”等特征，亟需开拓新的调节系统对新型电力系统提供有力支撑。而“虚拟电厂”就能实现这一目的，该词在20世纪90年代一经提出，就受到业界广泛关注。2022年3月，国家发改委、国家能源局发布《“十四五”现代能源体系规划》提出要推动虚拟电厂建设后，各地纷纷布局虚拟电厂。那么虚拟电厂是如何调节电力系统的？让我们一起了解。

虚拟电厂是一种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^[Ⅰ]。

简单来说，虚拟电厂并不是传统意义真实存在的电厂，而是利用通信技术和软件系统创建的一套电力能量管理系统，可实现对分布式电源、储能、可控负荷、电动汽车等分布式资源进行聚合和优化控制，就像一个无形的电厂，对新型电力系统下的发电侧和用电侧运行进行协调管理，实现传统电厂调节电力平衡的功能，因此称为虚拟电厂。

虚拟电厂示意图

从虚拟电厂的概念不难得出虚拟电厂就是聚合分布式能源与实现能量优化调度，因此其核心技术就离不开对分布式能源数据的收集与处理，主要涉及智能计量技术、协调控制技术和信息通讯技术^[Ⅱ]。

虚拟电厂关键技术体系

简单来说，虚拟电厂就是用以维持用电侧与发电侧平衡的一套管理系统。通过分析用户侧行为模式、挖掘海量资源响应能力实现资源整合，并依据边云协同和分布式算法对负荷进行实时监管和优化调度，再结合电力市场交易数据实现对维度电力市场的高效运营，搭建的具备高并发、低延迟、安全可靠的云端管理平台系统。

虚拟电厂功能

而车网互动（Vehicle to grid，V2G）则是虚拟电厂的重要组成部分，为虚拟电厂的优化调节提供海量的可聚合资源。电动汽车通过连接V2G桩，可接收能量管理平台指令，进行能量双向流动，以辅助电网的调节。VPP聚合平台可借助V2G终端聚合大量可调节功率、可充放电的电动汽车移动储能，将低谷电量转移到用电高峰，大大缓解高峰用电紧张，起到削峰填谷、平衡电网供需的作用。 

车网互动参与虚拟电厂调节

实际运行时，虚拟电厂的聚合平台会在用电负荷过高时发出指令，让用户侧的“可调负荷”（比如充电桩）降低功率，或让“可时移负荷”改变运行时间，或直接停止“可停止负荷”的使用，更或者依托“可转移负荷”（如：电动汽车、分布式储能等）通过装置（如：V2G桩、储能变流器等）反向向电网供电，缓解用电压力，削弱用电峰值，保障电网稳定运行。

一方面，虚拟电厂通过能量控制器可接入分布式能源，调动发电侧多余能量到储能设备，促进新能源的消纳；另一方面，当虚拟电厂接收到电力市场信息和配网控制需求，通过后台智能计量与协调控制技术，让用电侧参与电网互动，调节用电习惯，从而节省电费支出。

虚拟电厂运行示意图

虚拟电厂的价值在于提供一个可调控的资源池，实时满足用电需求、匹配发电频率，具体包括：

当前，虚拟电厂在我国仍处于发展初期，通过虚拟电厂接入电力市场的可调分布式资源仍较少，且多以分布式智能电网本地平衡控制为主。未来，通过大电网与本地分布式微网的结合，虚拟电厂在本地微网与电力市场中调节空间将越来越大，为用户和电网带来更大的效益。特别是在能源转型下，虚拟电厂在实现分布式资源有效调节、支撑电网安全运行、提高能量消纳、促进新型电力系统高效运行上将发挥更大的作用。

1. 卫志农, 余爽, 孙国强,等. 虚拟电厂的概念与发展[J]. 电力系统自动化, 2013, 37(13):9.

2. 刘吉臻, 李明扬, 房方,等. 虚拟发电厂研究综述[J]. 中国电机工程学报, 2014, 34(29):9.