隨著“雙碳”概念的提出以及新能源技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，我國電網(wǎng)正在經(jīng)歷一場百年未有之大變局，在全面升級優(yōu)化的同時也面臨諸多的困難。虛擬電廠技術(shù)作為破解清潔能源消納和綠色能源轉(zhuǎn)型的解決方案，對我國能源戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型和“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)具有重大意義。

(來源：微信公眾號“IESPlaza綜合能源服務(wù)網(wǎng)”作者：張海靜，劉霄慧，孫小斌，李秋爽，厲艷，白穎)

本文對虛擬電廠技術(shù)展開研究。首先，對考慮碳排放的虛擬電廠基本架構(gòu)以及功率交互模式進行分析，提出了一種虛擬電廠需求響應(yīng)調(diào)度策略;其次，以三級聚合調(diào)控模型為例，通過協(xié)調(diào)各類能源裝置及儲能設(shè)備，對碳總排放量進行調(diào)控;最后，對虛擬電廠的發(fā)展規(guī)劃進行展望。

虛擬電廠的基本架構(gòu)

考慮碳排放的虛擬電廠控制架構(gòu)如圖1所示，主要分為新能源發(fā)電場站、傳統(tǒng)發(fā)電機組、儲能設(shè)備以及用電負(fù)荷共4個部分。其中，新能源發(fā)電場站以清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)高污染高排放的火電、燃?xì)獍l(fā)電機組，有效降低發(fā)電碳排放量;儲能裝置分時將多余能源進行存儲及消納，滿足用戶的高峰用電需求的同時降低棄電損失;用電負(fù)荷除了傳統(tǒng)的負(fù)荷外，加入各類清潔能源負(fù)荷包括電動汽車、充電樁等，充分發(fā)揮虛擬電廠在電力資源配給的調(diào)控作用。

虛擬電廠通過整合清潔能源、儲能裝置、柔性負(fù)荷等，充分挖掘用戶側(cè)互動能力，有效提升了電網(wǎng)的靈活性。

虛擬電廠調(diào)度策略

▌虛擬電廠的能量交互

虛擬電廠的能量交換如圖2所示。每個虛擬電廠都由發(fā)電設(shè)備、儲能和負(fù)載組成。虛擬電廠既可以通過能源樞紐與電網(wǎng)相連進行功率交互，也可以在滿足自身負(fù)荷需求的條件下與其他虛擬電廠進行功率交互，獲得相應(yīng)收益。每個虛擬電廠之間都由虛擬電廠內(nèi)部的信息處理中心計算其功率數(shù)據(jù)，判別是售出還是購人功率，最后進行交易。同時，由于不同虛擬電廠的負(fù)荷和清潔能源輸出不同，每個虛擬電廠的凈負(fù)荷也不同。在某個時段，發(fā)電量大的虛擬電廠可以將多余的電力出售給電網(wǎng);相反對于耗電大的虛擬電廠，可以從電網(wǎng)以及其他虛擬電廠中購買電力來滿足本虛擬電廠的功率平衡。

▌虛擬電廠的多級聚合

需求響應(yīng)可以通過改變不同時段的電價以及施加激勵引導(dǎo)負(fù)荷側(cè)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)降低虛擬電廠的運行成本以及滿足負(fù)荷調(diào)控的目的，促進風(fēng)光等清潔能源發(fā)電就地消納。為改變用戶的負(fù)荷量，需要對負(fù)荷用戶進行需求響應(yīng)調(diào)控，同時增加負(fù)荷調(diào)控力度，保持虛擬電廠功率平衡。為了更好地降低用戶負(fù)荷，需要對用戶進行分類聚合調(diào)控，以滿足能源供需平衡，通常采用多級聚合的方式。

多級聚合的虛擬電廠調(diào)控策略如圖3所示，各級聚合商的主要作用及相應(yīng)內(nèi)容如下。

(1)一級聚合商。直接響應(yīng)虛擬電廠的需求響應(yīng)信息，其通過對二級聚合商釋放激勵信號，最終完成虛擬電廠下發(fā)的需求響應(yīng)信息任務(wù)量。

(2)二級聚合商。多個二級聚合商用來聚合不同的負(fù)荷用戶，例如：工業(yè)園區(qū)電力負(fù)荷二級聚合商、商業(yè)電力負(fù)荷二級聚合商、居民電力負(fù)荷二級聚合商，以及其他電力負(fù)荷二級聚合商等。多個二級聚合商用來響應(yīng)一級聚合商下發(fā)的需求響應(yīng)任務(wù)量，使得一級聚合商完成虛擬電廠下發(fā)的需求響應(yīng)信息。

(3)三級聚合商。多個三級聚合商用來協(xié)助二級聚合商完成其下發(fā)的任務(wù)量，使用戶在接收到二級聚合商的激勵價格后，在滿足自身的用能條件下對負(fù)荷量作出改變，最終完成三級聚合商下發(fā)的響應(yīng)任務(wù)。

多級聚合商之問必須嚴(yán)格完成上級下發(fā)的任務(wù)響應(yīng)量，若是下級聚合商沒有完成能源的供給平衡將會受到上級聚合商的較大經(jīng)濟處罰，并且信譽值也會降低。利用多級聚合商可以更好地對用戶進行精準(zhǔn)調(diào)控，實現(xiàn)從上到下的負(fù)荷控制管理，最終達到需求響應(yīng)調(diào)控目的。

▌?wù){(diào)度控制策略

當(dāng)虛擬電廠的內(nèi)部功率與用電負(fù)荷量不對等時，可以采用向公共電網(wǎng)購/售電或是多個虛擬電廠問實現(xiàn)電力交互的方式來確保電力平衡?？紤]虛擬電廠之問的電力交互和需求響應(yīng)，可以降低與公共電網(wǎng)的電力交互量，多使用分布式風(fēng)電和光伏發(fā)電等清潔能源，可有效減少碳排放量同時減少虛擬電廠的綜合運行成本。此外，考慮到燃煤發(fā)電成本較燃?xì)獍l(fā)電低，在使用傳統(tǒng)高碳發(fā)電機組時，優(yōu)先選擇火電機組發(fā)電。

在考慮需求響應(yīng)的情況下，基線負(fù)荷在用電高峰期間會減少，與不考慮需求響應(yīng)的情況相比，減少了發(fā)電機組的壓力。這有效地緩解了虛擬電廠的內(nèi)部負(fù)荷，使其運行更加穩(wěn)定。當(dāng)各機組發(fā)電量不能滿足用戶負(fù)荷時，需從公共電網(wǎng)購電，滿足虛擬電廠內(nèi)部功率平衡;相反，在其他時間段，在虛擬電廠內(nèi)部功率平衡的情況下，多余的電力可以出售給電網(wǎng)或其他虛擬電廠，以降低虛擬電廠內(nèi)部的總成本。

在碳排放約束下，虛擬電廠通過調(diào)整各機組的出力變化來減少碳排放，具有一定的自南碳排放約束空問。當(dāng)碳排放達到一定限度且無法內(nèi)部控制時，虛擬電廠將根據(jù)最大碳排放限額接受相應(yīng)的碳排放處罰。因此，在虛擬電廠的運行和調(diào)控中，而多級聚合商的需求響應(yīng)被用來降低用戶負(fù)荷。此外，顯著降低整體碳排放的關(guān)鍵是燃?xì)庠O(shè)備的使用頻率高于燃煤設(shè)備。最后，利用電力交互來滿足剩余電力缺失的需求，達到低碳監(jiān)管的目的。

虛擬電廠的發(fā)展規(guī)劃

虛擬電廠發(fā)展規(guī)劃藍圖如圖4所示。虛擬電廠未來發(fā)展主要圍繞5個主題。

(1)結(jié)合實際確立發(fā)展目標(biāo)。讓虛擬發(fā)電廠從2個方面發(fā)揮價值作用：①實現(xiàn)對分布式電力數(shù)據(jù)的采集和負(fù)荷控制;②像發(fā)電廠一樣進行電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)，提供調(diào)峰調(diào)頻等輔助性質(zhì)的服務(wù)，并參與到電力市場交易中去。此外，還可以在現(xiàn)有虛擬電廠系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建立云端系統(tǒng)的能源交互系統(tǒng)，打破傳統(tǒng)電力能源單向流動的局限，實現(xiàn)電力交易的多方交互，提高資源利用率。

(2)提高資源利用率。始終圍繞雙碳目標(biāo)開展資源利用相關(guān)工作，結(jié)合當(dāng)?shù)匦履茉磧?yōu)勢。有序穩(wěn)步推進通信基站、電動電車等用電負(fù)荷的擴大建設(shè)。多措并舉，不斷深化用戶端資源，充分發(fā)揮好標(biāo)桿作用。

(3)持續(xù)完善市場交易準(zhǔn)則。持續(xù)優(yōu)化虛擬電廠參與需求響應(yīng)的電力市場交易，逐步優(yōu)化虛擬電廠參與服務(wù)電力市場的業(yè)務(wù)流程。制定恰當(dāng)?shù)摹嶋H的電力交易目標(biāo)，以降低傳統(tǒng)污染型燃料的使用，降低溫室氣體的排放量為宗旨，持續(xù)探索虛擬電廠參與的電力市場綠色交易新航向。

(4)快速推進平臺建設(shè)。有序穩(wěn)步推進不同類型電力交易業(yè)務(wù)平臺的啟動以及運營進程，加強適應(yīng)性平臺的開發(fā)和建設(shè)，助力新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加快電力交易配套支撐平臺的啟動及運營，虛擬電廠從而能夠更好地參與到市場服務(wù)中去。

(5)打造產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。在虛擬電廠建設(shè)過程中，通過帶動虛擬電廠上下游相關(guān)產(chǎn)業(yè)業(yè)務(wù)協(xié)同發(fā)展，打造虛擬電廠市場交易生態(tài)圈，推動各類型電力市場主體參與建設(shè)，促進資源利用與資源互動，強化市場運營模式及機制。

結(jié)論與展望

本文對虛擬電廠技術(shù)展開研究，通過分析考慮碳排放的虛擬電廠基本架構(gòu)以及功率交互模式，建立了基于多級聚合商管控的虛擬電廠需求響應(yīng)調(diào)度策略。

(1)通過改變不同時段的電價以及施加激勵引導(dǎo)負(fù)荷側(cè)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)降低虛擬電廠的運行成本以及滿足負(fù)荷調(diào)控的目的，促進風(fēng)光等清潔能源發(fā)電就地消納。

(2)利用多級聚合商能夠更好地對負(fù)荷進行精準(zhǔn)調(diào)控，實現(xiàn)從上到下的負(fù)荷控制管理，以滿足能源供需平衡，最終達到需求響應(yīng)調(diào)控目的。

本文的研究內(nèi)容主要針對當(dāng)下“雙碳”目標(biāo)的控制策略進行展開定性分析，針對虛擬電廠在電力調(diào)度實際應(yīng)用場景下的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及存在問題的探索還有待進一步深入。