北京電力交易中心有限公司執(zhí)行董事、主任史連軍一行到訪冀北公司本部，與冀北公司董事長、黨委書記田博共同啟動冀北虛擬電廠示范工程試點建設(shè)任務(wù)，并開展座談交流。冀北公司副總經(jīng)理葛俊、宋天民一同座談。

虛擬電廠示范工程試點建設(shè)任務(wù)，是貫徹落實“三型兩網(wǎng)、世界一流”戰(zhàn)略目標(biāo)，按照“研創(chuàng)示編”四融合工作模式，高質(zhì)量編制虛擬電廠IEC國際標(biāo)準(zhǔn)的重要舉措。虛擬電廠是聚合優(yōu)化“源網(wǎng)荷儲”清潔發(fā)展的新一代智能控制技術(shù)和互動商業(yè)模式，依托現(xiàn)代信息技術(shù)和先進通信技術(shù)，把多類型、多能流、多主體資源以電為中心相聚合，促進能源流、業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流“三流合一”，開展協(xié)同優(yōu)化控制和市場交易，實現(xiàn)電源側(cè)的多能互補、負荷側(cè)的靈活互動，為新興市場主體營造活躍、便捷、共享的生態(tài)圈。一期示范工程以秦皇島為試點，后期將擴大至張家口等區(qū)域，為建設(shè)世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)打造“樣板間”。

史連軍聽取了公司相關(guān)工作匯報，對冀北公司為推進冀北虛擬電廠示范工程建設(shè)、推動泛在電力物聯(lián)網(wǎng)落地所做工作給予肯定。史連軍說，當(dāng)前，國網(wǎng)公司正加快推進“三型兩網(wǎng)、世界一流”戰(zhàn)略落地實施?？軅ザ麻L在國網(wǎng)公司泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)工作部署會議上，對下一步工作作出了重要部署。虛擬電廠作為北京電力交易中心負責(zé)的三項示范工程之一，由冀北公司承擔(dān)試點建設(shè)任務(wù)。史連軍表示，希望與冀北公司密切聯(lián)系，雙方建立常態(tài)溝通機制，積極開展新業(yè)態(tài)、新模式創(chuàng)新，探索引入市場元素，在健全市場機制、搭建交易平臺、完善交易流程、推動數(shù)據(jù)交互、尋求政策支撐等方面下功夫，全面提高示范工程的經(jīng)濟性，提升應(yīng)用價值和推廣價值。

田博對史連軍一行的到來表示歡迎，對北京電力交易中心一直以來給予的指導(dǎo)和幫助表示感謝，并簡要匯報了公司近年來在虛擬電廠、交直流柔性配電網(wǎng)等領(lǐng)域開展的創(chuàng)新實踐。他說，虛擬電廠國際標(biāo)準(zhǔn)編制作為冀北公司落實國網(wǎng)公司“三型兩網(wǎng)”新時代戰(zhàn)略的重要抓手，是加快推動能源轉(zhuǎn)型，促進智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)相互融合，保障新能源消納和實現(xiàn)“零碳冬奧”的冀北方案。國網(wǎng)公司對建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)作出全面部署安排，冀北公司被列為虛擬電廠示范工程試點承擔(dān)單位，離不開北京電力交易中心全方位的鼎力支持。田博表示，希望北京電力交易中心一如既往地支持、幫助冀北公司，冀北公司也將聚全公司之力推動虛擬電廠示范工程高質(zhì)高效落地發(fā)展，努力打造互聯(lián)、高效、靈活的電力物聯(lián)網(wǎng)“樣板間”。

座談中，冀北電力交易中心主要負責(zé)人匯報了虛擬電廠示范工程建設(shè)推進情況。

什么是虛擬電廠？

簡單來說，“虛擬電廠”就是“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源環(huán)境下，以用戶為中心，以商業(yè)化市場為平臺的源網(wǎng)荷聚合管理模式。

虛擬電廠的提出是為了整合各種分布式能源，包括分布式電源、可控負荷和儲能裝置等。其基本概念是通過分布式電力管理系統(tǒng)將電網(wǎng)中分布式電源、可控負荷和儲能裝置聚合成一個虛擬的可控集合體，參與電網(wǎng)的運行和調(diào)度，協(xié)調(diào)智能電網(wǎng)與分布式電源間的矛盾，充分挖掘分布式能源為電網(wǎng)和用戶所帶來的價值和效益。虛擬電廠主要由發(fā)電系統(tǒng)、儲能設(shè)備、通信系統(tǒng)構(gòu)成，如圖所示：

1)發(fā)電系統(tǒng)主要包括家庭型(domesticdistributedgeneration，DDG)和公用型(publicdistributedgeneration，PDG)這2類分布式電源。DDG的主要功能是滿足用戶自身負荷，如果電能盈余，則將多余的電能輸送給電網(wǎng);如果電能不足，則由電網(wǎng)向用戶提供電能。典型的DDG系統(tǒng)主要是小型的分布式電源，為個人住宅、商業(yè)或工業(yè)分部等服務(wù)。PDG主要是將自身所生產(chǎn)的電能輸送到電網(wǎng)，其運營目的就是出售所生產(chǎn)的電能。典型的PDG系統(tǒng)主要包含風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電裝置。

2)能量存儲系統(tǒng)可以補償可再生能源發(fā)電出力波動性和不可控性，適應(yīng)電力需求的變化，改善可再生能源波動所導(dǎo)致的電網(wǎng)薄弱性，增強系統(tǒng)接納可再生能源發(fā)電的能力和提高能源利用效率。

3)通信系統(tǒng)是虛擬電廠進行能量管理、數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，以及與電力系統(tǒng)調(diào)度中心通信的重要環(huán)節(jié)。通過與電網(wǎng)或者與其他虛擬電廠進行信息交互，虛擬電廠的管理更加可視化，便于電網(wǎng)對虛擬電廠進行監(jiān)控管理。

虛擬電廠的關(guān)鍵技術(shù)是什么?

根據(jù)虛擬電廠信息流傳輸控制結(jié)構(gòu)的不同，虛擬電廠的控制方式可以分為：集中控制方式、分散控制方式、完全分散控制方式。

①集中控制方式下的虛擬電廠可以完全掌握其所轄范圍內(nèi)分布式單元的所有信息，并對所有發(fā)電或用電單元進行完全控制。

②分散控制方式下的虛擬電廠被分為多個層次。處于下層的虛擬電廠的控制協(xié)調(diào)中心控制轄區(qū)內(nèi)的發(fā)電或用電單元，再由該級虛擬電廠的控制協(xié)調(diào)中心將信息反饋給更高一級虛擬電廠的控制協(xié)調(diào)中心，從而構(gòu)成一個整體的層次結(jié)構(gòu)。

③在完全分散控制方式下，虛擬電廠控制協(xié)調(diào)中心由數(shù)據(jù)交換與處理中心代替，只提供市場價格、天氣預(yù)報等信息。而虛擬電廠也被劃分為相互獨立的自治的智能子單元。這些子單元不受數(shù)據(jù)交換與處理中心控制，只接受來自數(shù)據(jù)交換與處理中心的信息，根據(jù)接受到的信息對自身運行狀態(tài)進行優(yōu)化。

虛擬電廠的優(yōu)化調(diào)度問題可以分為2種：

①內(nèi)部調(diào)度，虛擬電廠對自身內(nèi)部多個電源的容量配置或出力進行優(yōu)化調(diào)度;

②外部調(diào)度，由電網(wǎng)將虛擬電廠當(dāng)成一個整體進行優(yōu)化調(diào)度。

虛擬電廠與微網(wǎng)的區(qū)別在哪?

虛擬電廠和微網(wǎng)是目前實現(xiàn)分布式電源并網(wǎng)最具創(chuàng)造力和吸引力的兩種形式。

對于微網(wǎng)的定義，國內(nèi)一般認為：微網(wǎng)是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、相關(guān)負荷和監(jiān)控、保護裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)，既可以與外部電網(wǎng)并網(wǎng)運行，也可以孤立運行。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，對多區(qū)域、大規(guī)模分布式電源的有效利用及在電力市場中的規(guī)?；б婢哂幸欢ǖ木窒扌浴?/p>

虛擬電廠并未改變每個分布式電源并網(wǎng)的方式，而是通過先進的控制、計量、通信等技術(shù)聚合分布式電源、儲能系統(tǒng)、可控負荷、電動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)架實現(xiàn)多個分布式能源的協(xié)調(diào)優(yōu)化運行。它能夠聚合微網(wǎng)所轄范圍之外的分布式電源，更有利于資源的合理優(yōu)化配置及利用。

虛擬電廠未來是什么樣子的?

美國的一份報告指出，儲能使得虛擬電廠在未來幾年將“侵入能源市場”。報告認為，一個功能全面的能量云的前提是虛擬電廠，虛擬電廠的增長將使能源云成為一種交易平臺，參與者能夠在其中相互購買和出售來自多個電源點的能源，基于虛擬電廠的能源云使得能源交易雙向互動，而不是傳統(tǒng)意義上的能源單向流動。

隨著國家對清潔能源和新興技術(shù)的發(fā)展的大力推動，虛擬電廠將成為智能電網(wǎng)和全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中重要的能源聚合形式，具有廣闊的發(fā)展空間。

1)分布式電源的互補性減少出力的不確定性。

由于可再生能源出力存在較大的隨機性、波動性、間歇性，分布式電源的動態(tài)組合問題亟待解決。隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的推進，三部委針對可再生能源聯(lián)合發(fā)布了“一帶一路”和“一極一道”發(fā)展戰(zhàn)略，“一帶一路”沿線各國都具有豐富的風(fēng)能和太陽能資源，“一極一道”更是推進了大型可再生能源基地電力送出以及各大洲之間電力交換。能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略推進跨境電力與輸電通道建設(shè)，積極開展區(qū)域電網(wǎng)升級改造合作，充分發(fā)揮不同區(qū)域內(nèi)分布式電源的時差互補和季節(jié)互補特性，提高可再生能源的利用率和虛擬電廠的效益。

2)多個分布式單元靈活地進行動態(tài)組合組成虛擬電廠。

虛擬電廠與微電網(wǎng)的最大區(qū)別在于構(gòu)成虛擬電廠的多個分布式發(fā)電單元不一定在同一個地理區(qū)域內(nèi)，其聚合范圍以及與市場的交互取決于通信能力和可靠性。多個分布式發(fā)電單元按照一定的規(guī)則或目標(biāo)進行聚合，以一個整體參與電力市場或輔助服務(wù)市場，最后將利益分配給每個分布式發(fā)電單元。虛擬電廠作為中介，根據(jù)動態(tài)組合算法或動態(tài)博弈理論等規(guī)則對多個分布式發(fā)電單元靈活地進行動態(tài)組合。動態(tài)組合的實時性和靈活性可以避免實時不平衡所帶來的成本問題以及由于電廠停機、負荷和可再生能源出力預(yù)測失誤時所導(dǎo)致的組合偏差問題。

3)大數(shù)據(jù)對可再生能源進行預(yù)測，提高虛擬電廠數(shù)據(jù)處理速度。

大數(shù)據(jù)是指無法在可承受的時間內(nèi)用傳統(tǒng)的IT技術(shù)、軟硬件工具和數(shù)學(xué)分析方法進行感知、獲取、管理、處理和分析的數(shù)據(jù)集合。大數(shù)據(jù)技術(shù)可進行負荷預(yù)測和可再生能源出力預(yù)測，包括風(fēng)能和太陽能。風(fēng)能預(yù)測非常必要，因為數(shù)據(jù)顯示在用電高峰期，風(fēng)電場的實際產(chǎn)能變化幅度很大。準(zhǔn)確預(yù)測太陽能和風(fēng)能需要分析大量數(shù)據(jù)，包括風(fēng)速、云層等氣象數(shù)據(jù)。同時，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)處理虛擬電廠內(nèi)的各種信息，能有效提高數(shù)據(jù)交換與處理中心的處理速度，為虛擬電廠的數(shù)據(jù)交換與處理中心提供各子系統(tǒng)實時、精確的數(shù)據(jù)信息流。

4)虛擬電廠參與多種市場進行優(yōu)化調(diào)度和競價。

虛擬電廠通過對多個分布式單元進行聚合成為一個整體參與電力市場運營，既可以發(fā)揮傳統(tǒng)電廠出力穩(wěn)定和批量售電的特點，又由于聚合了多種發(fā)電單元而具有較好的互補性。虛擬電廠所參與的電力市場包括日前市場、實時市場、輔助服務(wù)市場等，由此可建立日前市場、雙邊合同、平衡市場及混合市場等多種市場模型。考慮虛擬電廠中可再生能源出力、負荷和實時電價等不確定因素，在不同市場環(huán)境下建立調(diào)度和競價模型，使虛擬電廠具有更廣泛的適用性。

5)基于博弈論建立科學(xué)的合作機制，確保虛擬電廠的穩(wěn)定性。

博弈論主要研究存在利益關(guān)系或沖突的多個決策主體，根據(jù)自身能力和了解的信息，如何各自進行有利于自己或決策者群體的決策的理論。基于博弈論，認為虛擬電廠內(nèi)的所有發(fā)電和用電單元和虛擬電廠與外部所有運營商均為合作博弈。根據(jù)合作博弈理論制訂科學(xué)的合作機制，包括虛擬電廠內(nèi)部聚合的多個發(fā)電或用電單元之間的合作機制和虛擬電廠與集成運營商、配電網(wǎng)或輸電網(wǎng)以及電力市場運營者之間的合作機制，保證所有參與者的合理收益，使參與者保持長期的參與積極性，確保虛擬電廠的穩(wěn)定性。

太復(fù)雜了，繞暈了~話不多說，上圖！

電網(wǎng)系統(tǒng)像一個超大的蓄水池，在沒有新能源加入的時候，進水管和出水管水流平穩(wěn)，大家各取所需。

突然有天新能源來了：一會拼命往里擠，一會又曠課曠工玩消失。

電網(wǎng)的另一邊：一會撐得不行，一會餓得發(fā)慌。

偶爾、少量，蓄水池還能平衡，大量、瞬間的變化，那就會出大事了！

這時，我們把虛擬同步機裝上，也就是給不羈的新能源加裝一個水龍頭，隨時調(diào)節(jié)新能源的并網(wǎng)情況。

有了虛擬同步機這個新能源并網(wǎng)水龍頭，新能源機組就可以從“我行我素”的“自轉(zhuǎn)”變?yōu)椤皡f(xié)調(diào)統(tǒng)一”的“公轉(zhuǎn)”，主動支撐電網(wǎng)頻率、電壓波動，有力保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

案例分享上海黃浦區(qū)試點商業(yè)建筑虛擬電廠項目

在上海市中心黃浦區(qū)，一座不同尋常的電廠正在悄然建設(shè)中。它不建廠房，不燒煤、不燒氣，預(yù)計今年年末，它能在用電高峰時段釋放出約5萬千瓦電力來“削峰填谷”。這座明確寫入上海市電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃，由眾多分布式儲能設(shè)備集合而成的黃埔區(qū)商業(yè)建筑虛擬電廠，正成為上海市電力體制改革、智能電網(wǎng)建設(shè)的獨特案例。

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行，“發(fā)電”能力達100千瓦。寶龍大廈僅僅是黃浦區(qū)虛擬電廠的一個項目。迄今，虛擬電廠最大規(guī)模的一次試運行，參與樓宇超過50棟，釋放負荷約1萬千瓦。

“這個原理說來也簡單?！鄙虾＝?jīng)研院規(guī)劃評審中心(以下簡稱“規(guī)評中心”)楊建林博士告訴筆者，“以寶龍大廈為例，在冬夏兩季用電高峰期，我們的系統(tǒng)只需對大廈各樓層中央空調(diào)的預(yù)設(shè)溫度、風(fēng)機轉(zhuǎn)速、送風(fēng)量等參數(shù)進行一定的柔性調(diào)節(jié)，就能夠通過減負為電網(wǎng)釋放出100千瓦電能。”

目前，黃浦區(qū)內(nèi)95%以上符合安裝要求的公共建筑(包括辦公樓、商場、醫(yī)院、學(xué)校、政府機關(guān)等)都實現(xiàn)了能耗在線監(jiān)測。由上海市經(jīng)信委牽頭、上海經(jīng)研院參與規(guī)劃設(shè)計、上海騰天節(jié)能技術(shù)有限公司參與實施的《上海黃浦區(qū)商業(yè)建筑虛擬電廠示范項目》已于2016年獲國家發(fā)改委批復(fù)，將在三年內(nèi)全面完成。

“辦公樓的發(fā)電原理看似簡單，具體實現(xiàn)卻不容易，這里面涉及眾多電力參數(shù)與空調(diào)參數(shù)的對應(yīng)與算法?！睏罱植┦拷榻B，“這也就是虛擬電廠比傳統(tǒng)需求響應(yīng)資源調(diào)用更為先進的地方?！?/p>

傳統(tǒng)的需求響應(yīng)資源調(diào)用，如負荷控制平臺，實際上相當(dāng)于一個備用調(diào)峰機組。在用電高峰期，電網(wǎng)調(diào)度部門啟動該平臺，向協(xié)議用戶下達手動削減負荷指令，或遠程拉閘限電“關(guān)開關(guān)”。這種方式簡單粗放，用戶體驗感受也較差。

而虛擬電廠要實現(xiàn)的，是柔性負荷控制，柔性負荷在一定時間內(nèi)靈活可變，可在基本不影響用戶的前提下，達到削減或增加負荷的目的。

目前，可參與需求響應(yīng)的柔性負荷種類繁多。上海經(jīng)研院規(guī)劃評審中心具體研究了柔性負荷調(diào)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、參數(shù)設(shè)置、功率調(diào)節(jié)以及聚合方法等內(nèi)容，設(shè)計了柔性負荷響應(yīng)系統(tǒng)。楊建林介紹，“以商用大樓寶龍大廈的中央空調(diào)為例，在夏季用電高峰期，我們的響應(yīng)系統(tǒng)依托精密的信息技術(shù)，通過對空調(diào)的預(yù)設(shè)溫度、風(fēng)機轉(zhuǎn)速、送風(fēng)量、新風(fēng)量、冷凍水泵流量、冷凍水進水溫度等幾十個特性參數(shù)變量的控制，可以在不停機、不影響用戶使用的前提下，達到柔性調(diào)節(jié)空調(diào)負荷的目的?！?/p>

柔性負荷響應(yīng)系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)‘削峰’的作用，還能實現(xiàn)‘填谷’的功能。同樣以夏季空調(diào)制冷為例，在系統(tǒng)檢測到電網(wǎng)的負荷進入低谷期后，利用空調(diào)所屬房間儲熱能力，自動調(diào)整幾十個特性參數(shù)變量，增加空調(diào)負荷，可提前儲存一部分冷量，使電力系統(tǒng)的利用率增高。

電力系統(tǒng)運行調(diào)度的核心是功率平衡，若需求響應(yīng)資源本身具備在線功率調(diào)節(jié)功能，則可以發(fā)揮更顯著的系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用。然而傳統(tǒng)的負荷控制平臺只能參與離線調(diào)峰安排，條件和技術(shù)都難以達到接入系統(tǒng)的要求。

“虛擬電廠要達到的目標(biāo)，不僅僅是收集分散的電能數(shù)據(jù)、控制負荷量，而是像一個真正的發(fā)電廠一樣，可以參與系統(tǒng)調(diào)度，提供調(diào)峰、調(diào)頻輔助服務(wù)和電力市場交易等?！鄙虾＝?jīng)研院規(guī)評中心主任費斐介紹，“從這個角度看，上海黃浦區(qū)具有建立虛擬電廠得天獨厚的條件?！?/p>

黃浦區(qū)是上海商業(yè)建筑最密集的中心城區(qū)，大型商業(yè)建筑數(shù)量超過200幢，面積近1000萬平方米，年耗電量約13億千瓦時，峰值負荷近50萬千瓦，樓宇能耗占全區(qū)總能耗的65%以上，方便對諸多分布式發(fā)電資源進行大范圍集中控制。截至2月28日，黃浦區(qū)內(nèi)像寶龍大廈這樣對能耗實時在線監(jiān)測的樓宇，總數(shù)已超過230棟，年監(jiān)測用電量超過10億千瓦時，占上海市社會領(lǐng)域用電總量的40%。

目前，該項目正在有序推進中。根據(jù)規(guī)劃，今年上海黃浦區(qū)將建成預(yù)期具有5萬千瓦容量、1萬千瓦自動需求響應(yīng)能力、0.2萬千瓦二次調(diào)頻能力，年虛擬發(fā)電運行時間不少于50小時的商業(yè)建筑虛擬電廠，總“發(fā)電”能力將達到5萬千瓦。按此推算，如果上海其他區(qū)域也能推廣這種模式，就相當(dāng)于在不增加資源消耗的情況下新建一座大型電廠。