虛擬電廠（Virtual Power Plant，VPP）是一種智能電網(wǎng)技術(shù)，通過先進(jìn)的信息通信技術(shù)和軟件系統(tǒng)，將分布式電源、儲能系統(tǒng)、可控負(fù)荷等多種分布式能源資源（Distributed Energy Resources，DER）聚合起來，進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，以實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)電廠功能的模擬或替代。

1. 構(gòu)成要素

分布式電源（DG）

包括太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C(jī)、生物質(zhì)能發(fā)電等多種形式。這些分布式電源具有分散性、間歇性等特點(diǎn)。例如，太陽能光伏發(fā)電依賴于日照，只有在白天有陽光時才能發(fā)電，且發(fā)電功率會隨著天氣、云層等因素的變化而波動；風(fēng)力發(fā)電則取決于風(fēng)力資源，風(fēng)速不穩(wěn)定會導(dǎo)致發(fā)電功率不穩(wěn)定。

儲能系統(tǒng)

常見的有電池儲能（如鋰離子電池）、蓄熱蓄冷儲能等。儲能系統(tǒng)的主要作用是在能源產(chǎn)生過剩時儲存能量，在能源不足或需求高峰時釋放能量。以電池儲能為例，當(dāng)分布式電源發(fā)電功率較高，而電網(wǎng)需求較低時，電池可以充電存儲電能；當(dāng)分布式電源發(fā)電功率不足或者電網(wǎng)出現(xiàn)高峰負(fù)荷時，電池可以放電補(bǔ)充電能，起到削峰填谷的作用。

可控負(fù)荷

主要包括智能電器設(shè)備、電動汽車充電樁等。這些可控負(fù)荷可以根據(jù)電網(wǎng)的調(diào)度信號調(diào)整自身的用電功率。例如，智能空調(diào)可以在電網(wǎng)需求高峰時，通過調(diào)整溫度設(shè)定值或者運(yùn)行模式，減少自身的用電功率；電動汽車充電樁可以根據(jù)電網(wǎng)的指令，在合適的時間進(jìn)行充電或者暫停充電。

2. 工作原理

信息采集與通信

虛擬電廠通過安裝在各個分布式能源資源（DER）和可控負(fù)荷上的傳感器、智能電表等設(shè)備，實(shí)時采集發(fā)電功率、用電功率、儲能狀態(tài)等各種數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過高速通信網(wǎng)絡(luò)（如光纖、電力線載波通信、無線通信等）傳輸?shù)教摂M電廠的控制中心。

聚合與建模

控制中心接收到數(shù)據(jù)后，對分布式能源資源和可控負(fù)荷進(jìn)行聚合建模。根據(jù)它們的物理特性、運(yùn)行特性和約束條件，構(gòu)建虛擬電廠的數(shù)學(xué)模型，以便進(jìn)行優(yōu)化控制和調(diào)度。例如，對于分布式電源，需要考慮其發(fā)電功率曲線、最大最小發(fā)電功率限制等；對于儲能系統(tǒng)，需要考慮其充放電效率、最大充放電功率和容量限制等；對于可控負(fù)荷，需要考慮其可調(diào)節(jié)范圍、響應(yīng)時間等。

優(yōu)化控制與調(diào)度

根據(jù)電力市場需求、電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和用戶側(cè)需求等多種因素，虛擬電廠的控制中心利用優(yōu)化算法（如線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、智能算法等）對聚合后的資源進(jìn)行優(yōu)化控制和調(diào)度。在電力市場價格較高或者電網(wǎng)供應(yīng)緊張時，控制中心可以調(diào)度分布式電源增加發(fā)電功率、儲能系統(tǒng)釋放電能、可控負(fù)荷減少用電功率，以向電網(wǎng)輸送更多的電力；在電力市場價格較低或者電網(wǎng)供應(yīng)過剩時，可以安排分布式電源減少發(fā)電功率（如果可能）、儲能系統(tǒng)充電、可控負(fù)荷適當(dāng)增加用電功率，以充分利用清潔能源，降低發(fā)電成本。

3. 功能與應(yīng)用場景

電網(wǎng)調(diào)節(jié)功能

削峰填谷：在用電高峰時段，虛擬電廠通過控制分布式電源和儲能系統(tǒng)放電，以及減少可控負(fù)荷的用電，降低電網(wǎng)的峰值負(fù)荷；在用電低谷時段，儲存多余的電能或者增加可控負(fù)荷的用電，提高電網(wǎng)的低谷負(fù)荷，從而減小電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

頻率調(diào)節(jié)：當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生波動時，虛擬電廠可以快速響應(yīng)。例如，當(dāng)電網(wǎng)頻率下降時，虛擬電廠可以迅速增加分布式電源的發(fā)電功率、釋放儲能系統(tǒng)的電能，以提高電網(wǎng)的頻率；反之，當(dāng)電網(wǎng)頻率上升時，可以減少發(fā)電功率或吸收電能，使電網(wǎng)頻率恢復(fù)正常。

電壓調(diào)節(jié)：虛擬電廠能夠通過控制分布式電源的無功功率輸出、儲能系統(tǒng)的無功調(diào)節(jié)功能等，對電網(wǎng)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，維持電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定。

參與電力市場交易

電能交易：虛擬電廠可以作為一個獨(dú)立的發(fā)電主體參與電能市場交易。在電價較高時，將聚合后的電能銷售給電網(wǎng)或者其他電力用戶，獲取經(jīng)濟(jì)利益；在電價較低時，從市場購買電能儲存或者自用。

輔助服務(wù)交易：為電網(wǎng)提供調(diào)頻、調(diào)峰、備用等輔助服務(wù)，并獲得相應(yīng)的報(bào)酬。例如，虛擬電廠可以參與電網(wǎng)的備用容量市場，提供應(yīng)急發(fā)電或者應(yīng)急響應(yīng)服務(wù)，在電網(wǎng)出現(xiàn)故障或者緊急情況時，快速啟動分布式電源和儲能系統(tǒng)，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4. 優(yōu)勢

提高能源利用效率：通過整合多種分布式能源資源，實(shí)現(xiàn)了能源的優(yōu)化配置和互補(bǔ)利用。例如，將太陽能和風(fēng)能等間歇性電源與儲能系統(tǒng)結(jié)合，可以有效減少棄光、棄風(fēng)現(xiàn)象，提高可再生能源的利用比例。

增強(qiáng)電網(wǎng)的靈活性和可靠性：虛擬電廠能夠快速響應(yīng)電網(wǎng)的需求變化，提供多種輔助服務(wù)，增強(qiáng)了電網(wǎng)應(yīng)對突發(fā)情況和分布式電源間歇性的能力，提高了電網(wǎng)的可靠性和靈活性。

降低能源成本：通過優(yōu)化調(diào)度分布式能源資源和可控負(fù)荷，降低了發(fā)電成本和電網(wǎng)運(yùn)行成本。例如，利用儲能系統(tǒng)在電價低谷時儲存電能，在電價高峰時使用，可以降低用戶的用電成本；同時，減少了對傳統(tǒng)集中式發(fā)電的依賴，降低了發(fā)電側(cè)的成本。

促進(jìn)可再生能源的消納：虛擬電廠為可再生能源的大規(guī)模接入提供了有效的解決方案，有助于解決可再生能源間歇性、波動性帶來的電網(wǎng)消納難題，推動能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展。

安科瑞電氣股份有限公司生產(chǎn)的ACCU-100 是一款應(yīng)用于微電網(wǎng)、分布式發(fā)電和儲能等領(lǐng)域的智能協(xié)調(diào)控制器，可接入光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)以及充電樁等設(shè)備，通過全天候數(shù)據(jù)采集來分析微電網(wǎng)系統(tǒng)，監(jiān)測各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和健康狀況，并以安全經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行為目標(biāo)，獲取最優(yōu)控制策略，實(shí)施調(diào)節(jié)控制，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的分布式能源、儲能系統(tǒng)和負(fù)荷的實(shí)時動態(tài)調(diào)節(jié)功能，促進(jìn)新能源消納，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性，補(bǔ)償負(fù)荷波動，同時實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)的需求管理，提高運(yùn)行效率，降低供電成本，保障微電網(wǎng)的安全、可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

功能特點(diǎn)：

數(shù)據(jù)采集：支持串口、以太網(wǎng)等多通道實(shí)時運(yùn)行，可滿足各類風(fēng)電、光伏逆變器和儲能設(shè)備的接入需求.

通訊管理：支持 Modbus RTU、Modbus TCP、IEC 60870-5-101、IEC 60870-5-103、IEC 60870-5-104、MQTT 等通信規(guī)約，可實(shí)現(xiàn)云邊協(xié)同，結(jié)合安科瑞智慧能源管理云平臺進(jìn)行遠(yuǎn)程運(yùn)維、OTA 升級、就地 / 遠(yuǎn)程切換以及本地人機(jī)交互等功能.

邊緣計(jì)算：具備靈活的報(bào)警閾值設(shè)置、主動上傳報(bào)警信息、數(shù)據(jù)合并計(jì)算、邏輯控制、斷點(diǎn)續(xù)傳、數(shù)據(jù)加密以及 4G 路由等能力.

策略管理：支持防逆流、計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、有功 / 無功控制、光儲協(xié)調(diào)等功能，并且支持策略定制，可滿足不同用戶在多地區(qū)、多電價環(huán)境下的策略運(yùn)行模式需求.

系統(tǒng)安全：采用基于不可信模型設(shè)計(jì)的用戶權(quán)限控制，防止非法用戶侵入，同時運(yùn)用數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)安全驗(yàn)證技術(shù)，通過數(shù)據(jù)標(biāo)定與防篡改機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的固證和可追溯性.

運(yùn)行安全：能夠采集分析全站信號和測量數(shù)據(jù)，包括電池、溫控和消防等，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行安全的預(yù)警預(yù)測功能.

安裝方式： 采用標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌安裝方式，裝置連接上網(wǎng)線后，LINK 指示燈會亮起，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸時閃爍，SPEED 指示燈在 100Mb/s 時會持續(xù)點(diǎn)亮，在 10Mb/s 時則會關(guān)閉，接收數(shù)據(jù)時 RX 指示燈閃爍，發(fā)送數(shù)據(jù)時 TX 指示燈閃爍，導(dǎo)軌卡座可安裝于后板和底板.

運(yùn)營模式和控制策略：手動策略：支持手動進(jìn)行微電網(wǎng)并離網(wǎng)切換，以及對分布式發(fā)電、儲能、可調(diào)設(shè)備指令下發(fā)等遙控動作。 計(jì)劃曲線：用戶可依據(jù)當(dāng)?shù)胤謺r電價自行配置電價模板，設(shè)定不同時段內(nèi)儲能的充放功率，組成削峰填谷策略模版，還可按日、按周配置策略模版，以適應(yīng)多地區(qū)、多電價環(huán)境下的策略運(yùn)行模式。

需量控制：通過在總進(jìn)線的變壓器低壓側(cè)接入總表實(shí)時采集需量值，當(dāng)需量值達(dá)到限制值時觸發(fā)需量控制，系統(tǒng)根據(jù)配置參數(shù)對儲能做減小充電、放電、降低充電樁充電功率或者降低可調(diào)負(fù)荷用電功率等動作。

動態(tài)擴(kuò)容：在總進(jìn)線的變壓器低壓側(cè)接入總表實(shí)時采集變壓器負(fù)載率，當(dāng)負(fù)載率達(dá)到限制值時觸發(fā)保護(hù)，系統(tǒng)根據(jù)配置參數(shù)對儲能做減小充電、放電、降低充電樁充電功率或者降低可調(diào)負(fù)荷用電功率等動作。

防逆流控制：在總進(jìn)線的變壓器低壓側(cè)接入總表實(shí)時采集逆功率數(shù)據(jù)，當(dāng)出現(xiàn)反向功率且達(dá)到限制值時，系統(tǒng)根據(jù)配置參數(shù)對儲能做靜置、減小放電、充電或者光伏降功率等動作，若要實(shí)現(xiàn)響應(yīng)更快、更靠譜的保護(hù)，還可加上逆功率保護(hù)裝置，檢測到逆流立即跳閘保護(hù) 。

備電功能：EMS 協(xié)調(diào)控制執(zhí)行對儲能系統(tǒng) SOC 保護(hù)，使儲能系統(tǒng)在設(shè)定的 SOC 范圍內(nèi)運(yùn)行，并預(yù)留一定的電量區(qū)間用于備電容量，該容量可自定義設(shè)置，能在電網(wǎng)斷電時給負(fù)載緊急供電。

作者介紹：

曹華偉，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司

Tel:137/7441/3253（V同號）

審核編輯 黃宇