近年來，以油氣為代表的傳統(tǒng)化石能源系統(tǒng)正在向以可再生能源為代表的現(xiàn)代能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，這個(gè)過程中產(chǎn)生了一些新問題。在此背景下，“虛擬電廠”的概念應(yīng)運(yùn)而生。什么是虛擬電廠、能發(fā)揮哪些作用?它目前處于什么發(fā)展階段，前景如何?

當(dāng)前，在能源緊缺、環(huán)境惡化的嚴(yán)峻形勢下，全球能源正處在以油氣為代表的傳統(tǒng)化石能源系統(tǒng)向以可再生能源為代表的現(xiàn)代能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵期。同時(shí)，由于分布式可再生能源、可控負(fù)荷、儲(chǔ)能設(shè)施以及電動(dòng)汽車等的快速發(fā)展，電力用戶也將由單一的消費(fèi)者轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌闲偷漠a(chǎn)銷者。

但是，具有產(chǎn)銷一體特性的電力用戶具有地理位置分散、隨機(jī)性波動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，且兼有弱可觀性和可控性，如何實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的友好互動(dòng)?在這個(gè)大背景下，“虛擬電廠”的概念應(yīng)運(yùn)而生。

虛擬電廠，是聚合優(yōu)化“源—網(wǎng)—荷”清潔低碳發(fā)展的新一代智能控制技術(shù)和互動(dòng)商業(yè)模式。這種技術(shù)模式無需對電網(wǎng)進(jìn)行改造，就能充分利用分布式資源，實(shí)現(xiàn)電源側(cè)的多能互補(bǔ)和負(fù)荷側(cè)的靈活互動(dòng)，給電網(wǎng)提供電能和輔助服務(wù)，可為破解清潔能源消納的世界性難題和低碳能源轉(zhuǎn)型提供前瞻性的技術(shù)解決方案。

虛擬電廠相當(dāng)于一個(gè)區(qū)域性的源網(wǎng)荷集中管理模式

虛擬電廠可看作是在傳統(tǒng)電網(wǎng)物理架構(gòu)上，利用先進(jìn)的調(diào)控技術(shù)、計(jì)量技術(shù)、通信技術(shù)把分布式發(fā)電、分布式儲(chǔ)能設(shè)施、可控負(fù)荷等不同類型分布式資源進(jìn)行整合協(xié)同開展優(yōu)化運(yùn)行控制和市場交易的載體，實(shí)現(xiàn)電源側(cè)的多能互補(bǔ)和負(fù)荷側(cè)的靈活互動(dòng)，對電網(wǎng)提供電能或調(diào)峰、調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)。其核心在于“聚合”和“通信”。

“虛擬電廠”這一術(shù)語最早出現(xiàn)于1997年。它不是傳統(tǒng)意義上的實(shí)體發(fā)電廠，而是相當(dāng)于一個(gè)區(qū)域性的源網(wǎng)荷集中管理模式。

1997以來，虛擬電廠受到北美、歐洲多個(gè)國家的廣泛關(guān)注。各國的項(xiàng)目不同、應(yīng)用場景不同，因此對虛擬電廠的研究側(cè)重點(diǎn)也不一樣：歐洲各國主要考慮實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電的可靠并網(wǎng)、智能互動(dòng)和參與電力市場，打造持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的商業(yè)模式;北美地區(qū)的虛擬電廠主要基于需求響應(yīng)發(fā)展而來，兼顧可再生能源的利用，希望通過自動(dòng)需求響應(yīng)和能效管理來提高綜合能源的利用效率，因此可控負(fù)荷占據(jù)主要成分。

虛擬電廠可在破解清潔能源消納、綠色能源轉(zhuǎn)型方面發(fā)揮重要作用

虛擬電廠的特點(diǎn)符合新一代電力系統(tǒng)“智能互動(dòng)和開放共享”的發(fā)展需求和方向，因此在破解清潔能源消納難題、綠色能源轉(zhuǎn)型方面可以發(fā)揮重要作用。

首先，可緩解分布式發(fā)電的負(fù)面效應(yīng)，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。虛擬電廠對大電網(wǎng)來說是一個(gè)可視化的自組織，既可通過組合多種分布式資源進(jìn)行發(fā)電，實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn);又可通過調(diào)節(jié)可控負(fù)荷，采用分時(shí)電價(jià)、可中斷電價(jià)及用戶時(shí)段儲(chǔ)能等措施，實(shí)現(xiàn)節(jié)能儲(chǔ)備。虛擬電廠的協(xié)調(diào)控制優(yōu)化大大減小了以往分布式資源并網(wǎng)對大電網(wǎng)造成的沖擊，降低了分布式資源增長帶來的調(diào)度難度，使配電管理更趨于合理有序，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

其次，可高效利用和促進(jìn)分布式能源發(fā)電。近年來，我國分布式光伏、分散式風(fēng)電等分布式能源增長很快，其大規(guī)模、高比例接入給電力系統(tǒng)的平衡和電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來一系列挑戰(zhàn)。如果這些分布式發(fā)電以虛擬電廠的形式參與大電網(wǎng)的運(yùn)行，通過內(nèi)部的組合優(yōu)化，可消除其波動(dòng)對電網(wǎng)的影響，實(shí)現(xiàn)高效利用。同時(shí)，虛擬電廠可以使分布式能源從電力市場中獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益，縮短成本回收周期，吸引和擴(kuò)大此類投資，促進(jìn)分布式能源的發(fā)展。

再次，可以以市場手段促進(jìn)發(fā)電資源的優(yōu)化配置。虛擬電廠最具吸引力的功能就在于能夠聚合多種類型的分布式資源參與電力市場運(yùn)行。虛擬電廠充當(dāng)分布式資源與電力調(diào)度機(jī)構(gòu)、與電力市場之間的中介，代表分布式資源所有者執(zhí)行市場出清結(jié)果，實(shí)現(xiàn)能源交易。從其他市場參與者的角度來看，虛擬電廠表現(xiàn)為傳統(tǒng)的可調(diào)度發(fā)電廠。由于擁有多樣化的發(fā)電資源，虛擬電廠既可以參與主能量市場，也可以參與輔助服務(wù)市場，參與多種電力市場的運(yùn)營模式及其調(diào)度框架，對發(fā)電資源的廣泛優(yōu)化配置起到積極的促進(jìn)作用。

虛擬電廠具有協(xié)調(diào)控制、交易運(yùn)營、智能計(jì)量、信息通信等關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)用前景十分廣闊

早期所謂“虛擬電廠”實(shí)際上應(yīng)稱為“能效電廠”。它主要通過在用電需求方安裝一些提高用電效能的設(shè)備，來產(chǎn)生與建設(shè)實(shí)際電廠一樣的效果，因?yàn)樾枨蟮臏p少等于電網(wǎng)對于其他部分供應(yīng)的增加。

總的來說，虛擬電廠的關(guān)鍵技術(shù)包括協(xié)調(diào)控制技術(shù)、交易運(yùn)營技術(shù)、智能計(jì)量技術(shù)、信息通信技術(shù)。

近幾年來，我國對虛擬電廠的關(guān)注度不斷上升。針對清潔能源消納的大規(guī)模虛擬電廠“源網(wǎng)荷智能電網(wǎng)”系統(tǒng)在江蘇投運(yùn);上海黃埔區(qū)商業(yè)建筑虛擬電廠也正在建設(shè)中。尤其值得一提的是，隨著2018年3月國家電網(wǎng)有限公司主導(dǎo)發(fā)起的虛擬電廠《架構(gòu)與功能要求》和《用例》這兩項(xiàng)首批國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)的獲批立項(xiàng)，虛擬電廠正在得到越來越多的關(guān)注。

目前，虛擬電廠尚處于起步階段，但因其符合中國電力發(fā)展的需求與方向，在政府、企業(yè)、用戶等各方的共同努力下，將擁有越來越廣闊的應(yīng)用前景。

(作者單位：中國電科院)