虛擬電廠建設(shè)方案分析

虛擬電廠建設(shè)方案虛擬電廠的關(guān)鍵技術(shù)PART

THREEPART

TOURPART

TWOPART

ONECONTENTS虛擬電廠的功能虛擬電廠的概念虛擬電廠的發(fā)展虛擬發(fā)電廠的概念虛擬電廠的概念虛擬電廠技術(shù)(VPP,Virtual

Power

Plant),是將

電源、可控負荷和儲能系統(tǒng)有機結(jié)合，通過虛擬電

廠的控制中心，合并作為一個特別整體參與電網(wǎng)運

行。在虛擬電廠中，每一部分均與控制中心相連，通過

智能電網(wǎng)的雙向信息傳送，進行統(tǒng)一調(diào)度協(xié)調(diào)機端

潮流、受端負荷以及儲能系統(tǒng)，以達到降低發(fā)電損

耗、減少溫室氣體排放、優(yōu)化資源利用、降低電網(wǎng)

峰值負荷和提高供電可靠性的目的。虛擬發(fā)電廠控制中心光伏發(fā)電系統(tǒng)工業(yè)區(qū)風電場圖中包含著能量網(wǎng)和信息網(wǎng)2張網(wǎng)絡(luò)。實線表示的能量網(wǎng)即電力傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)連接著風電場、光伏發(fā)電系統(tǒng)、火電

機組等不同形式的發(fā)電單元，以及城

市、工業(yè)區(qū)等不同類型的用電負荷單元。這些發(fā)電和用電單元通過由虛

線代表的信息網(wǎng)與虛擬發(fā)電廠控制中心連接能實現(xiàn)控制中心與各單元之間的雙向通信。虛擬電廠的概念火電

機組城

市虛擬電廠的功能虛擬電廠的功能特征由虛擬電廠的概念可知，在技術(shù)層面，

虛擬電廠控制中心應(yīng)具有如下功能：1)網(wǎng)絡(luò)通信及管理功能。建立控制中心與區(qū)域內(nèi)各對象之間的雙向信息連接，從物理層、數(shù)據(jù)鏈路層等各個層面保證數(shù)據(jù)通信的快捷與暢通。2)發(fā)電管理功能。監(jiān)視區(qū)域內(nèi)各發(fā)電單元的運行及出力狀況，并在線實施區(qū)域內(nèi)發(fā)電單元的優(yōu)化調(diào)度。虛擬電廠的功能特征由虛擬電廠的概念可知，在技術(shù)層面，

虛擬電廠控制中心應(yīng)具有如下功能：3)新能源發(fā)電功率預測功能。綜合短期及中長期氣象數(shù)據(jù)及預報信息，對區(qū)域內(nèi)的風電機組、太陽能發(fā)電機組等的輸出功率做出較準確的預測。4

)用電負荷預測及管理功能。對區(qū)域內(nèi)的用電符合進行較準確的預測，對多種因素對負荷需求的影響規(guī)律進行分析，并且具有對整個電網(wǎng)調(diào)度運行的功能。虛擬電廠的功能特征由虛擬電廠的概念可知，在技術(shù)層面，

虛擬電廠控制中心應(yīng)具有如下功能：5)數(shù)據(jù)管理及分析功能。采集并分析處理區(qū)域中各對象的運行數(shù)據(jù)，如發(fā)電機組的出力和運行效率、用電負荷隨時間變化的規(guī)律等，并能對這些數(shù)據(jù)提供有效的檢

索和調(diào)用手段。6)電力市場中的經(jīng)營能力。包括建立區(qū)域內(nèi)的發(fā)電費用、用電收益及安全約束模型，進行優(yōu)化計算，收集市場情報、制訂發(fā)電計劃、簽訂中遠期市場交易合同等。虛擬電廠的關(guān)鍵技術(shù)虛擬電廠的關(guān)鍵技術(shù)：協(xié)調(diào)控制技術(shù)虛擬電廠的運行控制結(jié)構(gòu)可以分為：1)集中控制2)集中-分散控制3)完全分散控制第1類是集中控制結(jié)構(gòu)，如圖所示。該結(jié)構(gòu)中，控制中心掌握著所涉及的所有發(fā)電或用電單元的完整信息，并擁有對所有單

元的完全控制權(quán)，對每一個單元制定發(fā)電或

用電方案。在此種結(jié)構(gòu)下控制中心具有最強的控制力和靈活多樣的控制手段

，其代價是巨大的通信

流量及繁重的運算負荷，且兼容與擴展性較發(fā)電單元發(fā)電單元虛擬發(fā)電廠用電單元用電單元

發(fā)電單元虛擬發(fā)電廠運行控制結(jié)構(gòu)：協(xié)調(diào)控制技術(shù)差。用電單元發(fā)電單元控制中心第2類是集中-分散控制結(jié)構(gòu)，如圖所示。該結(jié)構(gòu)中，虛擬電廠被分為2個層級，下層的本地控制中心管理轄區(qū)內(nèi)有有限個發(fā)電或用電單元，再由這些本地控制中心將信息反

饋給上一層的虛擬電廠控制中心。虛擬電廠控制中心首先將任務(wù)分解并分配到各本地控制中心，然后本地控制中心負責制定每一個

單元的發(fā)電或用電具體方案。相對于集中控制結(jié)構(gòu)，集中-分散控制結(jié)構(gòu)中的一部分運行控制功能下移到本地控制中

心，而虛擬電廠控制中心則將工作重心轉(zhuǎn)移

到依據(jù)用戶需求和市場規(guī)則的能量優(yōu)化調(diào)度

方面，有助于改善集中控制方式下的數(shù)據(jù)擁堵和擴展性差的問題。虛擬發(fā)電廠運行控制結(jié)構(gòu)虛擬發(fā)電廠

控制中心本地虛擬發(fā)電廠本地虛擬發(fā)電廠本地虛擬發(fā)電廠用電單元發(fā)電單元發(fā)電單元第3類是完全分散控制結(jié)構(gòu)，如圖所示。在該結(jié)構(gòu)中，虛擬發(fā)電廠被劃分為彼此相互通信的、自治且智能的子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)通

過其智能代理的協(xié)同合作實現(xiàn)原本由控制中心完成的任務(wù)，控制中心則簡化為數(shù)據(jù)交換

與處理中心。各智能代理通過網(wǎng)絡(luò)通信獲知其他子系統(tǒng)的部分信息，基于這些信息自行其對應(yīng)子系統(tǒng)

中所有單元的發(fā)電或用電方案，并更新本子系統(tǒng)的部分信息。由于在該結(jié)構(gòu)下，各子系

統(tǒng)之間存在相互影響，因此每個單元的發(fā)電或用電方案可能需要若干次迭代的通信和決策過程才能最終確定。用電單元發(fā)電單元用電單元智能

代理智能代理發(fā)電單元發(fā)電單元:用電單元發(fā)電單元虛擬發(fā)電廠運行控制結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)交換

與處理中心智能

代理發(fā)電單元發(fā)電單元第3類是完全分散控制結(jié)構(gòu)，如圖所示。相比前2種結(jié)構(gòu)，完全分散控制結(jié)構(gòu)具有更好的可擴展性和開放性，但是該結(jié)構(gòu)對虛

擬發(fā)電廠內(nèi)各發(fā)電或用電單元及由其組成的子系統(tǒng)提出很高的要求，需要具備日常

運行管理、故障診斷與響應(yīng)等較復雜的功能。用電單元發(fā)電單元用電單元智能

代理智能代理發(fā)電單元發(fā)電單元用電單元發(fā)電單元虛擬發(fā)電廠運行控制結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)交換

與處理中心智能

代理發(fā)電單元發(fā)電單元虛擬電廠的關(guān)鍵技術(shù)：信息通訊技術(shù)虛擬電廠要采用融合能源流與信息流的雙向通信技術(shù)，

控制中心不僅可以接受各單元的當前狀態(tài)信息，而且能

夠向控制目標發(fā)送控制信號。應(yīng)用于虛擬電廠中的通信

技術(shù)主要基于互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，如互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的服務(wù)、虛

擬專用網(wǎng)絡(luò)、電力線路載波技術(shù)和無線技術(shù)。根據(jù)不同

場合和要求，虛擬電廠要應(yīng)用不同的通信技術(shù)。在歐洲

進行的一些虛擬電廠項目中，主要應(yīng)用有互聯(lián)網(wǎng)虛擬專

用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、移動通信技術(shù)、

GPRS

技術(shù)和IEC104協(xié)議通

信技術(shù)等。虛擬電廠的關(guān)鍵技術(shù)：智能計量技術(shù)智能計量技術(shù)是虛擬電廠發(fā)展中設(shè)備應(yīng)用技術(shù)的重要環(huán)

節(jié)，是實現(xiàn)虛擬電廠控制技術(shù)的基礎(chǔ)。智能計量最基本

的作用是自動測量和讀取用戶住宅內(nèi)的電、熱、氣、水

的消耗量和生產(chǎn)量，即自動抄表技術(shù)，以此來作為虛擬

電廠提供電源盒需求側(cè)的信息來源。虛擬電廠的發(fā)展虛擬電廠的國外發(fā)展目前，

VPP

技術(shù)在歐美發(fā)達國家有著較為成熟的

發(fā)展，在歐美各國已有一些可供借鑒的小規(guī)模示范項目。自2001年起歐洲各國就開始開展以集成

中小型分布式發(fā)電單元為主要目標的虛擬發(fā)電廠

研究項目，參與的國家包括德國、英國、西班牙、法國、丹麥等?，F(xiàn)已實施的虛擬電廠項目包括：

德國卡塞爾大學太陽能供應(yīng)技術(shù)研究所的試點項目、歐盟虛擬燃料電池電廠項目、歐盟FENIX項目等。虛擬電廠的國內(nèi)發(fā)展2017年5月24日，世界上首套大規(guī)模“源網(wǎng)荷互動”系統(tǒng)在江蘇投運，它的投運，也相當于我國擁有了世

界上最大規(guī)模容量的“虛擬電廠”。這套系統(tǒng)通過“互聯(lián)網(wǎng)+電網(wǎng)”的技術(shù)，實現(xiàn)調(diào)控電廠發(fā)電的同時，也能調(diào)控用戶用電，讓兩邊都在不停變