随着可再生能源成为未来全球能源发展的主要方向，虚拟电厂成为一种实现可再生能源发电大规模接入电网的区域性多能源聚合模式。

什么是虚拟电厂?

虚拟电厂的提出是为了整合各种分布式能源，包括分布式电源、可控负荷和储能装置等。其基本概念是通过分布式电力管理系统将电网中分布式电源、可控负荷和储能装置聚合成一个虚拟的可控集合体，参与电网的运行和调度，协调智能电网与分布式电源间的矛盾，充分挖掘分布式能源为电网和用户所带来的价值和效益。虚拟电厂主要由发电系统、储能设备、通信系统构成，如图所示：

1)发电系统主要包括家庭型(domesticdistributedgeneration，DDG)和公用型

(publicdistributedgeneration，PDG)这2类分布式电源。DDG的主要功能是满足用户自身负荷，如果电能盈余，则将多余的电能输送给电网;如果电能不足，则由电网向用户提供电能。典型的DDG系统主要是小型的分布式电源，为个人住宅、商业或工业分部等服务。PDG主要是将自身所生产的电能输送到电网，其运营目的就是出售所生产的电能。典型的PDG系统主要包含风电、光伏等新能源发电装置。

2)能量存储系统可以补偿可再生能源发电出力波动性和不可控性，适应电力需求的变化，改善可再生能源波动所导致的电网薄弱性，增强系统接纳可再生能源发电的能力和提高能源利用效率。

3)通信系统是虚拟电厂进行能量管理、数据采集与监控，以及与电力系统调度中心通信的重要环节。通过与电网或者与其他虚拟电厂进行信息交互，虚拟电厂的管理更加可视化，便于电网对虚拟电厂进行监控管理。

虚拟电厂的关键技术是什么?

根据虚拟电厂信息流传输控制结构的不同，虚拟电厂的控制方式可以分为：集中控制方式、分散控制方式、完全分散控制方式。

①集中控制方式下的虚拟电厂可以完全掌握其所辖范围内分布式单元的所有信息，并对所有发电或用电单元进行完全控制。

②分散控制方式下的虚拟电厂被分为多个层次。处于下层的虚拟电厂的控制协调中心控制辖区内的发电或用电单元，再由该级虚拟电厂的控制协调中心将信息反馈给更高一级虚拟电厂的控制协调中心，从而构成一个整体的层次结构。

③在完全分散控制方式下，虚拟电厂控制协调中心由数据交换与处理中心代替，只提供市场价格、天气预报等信息。而虚拟电厂也被划分为相互独立的自治的智能子单元。这些子单元不受数据交换与处理中心控制，只接受来自数据交换与处理中心的信息，根据接受到的信息对自身运行状态进行优化。

虚拟电厂的优化调度问题可以分为2种：

①内部调度，虚拟电厂对自身内部多个电源的容量配置或出力进行优化调度;

②外部调度，由电网将虚拟电厂当成一个整体进行优化调度。

虚拟电厂与微网的区别在哪?

虚拟电厂和微网是目前实现分布式电源并网最具创造力和吸引力的两种形式。

对于微网的定义，国内一般认为：微网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。它能够很好地协调大电网与分布式电源的技术矛盾，并具备一定的能量管理功能，但微网以分布式电源与用户就地应用为主要控制目标，且受到地理区域的限制，对多区域、大规模分布式电源的有效利用及在电力市场中的规模化效益具有一定的局限性。

虚拟电厂并未改变每个分布式电源并网的方式，而是通过先进的控制、计量、通信等技术聚合分布式电源、储能系统、可控负荷、电动汽车等不同类型的分布式能源并通过更高层面的软件构架实现多个分布式能源的协调优化运行。它能够聚合微网所辖范围之外的分布式电源，更有利于资源的合理优化配置及利用。

虚拟电厂未来是什么样子的?

美国的一份报告指出，储能使得虚拟电厂在未来几年将“侵入能源市场”。报告认为，一个功能全面的能量云的前提是虚拟电厂，虚拟电厂的增长将使能源云成为一种交易平台，参与者能够在其中相互购买和出售来自多个电源点的能源，基于虚拟电厂的能源云使得能源交易双向互动，而不是传统意义上的能源单向流动。

随着国家对清洁能源和新兴技术的发展的大力推动，虚拟电厂将成为智能电网和全球能源互联网建设中重要的能源聚合形式，具有广阔的发展空间。

1)分布式电源的互补性减少出力的不确定性。

由于可再生能源出力存在较大的随机性、波动性、间歇性，分布式电源的动态组合问题亟待解决。随着全球能源互联网建设的推进，三部委针对可再生能源联合发布了“一带一路”和“一极一道”发展战略，“一带一路”沿线各国都具有丰富的风能和太阳能资源，“一极一道”更是推进了大型可再生能源基地电力送出以及各大洲之间电力交换。能源互联网战略推进跨境电力与输电通道建设，积极开展区域电网升级改造合作，充分发挥不同区域内分布式电源的时差互补和季节互补特性，提高可再生能源的利用率和虚拟电厂的效益。

2)多个分布式单元灵活地进行动态组合组成虚拟电厂。

虚拟电厂与微电网的最大区别在于构成虚拟电厂的多个分布式发电单元不一定在同一个地理区域内，其聚合范围以及与市场的交互取决于通信能力和可靠性。多个分布式发电单元按照一定的规则或目标进行聚合，以一个整体参与电力市场或辅助服务市场，最后将利益分配给每个分布式发电单元。虚拟电厂作为中介，根据动态组合算法或动态博弈理论等规则对多个分布式发电单元灵活地进行动态组合。动态组合的实时性和灵活性可以避免实时不平衡所带来的成本问题以及由于电厂停机、负荷和可再生能源出力预测失误时所导致的组合偏差问题。

3)大数据对可再生能源进行预测，提高虚拟电厂数据处理速度。

大数据是指无法在可承受的时间内用传统的IT技术、软硬件工具和数学分析方法进行感知、获取、管理、处理和分析的数据集合。大数据技术可进行负荷预测和可再生能源出力预测，包括风能和太阳能。风能预测非常必要，因为数据显示在用电高峰期，风电场的实际产能变化幅度很大。准确预测太阳能和风能需要分析大量数据，包括风速、云层等气象数据。同时，利用大数据技术处理虚拟电厂内的各种信息，能有效提高数据交换与处理中心的处理速度，为虚拟电厂的数据交换与处理中心提供各子系统实时、精确的数据信息流。

4)虚拟电厂参与多种市场进行优化调度和竞价。

虚拟电厂通过对多个分布式单元进行聚合成为一个整体参与电力市场运营，既可以发挥传统电厂出力稳定和批量售电的特点，又由于聚合了多种发电单元而具有较好的互补性。虚拟电厂所参与的电力市场包括日前市场、实时市场、辅助服务市场等，由此可建立日前市场、双边合同、平衡市场及混合市场等多种市场模型。考虑虚拟电厂中可再生能源出力、负荷和实时电价等不确定因素，在不同市场环境下建立调度和竞价模型，使虚拟电厂具有更广泛的适用性。

5)基于博弈论建立科学的合作机制，确保虚拟电厂的稳定性。

博弈论主要研究存在利益关系或冲突的多个决策主体，根据自身能力和了解的信息，如何各自进行有利于自己或决策者群体的决策的理论。基于博弈论，认为虚拟电厂内的所有发电和用电单元和虚拟电厂与外部所有运营商均为合作博弈。根据合作博弈理论制订科学的合作机制，包括虚拟电厂内部聚合的多个发电或用电单元之间的合作机制和虚拟电厂与集成运营商、配电网或输电网以及电力市场运营者之间的合作机制，保证所有参与者的合理收益，使参与者保持长期的参与积极性，确保虚拟电厂的稳定性。