虚拟电厂介绍

最近，国家发展改革委员会和国家能源局发布了中国2016-2030年能源革命战略通知(能源生产和消费革命战略（2016 2030） )，各媒体纷纷转移，频繁出现能源革命一词。 该通知指出，绿色低碳能源是我国能源今后十几年的发展方向，我国新能源比率将继续上升。但能源革命是一项长期战略任务，是一项复杂的系统项目，是供电的重大挑战。 新能源的利用以分布式发电为主，基于新能源的特性，常伴有一定的随机性、间接性和波动性。 分布式能源单独访问当前的传统大型电网系统，会严重威胁电网的安全性和供电可靠性。 虚拟电厂(虚拟电源设备、VPP )是如何实现分布式电源协调控制和能源管理的呢1概念虚拟电厂是一种实现分布式能源(DER )大规模电网访问的区域性多能聚合模型，实现了大量分布式电源的灵活控制，能够保证电网的安全稳定运行。从技术上讲，虚拟电厂不改变个别分布式能源的并行连接方式，而是通过先进的控制、计量、通信等技术来集中分布式电源、控制负载、存储系统、电动汽车等不同类型的分布式电源，通过更高级别的软件框架来协调优化运行多种分布式能源参与电力市场和辅助服务市场的运营，实现实时电力交易，同时优化资源利用，大大提高电力供应的可靠性。虚拟发电厂的概念更加突出的是，不需要改造电网，能够集中分散能源稳定地向公共网输电，提供快速相应的辅助服务，成为分散能源进入电力市场的有效方法，可以降低在市场上运行的不平衡风险，获得规模经济的利益同时，分布式能源可视化和优化虚拟电厂协调控制大大减少了分布式能源和网络对公共网络的影响，降低了分布式能源增长的调度难度，使配电管理更加合理有序，提高了系统运行的稳定性。(虚拟电厂典型结构，来源： 虚拟发电厂研究综述中国电机工程学报)分布式能源发电系统根据用途分为家庭型和公共型，家庭型发电系统首先需要满足用户自身的负荷，当电力馀量发生时送到电网，当电力馀量不足时从电网向用户供电。 典型的家用分布式电源包括光伏发电设备、小型热电联产设备和一些应急发电设备。 公共型发电系统作为发电者，具有自身产生电力输送到电网的功能。 典型的公共型发电系统主要包括风力发电厂、太阳能发电厂等新兴能源发电装置。2关键技术1 .协调控制技术在分布式能源中占主要部分的可再生能源发电厂如风力发电厂、太阳能发电厂等，由于它们的间歇性和变动性以发电功率的质量和发电经济性为难点，因此在虚拟发电厂控制各种分布式能源发电设备、储能系统和控制负荷的过程中，他们的协调控制是最好的集中控制方式、分散控制方式、完全分散控制方式。 虚拟发电厂采用集中控制方式时，所有机组信息必须通过控制协调中心进行处理和双向通信，采用能源管理系统(EMS )协调机侧潮流、控制负荷和存储系统，找到最佳爵士方案，优化电网运行。 集中控制方式容易实现虚拟电厂的最佳运行，但其扩展性和互换性有限。 分布式控制方式可以模块化虚拟电厂，改善集中控制方式下的通信堵塞和互换性差的问题。 完全分布式控制方式提高了虚拟电厂的可扩展性和开放性，适合参与电力市场。比较以下三种控制方式(虚拟电厂集中控制结构，来源： 虚拟发电厂研究综述中国电机工程学报)(虚拟发电厂分散控制结构，来源： 虚拟发电厂研究综述中国电机工程学报)(虚拟发电厂完全分散控制结构，来源： 虚拟发电厂研究综述中国电机工程学报)2 .信息和通信技术虚拟电厂应采用能源流与信息流相融合的双向通信技术，控制中心不仅能接受各机组的当前状态信息，还能向控制目标发送控制信号。 应用于虚拟电厂的通信技术主要基于互联网协议服务、虚拟专用网、电力线载波技术、无线技术等互联网技术。 根据情况和要求，虚拟电厂应用不同的通信技术。 在欧洲进行的一些虚拟发电厂项目主要应用互联网虚拟专用网络技术、移动通信技术、GPRS技术和IEC104协议通信技术等。3 .智能计量技术智能计量技术是虚拟电厂发展中设备应用技术的重要环节，是实现虚拟电厂控制技术的基础。 智能计量最基本的作用是自动测量读取用户住宅内的电、热、气、水的消耗量和产量，即所谓的自动拷贝技术，将其作为虚拟发电厂的电源箱需求方的信息源。3发展现状目前，VPP技术在欧美发达国家有较为成熟的发展，在欧美各国已经有了可以借鉴的小规模范例项目。 从2001年起，欧洲各国开始了以中小型分散发电机组整合为主要目标的虚拟发电站研究项目，参加国家为德国、英国、西班牙、法国、丹麦等。 目前实施的虚拟发电厂项目包括德国卡尔赛尔大学太阳能供应技术研究所的试点项目、欧盟虚拟燃料电池发电厂项目、欧盟芬ix项目等。北美不采用“虚拟发电站”的概念，主要推进利用用户方面的控制负荷的需求应答，据统计2008年美国各需求应答项目在消耗电力高峰时最大可以减少38000MW的负荷。 在亚太地区，走在前头的是澳大利亚。 2016年8月，AGL能源公司宣布将在澳大利亚阿德莱德举办5兆瓦的虚拟发电厂计划。在我国，由于能源体制中发电、配电、用电三者的相对独立，国内尚未形成相关成熟的VPP套件解决技术，VPP基本处于前期研究阶段。4未来与展望针对中国的实际情况，未来虚拟发电厂的开展还需要一些进步1 )虚拟发电厂需要用户的参与，对这个概念的宣传也很深，鼓励机制也很必要二)虚拟电厂应用需要进一步完善中国电力市场，为避免管理和规划混乱，需要合理规划虚拟电厂的范围和功能三)虚拟发电厂的发展需要国内合理的竞争机制和明确的政策。派克研究公司2014年的报告显示，VPP市场在未来几年保持稳定增长，标准状况从2010年的52亿美元增加到2015年的约75亿美元。 在更加积极的预测下，清洁技术市场情报公司预测同期全球VPP收入可能会达到117亿美元。派克研究部高级分析师彼得阿斯姆斯表示：“虚拟发电厂代表能源互联网。 这些系统利用现有网格网络为客户定制电力供应服务VPP，使用复杂的基于软件的系统为最终用户和分销公共事业提供最大价值，动态实时提供价值，以及快速响应客户负荷变化。5各国虚拟发电厂的发展德国作为能源互联网的发源地，德国在其能源变革战略中提出了明确的核放弃期限和非常高的可再生能源发展指标，这将不断提高分散能源的比例，优化控制这些分散的“发电站”，维持电网的稳定是德国的能源在虚拟电厂这一概念的应用中，德国也处于领先地位。 科学研究表明，政府强烈支持在全德开展多个虚拟发电站试验项目和示范研究项目，在商业上，越来越多的公司开始进入虚拟发电站领域，希望西门子、博世等联合传统电力巨头在通信服务领域打头阵，许多中小企业也希望在虚拟发电站未来的RegModHarz项目2008年，德国联邦经济和技术部启动了“E-Energy”计划，基本上以构建能够实现自我控制的智能电力系统为目标，其中信息和通信技术是实现这一目的的关键。 能源是德国绿色IT先驱行动计划的一部分。 绿色IT先锋行动计划包括智能发电、智能电网、智能消费、智能储藏4个方面，共投资1亿4千万欧元。 为了分别开发和测试智能电网不同的核心要素，德国联邦经济技术部通过技术竞赛选择了6个试点项目。 在“E-Energy”计划支持的六个能源相关互联网项目中，位于德国北部哈茨山脉的可再生能源模型项目RegModHarz是最大化利用新能源的典型情况该项目选定的哈茨地区分散供电有风能、抽水能源、太阳能、甲烷、生物质、电动汽车等多种方式，配电主要由6家配电企业、4家电力零售商和1家输电企业运营。项目中，虚拟电厂与分布式电源通信连接，但与传统大型电厂不同，新能源系统的数据变化快，需要安全稳定性高的传输技术。 因此，在该项目中制定了统一的数据传输标准，使虚拟电厂能够迅速应对数据变化。 在考虑发电方的同时，虚拟发电站也关注电力方的反应，在哈茨地区的试料中，家庭用户设置了能源管理系统，被称为“双向能源管理系统”(BEMI )。 根据资料，用户设置的能源管理系统每隔15分钟保存用户的消耗电力数据，记录用户每天的消耗电力习惯，通过网络将这些数据转送到虚拟发电厂的数据库。 同时，BEMI系统可以通过无线电控制开关的插座，并且如果电费改变，则通过无线电控制，可以控制电时间和用电量。(RegModHarz项目发电侧和电力侧负载曲线(红线代表电量，蓝线代表分布式能源发电量，风力发电占绝大部分)来源： RegModHarz项目报告)硬件项目实施的过去几年，项目方面模拟了进入批发市场的商业模式。 模拟的结果是，当时，如果没有补助金的话，可再生能源进入电力批发市场的可能性很低。 在示范地区，销售可再生能源也是另一种商业模式。 随着人们对可再生能源的认识提高，对当地电源发展的认识和支持，虚拟发电厂作为协调者，协调发电方和零售商，最后与客户的交易。FENIX计划fent oix (flexibleelectricitynetworktointegratetheexpectedenergysolution )项目来自英国、西班牙和法国等8个国家的研究机构和组织。 EU第6框架计划下从2005年到2009年实施的VPP研究和试验项目，其目的是通过管理大型虚拟发电站(LSVPP )和分散能源，使DER (分散能源)对电力系统的贡献最大化。(FENIX项目合作国和机构来源： FENIX报告)FENIX项目的一般框架如下图所示，在此基础上在英国和西班牙分别实施了北部方案和南部方案。(FENIX项目的一般框架来源： 虚拟电厂欧洲研究项目述评电力系统自动化第21期)北方方案的重点是基于英国电力市场建立商业VPP(CVPP )运行模型，在其框架中，各种分布式能源被分布式代理，通过分布式能源接口传递其现状和数据信息，汇总到VPP代理，形成投标曲线，e-tete南方方案通过在配电系统中集成多种分布式发电技术，同时应用商业型VPP和技术型VPP(TVPP )两个概念，揭示了VPP的三大功能：1)集成DER前几天进入电力市场的2 )提供第三辅助服务：3)保持书店和配电电压。 在该方案中，每个DER的实时状态信息被提供给CVPP，CVPP通过西门子公司开发的分布式能源管理系统(DEMS )实现，汇集、制定、分配DER的发电计划，实时操作，在TVPP中，配电网事业者通过当地的SCADA参数和内容NextKraftwerke公司NextKraftwerke是德国的大型虚拟发电厂商，也是经欧洲电力交易市场(EPEX )认证的能源交易商，参与能源现场交易。 除了与虚拟发电厂相关的所有业务外，还可以从技术、电力交易、电力销售、用户结算等方面向其他能源企业提供虚拟发电厂的运营服务。 管理2400多台分布式发电设备，包括生物质能发电设备、热电联产、水电站、柔性控制负荷、风力和太阳能电站等，总体管理规模达到1450MW。 现在是德国虚拟发电厂的顶尖企业。公司有两种主要业务模式，一是将风力发电和太阳能发电等控制性差的发电资源直接参与电力市场交易，从而获利。 另一方面，利用生物质发电和水电启动速度快、输出灵活的特点，参与电网二次调频和三次调频，获得额外的利益，也是该公司最重要的利益来源。 现在，Next公司占德国二次调频市场的10%份额。第一业务模型是在发电侧(风力发电/太阳能发电)设置远程控制装置NextBox，根据该硬件设备将电源集成到虚拟发电站平台的电源运行参数、市场数据和电网的状态，通过虚拟发电站平台控制各电源，参与电力市场交易的虚拟发电(nextkraftdwerke业务模型图1来源： nextkraftdwerk )另一种商业模型是将遥控器NextBox安装在生物燃气收发单元(CHP )中，从而能够为电力平衡市场提供CHP的灵活性并从而定期获得CHP或备用成本的补偿，但在这种情况下，不需要调整以使CHP正常工作的电力网变得过载CHP运营商从Next添加调频服务费。(nextkraftdwerke业务模型图2来源： nextkraftdwerke )澳大利亚近年来，澳大利亚开始大力发展生物能源、光伏、风力发电等可再生能源，尽管在全国一次能源生产中的比例只有2%，但南澳洲等地区风力发电已经供电约40%。 澳大利亚对新能源发展的支持为该虚拟电厂的发展提供了良好的环境。AGL能源公司项目澳大利亚最大的可再生能源资产所有者和经营者AGL能源有限公司(AGL )去年8月发布了世界最大的虚拟发电站，最终在南澳家庭和企业设置了1,000台连接电池，提供了5兆瓦的峰值能力，为消