虛擬電廠在分布式能源中的應用

樂晶濤

摘要：當前，社會發展對于電力能源的需求量逐漸提升。虛擬電廠的應用可對分布式的發電單元以及負荷高效管理。本文對虛擬電廠內容和組成結構進行簡要介紹，并分析其對分布式能源控制方式，闡述虛擬電廠的實際運用。

關鍵詞：虛擬電廠;分布式能源;遠程控制

引言：虛擬電廠屬于先進的通信技術，利用軟件系統，可實現對分布式能源的高效控制。當前，社會發展，對電能的需求變化較大，對電網的削峰填谷相關工作提出挑戰，高效管理用電高峰，能夠緩解電網用電負荷，下文重點介紹虛擬電廠在儲能和分布式光伏當中的應用。

一、虛擬電廠概述

虛擬電廠的應用轉變了分布式發電并網形式以及用戶消費方式。借助智能技術、控制理論、通信技術，將分布式單元、儲能系統以及可控負荷的加以聚合，統一調度，最終實現對發電、用電等資源優化協調控制，展現虛擬電廠配置資源方面的優勢。虛擬電廠組成結構包括如下系統：風力發電、水力發電、光伏發電、儲能、（工業、商業、家用）負荷，電動汽車、微燃氣輪機，上述系統之間可借助通信系統，完成信息共享，系統可接收虛擬電廠指令，對各單元進行分別控制。圖1為虛擬電廠結構圖：

二、虛擬電廠對分布式能源的控制方式

使用傳統控制方式，利用光伏發電、可控負荷、儲能等系統，由于分布式發電各個單元具有功率波動，負載功率固定等特點。為實現精準負荷控制，通過儲能系統，可迅速調節功率，按照供需特點，為分布式能源以及可供負荷并網之后，系統經濟運行奠定基礎。下文將按照光伏發電、可控負荷功率、負載功率實際變化進行調整，利用模糊控制虛擬電廠，精準控制負荷減載。

儲能系統設計目的為完成負荷消減，實施精準控制。利用傳統控制方式，將輔助空調的負荷抑制為目的，完成分布發電單元與用電負荷產生的功率波動二者之間產生的負荷偏差的消減。將實時電價考慮其中，保證負荷運行經濟性，利用虛擬電廠，將分布式能源集中控制，通過模糊理論，將模糊電量設置為實時電價、負荷消減，并利用加權系數，將其看作控制器輸出變量[1]。

三、虛擬電廠在分布式能源中的應用

（一）儲能電站中的應用

虛擬電廠可通過儲能電站的形式應用。電能存儲方式包括電池、電感器、電容器等，其中電池儲能系統，下文簡稱BESS，主要利用鉛、鋰電池作為儲能載體，在特定時間儲存和提供電能，保證電能削峰填谷、過渡平滑并具備調頻調壓的功能。BMS也稱電池管理系統，主要功能為，采集儲能電池電壓、電流、容量和溫度相關信息，監測其運行狀態，和監控系統CAN總線以及PCS相互連通，統一完成充、放電管理。其中BMS還具備電池保護、性能分析、均衡電壓各項功能，可實時測量除蓄電池中上述信息，并建立診斷模型，獲取電池情況診斷結果，最終估算出其放電時間。在儲能單元當中，調度監控系統主要收集BMS數據、配電柜數據和儲能變流器中的數據，并發出對應指令，實現對儲能系統的控制。利用此系統，能夠提前預設電池的充電和放電時間，還能設定其運行模式。利用EMS作為能量調度系統，結合電網的峰谷特點，展開微網運行，對電網發電、負荷、運行等合理控制。

利用BESS系統，可將能量移動，以集中型、分散型等方式儲存，有效改善風電和光伏存在的限發問題，保證發電經濟性，控制瞬時功率發生突變的可能性，降低電網受到沖擊。同時，利用微網系統，可自主設定運行目標，完成發配電系統的自我管理與控制，并能夠和外部電網之間并網運行，還可單獨運行。作為微網單元中的必要系統，儲能系統可保證微網最終電力平衡，保證用電可靠性，完成離網、并網自由切換。利用儲能系統還可對一次調頻、二次調頻實時控制，對負荷波動及時監測，快速對電網調度進行響應，保證電網中頻率穩定。此外，儲能系統還可結合電網中功率因數的變化，對其無功功率動態化調整，降低電網運行環節產生的能量損耗。

（二）分布式光伏電站

虛擬電廠的應用為分布式光伏的應用提供全新思路，同時，分布式光伏也為虛擬電廠提供應用平臺。當前，利用虛擬電廠能夠管理、監控分布式電源功能，可滿足區域對分布式光伏管理需求，利用虛擬電廠中央控制系統以及監控平臺，促使分布式光伏監管工作標準化。虛擬電廠適合應用在容量小、數量多、相互獨立類型的分布式電源管理中。同時，虛擬電廠還可通過市場調節，利用價格機制，間接管理分布式電源，可減輕運維人員管理負擔，促使電力這種特殊商品通過虛擬電廠在市場中靈活交易。此外，虛擬電廠還可促使負荷側技術不斷發展，主要包括全網規劃以及協調管理相關機制，可探索出未來配電網分布光伏具體發展模式。

具體運用過程需要具備下述條件：第一，市場機制層面上，由于虛擬電廠存在較高商業價值，因此可吸引分布式光伏參與其中，利于電力市場不斷完善，通過靈活市場，轉化虛擬電廠技術，變為經濟效益。因此，需要對電價機制靈活設定，吸引分布式電源也參與到電網的調度與運行過程，通過政府機構實施和主導虛擬電廠。在市場化前提下，打造分布式光伏示范區域，實現該區域發電、用電等效益的最大化。第二，在技術層面上，虛擬電廠需要具備儲能和燃氣輪機控制單元，能夠和分布式光伏之間相互協調，利用統一化監控、通訊等平臺，才可將虛擬電廠功能發揮出來。確保分布式光伏控制、通訊等符合虛擬電廠內部中控單元需求。中控單元既可為分布式電源，又可為儲能管理以及需求側管理。可保證虛擬電廠能統一調控分布式電源，同時，電源存在特定控制、通訊等能力，可借助標準化接口，將虛擬電廠在中控平臺中接入，統一采集、監控分布式單元當中電流、有功功率以及電壓和無功功率各運行信息。故此，需在接入分布式電源位置設置控制端，實時向主站內傳輸電源監測信息，保證對分布式電源統一調度和全面監控[2]。

結束語：總之，基于虛擬電廠對分布式能源的控制方式，研究虛擬電廠在儲能電站以及分布式光伏等當中應用，設計出遠程控制系統，實現遠程操控。在夜間低負荷或者電價低環境下將電力儲存，電價高時向外輸送電力，高效完成電能的削峰填谷。

參考文獻：

[1]林洋.虛擬電廠下多種分布式能源的協調控制[J].中國新通信，2019，21（20）：163.

[2]萬林.虛擬電廠下多種分布式能源的協調控制策略研究[D].華僑大學，2017.