虚拟发电厂研究综述_刘吉臻

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第34卷第29期中国电机工程学报V ol.34 No.29 Oct.15, 20142014年10月15日Proceedings of the CSEE ©2014 Chin.Soc.for Elec.Eng. 5103 DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.2014.29.012 文章编号：0258-8013 (2014) 29-5103-09 中图分类号：TM 62虚拟发电厂研究综述刘吉臻，李明扬，房方，牛玉广(新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)，北京市昌平区 102206)Review on Virtual Power PlantsLIU Jizhen, LI Mingyang, FANG Fang, NIU Yuguang(State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System With Renewable Energy Sources (North ChinaElectric Power University), Changping District, Beijing 102206, China)ABSTRACT: With the fast development of smart grid incorporating renewable energy sources, the virtual power plant (VPP) is obtaining more and more attention from academics and industry in China and worldwide. The VPP breaks the boundaries between traditional physical power plants, as well as those between the supply and demand sides. By using the advanced technologies including network communications, intelligent sensing and metering, data processing and intelligent decision making, the VPP is expected to become the supporting framework for smart grid with large scale renewable energy integration. This paper summarized and presented the concepts, functional features, operation and control schemes and the implementations of VPP, including a detailed introduction of two demonstration projects of VPP in foreign countries. The prospects of VPP was analyzed and outlooked, especially the potential role of VPP in secure and efficient use of large-scale renewable energy sources in China.KEY WORDS: virtual power plants; smart grid; renewable energy sources摘要：随着新能源智能电网的快速发展，虚拟发电厂(virtual power plant，VPP)在国内外逐渐受到学术界和工业界的关注。

虚拟发电厂打破了传统电力系统中物理上发电厂之间、以及发电和用电侧之间的界限，充分利用网络通信、智能量测、数据处理、智能决策等先进技术手段，有望成为包含大规模新能源电力接入的智能电网技术的支撑框架。

该文总结并阐述虚拟发电厂的概念、功能特征、运行控制方式和工程应用情况，详细介绍了国外的2个工程应用项目实例。

最后对虚基金项目：国家重点基础研究发展计划项目(973计划)(2012CB 215203)；国家电网公司科技项目(SGHB0000KXJS1400040)；中央高校基本科研业务费专项资金。

The National Basic Research Program of China (973 Program) (2012CB215203); Techonology Project of State Grid Corporation of China (SGHB0000KXJS1400040); The Fundemental Research Funds for Central Universities. 拟发电厂的发展前景，特别是在我国电力系统中新能源大规模安全高效利用可能发挥的重要作用方面进行分析和展望。

关键词：虚拟发电厂；智能电网；新能源电力0 引言随着化石能源的日渐枯竭以及环境污染、气候变化问题的日益明显，大力开发新能源、实现各种能源的低碳利用已成为当今能源革命的主题。

风电、太阳能发电等大规模新能源电力在电力系统中的比重不断增加，使传统电力系统的结构、形态与运行控制方式随之产生根本性变革，包括发电厂、电网及用户在内的整个电力系统都需要与之相适应[1]。

近年来，在智能电网技术快速发展的背景下，虚拟发电厂(virtual power plant，VPP)的概念逐渐受到国内外学术界和工业界的关注。

不论是一些欧美国家中越来越多的小型分布式能源的接入，还是我国面临的大规模新能源电力的接入，都给电网带来具有间歇性和随机波动性的冲击，对电网的结构及运行调度方式提出新的要求。

为充分利用新能源电力并使之与传统能源实现较好的互补与配合，需要构建保证电网安全稳定运行、兼顾经济和社会效益的区域性多能源集成模式。

与此同时，智能电网技术的发展使得电网调度机构甚至普通用电者都能采用先进的网络通信、实时检测与计量等技术手段对电网运行状况进行监控与分析。

在上述背景下产生的虚拟发电厂概念，打破了传统电力系统中物理概念上的发电厂之间、以及发电侧和用电侧之间的界限，充分利用网络通信、智能量测、数据处理、智能决策等先进技术手段，有望成为包含新能源接入的智能电网技术的支撑框架。

本文首先对虚拟发电厂的概念、功能特征与运5104 中国电机工程学报第34卷行控制方式进行较全面地阐述，然后介绍虚拟发电厂在国外的工程应用情况，并选取2个示范工程项目进行较详细地描述，最后对虚拟发电厂对我国大规模新能源的安全高效利用有望发挥的重要作用进行展望。

1 虚拟发电厂的概念与功能特征1.1 虚拟发电厂的概念目前，国内外不同学者分别对虚拟发电厂提出若干种不同的定义方式，尚未产生一个权威或官方的定义[2-3]。

国际上对于虚拟发电厂的系统性论述出现在2007年前后，2012年以来相关的研究报道逐渐增多。

文献中对虚拟发电厂概念的阐述很多[2-20]，其中典型的有以下几种：1）虚拟发电厂是将一些小型分布式发电单元聚集起来形成的一个相当于单个整体电厂的机构，其在电网中运行的特性参数是通过将各分布式发电单元的特性参数整合得到的，且电网对各分布式发电单元的影响之叠加可以等效为电网对该机构的影响[7]；2）虚拟发电厂是将一定区域内的传统发电厂、分布式电源、可控负荷和储能系统有机结合，通过一个控制中心的管理，合并为一个整体参与电网运行[9]；3）虚拟发电厂作为一种需求侧响应方式，通过在用电需求侧安装一些提高用电能效的装置、减少终端用电需求以达到与建设实际发电厂相同的效果，或利用用户用电弹性缓解高峰时段电力供应紧张状况，也称为“能效电厂”[10, 12]。

狭义来说，虚拟发电厂是1组电源的聚合体，这些电源可以是传统的火电机组，也可以是风电、太阳能发电等新能源机组，还可以是电力储能装置。

这些机组或装置不直接受电网运行调度中心的控制，而是听命于虚拟发电厂控制中心，通过该中心以一个整体的形式参与到电网的运行和调度中。

广义来说，虚拟发电厂不仅限于发电侧各发电单元的聚合，还能与用电侧的可控负荷和需求响应技术结合起来，将发电和用电两端的一些个体和单元组成一个虚拟的整体参与到电网的运行和调度中。

理论上来说，虚拟发电厂中的个体分布不受地域的限制，每个个体可以通过信息网络与控制中心连接，实现控制中心对虚拟电厂中各个体的控制。

上述虚拟发电厂的概念是伴随着包含新能源电力的智能电网技术的发展而产生的。

传统电网中的电源类型主要是规模较大的火电、水电机组等，电网中电源的总数较少，而每个发电机组的输出对电网中的电压、频率等指标有较大影响。

因此，传统电网的运行是由一个中央集权式的调度机构在掌握所有发电机组信息的基础上做出调度决策，对每台机组下达发电指令，以此保证整个电网的安全稳定。

随着智能电网技术的发展，新能源电力接入的规模逐渐增大，由于风电、光伏发电等电源具有单机输出功率小、易于安装使用的特点，电网中的电源数量发生了爆炸式增长。

由于单个新能源发电单元的输出对整个电网的影响很小，电网调度时将没有必要，也不再可能对每个新能源发电单元下达指令。

在此背景下，虚拟发电厂扮演着介于发电单元和电网之间承上启下的角色，采用虚拟发电厂的方式将一组发电单元聚合为一个整体参与电网的运行和调度就可能成为一种既安全又高效的方案。

虚拟发电厂的一种典型结构如图1所示，图中包含着能量网和信息网2张网络。

实线表示的能量网即电力传输的网络，连接着风电场、光伏发电系统、火电机组等不同形式的发电单元，以及城市、工业区等不同类型的用电负荷单元。

这些发电和用电单元通过由虚线代表的信息网与虚拟发电厂控制中心连接，能实现控制中心与各单元之间的双向通信。

上述虚拟发电厂结构区别于传统电厂的典型特征在于地域分布上的分散性与运行调度上的协同性。

从某种意义上讲，虚拟发电厂可以看作是一种先进的区域性电能集中管理模式，该模式无需对电网进行结构改造就能有效整合区域内各种形态和特性的电源与用电负荷，对区域内的发电和用电单元实施经济高效的控制。

风电场图1 一种虚拟发电厂的典型结构Fig. 1 A typical structure of a VPP1.2 虚拟发电厂的功能特征由虚拟发电厂的概念和结构可知，在技术层第29期刘吉臻等：虚拟发电厂研究综述 5105面，虚拟发电厂控制中心应具有如下功能。

1）网络通信及管理功能。

智慧电厂论坛综述

2018年智慧电厂论坛（第一期）综述为了推动我国智慧电力的发展，探索智慧电厂的建设，及物联网、人工智能、大数据、云计算、VR虚拟现实等技术在智慧电厂的应用，中国能源研究会节能减排中心与华北电力大学国家大学科技园，于2018年5月8日至9日，在北京华北电力大学，联合举办了2018年智慧电厂（第一期）论坛。

目的是为广大电力企业和研究机构提供一个展示、交流和研究的平台，聚焦我国能源电力技术和产业的发展，致力于促进智慧电厂先进技术的研究和推广应用。

论坛得到广大电力企业、科研院校和信息科技公司的积极响应，报名十分踊跃，原先准备300人的会议，最后参加人员竟达到600人之多。

600参会人员中，来自燃煤电厂、燃气电厂、水电厂、核电站等基层电厂的代表近400人，大唐集团公司和国家能源投资集团公司参会都超过了100人。

华能、华电、国电投、中广核、国投电力、华润电力、京能、中能建等，都有很多下属电厂派员参加。

科研院校参加的积极性也很高，中国电力工程顾问集团、电规总院、西安热工院，以及其他各电力集团公司科研院、电力设计院，华北电力大学、东南大学等都积极派人参会。

来自各大电力集团、电厂、科研院校，以及信息科技公司的嘉宾代表近30人在论坛作报告和演讲，和与会代表分享智慧电厂建设思路、方法、实践经验和关键技术。

通过两天的报告交流，论坛取得丰硕成果。

一、与会嘉宾对智能发电、智慧电厂的概念进行了广泛的探讨。

论坛期间，中国工程院院士、华北电力大学原校长、中国能源研究会智能发电专业委员会主任委员刘吉臻、中国工程院院士、清华大学原副校长倪维斗、东南大学能源与环境学院副院长司凤琪教授、中国电力工程顾问集团西南电力设计院总工程师张晋宾等，就智能电厂的概念、内涵、框架结构和技术路线等进行了广泛的探讨。

倪维斗院士在演讲中，就未来智能电站的厂内架构和厂外架构作了阐述。

未来智能电站的厂内架构包括：1. 具备更好的设备、控制、网络、软件、防护等基础。

虚拟电厂技术现状及展望

虚拟电厂技术现状及展望摘要：在新时期环境下，人们对电力能源的需求不断提升，为了满足人们的电能需求，越来越多的供电系统和电力工程飞速发展。

这一方面推动了电力事业的发展，另一方面也导致电力市场管理难度的增加。

为了更好实现电力市场高质高效管理与服务，虚拟电厂逐渐得到了开发与使用。

本文就虚拟电厂技术现状进行分析，并对此技术发展提出展望，来对此技术进行深入认识。

关键词：虚拟电厂；技术现状；技术展望前言：近年来，虚拟电厂得到了业内的广泛关注与研究，它借助先进的信息化通信技术以及软件系统实现分布式的发电、可控的负荷和储能系统等能源资源的有效聚合。

在虚拟电厂中，关键性技术包括了协调控制的技术、信息通信的技术和智能计量的技术等，它为配电网以及输电网实现了现代化管理与辅助服务的手段。

此技术目前得到了迅速发展，也取得了一定的成果，而其具有着巨大的发展潜力，仍然还需要不断加强研究。

1.虚拟电厂技术概述虚拟电厂的提出已经有十余年了，在北美和北美等国家已经开展了一系列的项目研究，如荷兰功率的匹配器和FENIX等项目。

而目前对虛拟电厂的定义还没有统一的意见。

按照虚拟电厂运行的特点，可以把虚拟电厂概述成通过先进的计量、控制和通信等，把风电、电动类汽车、光伏的发电和储能等各分布式的能源实现聚合，并统一参与到电力系统的调度以及电力市场的运营中，将电力市场的价格信号当作驱动，通过先进的控制手段对分布式的能源以及大电网冲突实现协调，对分布式的能源电网性能提升，促进能源的利用效率以及清洁度提升。

通过虚拟电厂能够对具备电气联系、区域中各种分布式的能源灵活整合，对各类分布式的能源运行的功能特性实施综合，从而达到对这些分布式的能源配置最优化效果。

相关运营商借助虚拟电厂可以把用户侧的热电、风电、水电、光伏的发电和可控用能的用户实现有效整合，把电能向用户及时分配与传输。

2.虚拟电厂技术现状2.1国外发展的现状在21世纪的初期，欧美地区就开始对虚拟电厂的研究，它主要的目的是对逐渐增加分布式的发电实现有效整合，降低它对整体电网产生的冲击。

刘吉臻：怀揣家国的“华电”人

刘吉臻：怀揣家国的“华电”人作者：耿倩来源：《科学导报》2019年第02期一位哲人曾经说过：水流最静的地方也是它最深的地方。

所以，人是否有才学，往往不会体现在高谈阔论上，而会浸润在他的举止风范里。

刘吉臻院士给记者留下的第一印象就是这样：穿着简单得体，言语恬淡简洁，脚步稳健从容，态度温和可亲。

就如他最喜欢的师者身份，让人肃然起敬。

那个16年如一日给新生上开学第一课的“华电”校长，那个亲历中国改革开放40年的电力大咖，那个为中国新能源发展呕心沥血的工程院院士的故事，如冬之暖阳，瞬间走进了人们的视野，温暖着整个冬天……院士名片：刘吉臻，1951年出生，山西岚县人，中国工程院院士，教授，博士生导师。

第十二届全国政协委员。

2001年1月至2016年11月任华北电力大学校长。

现任新能源电力系统国家重点实验室主任、“973计划”项目首席科学家。

兼任中国电力企业联合会副理事长、中国电机工程学会副理事长。

他长期致力于发电厂自动化技术研究，取得了具有开创性、系统性的研究成果，获国家科技进步一等奖1项、二等奖2项，省部级科技奖7项，发表高水平论文百余篇。

1.喜欢“老师”这个称呼“大家不要叫我刘院士，我就是一名老师，叫我刘老师就可以。

也不要鼓掌，这是一名老师应该做的。

”2017年9月25日，在华北电力大学控计学院的主楼礼堂，2017级的本科生、硕士研究生、博士研究生近700人聆听了刘吉臻院士给他们上的第一课。

长达半分钟的掌声，刘吉臻站起来示意学生停止鼓掌。

这是华北电力大学控计学院2017年秋季新生入学第一课上的一幕，也是刘吉臻第16年给新生上开学第一课。

他2001年起担任华北电力大学校长，第二年开始给学生上开学第一课，2015年当选中国工程院能源与矿业工程学部院士，2016年卸任校长，十几年来，唯一没变的就是给他专业相关学院新生上开学第一课。

俗话说，一个人做一件事情不难，但一直坚持做一件事情就很难了。

作为一名教育工作者，刘吉臻认为，电力的发展说到底还是依靠科技，依靠教育，依靠人才。