虛擬電廠在可再生能源友好并網(wǎng)中的作用摘要：本文從虛擬電廠的概念本質(zhì)出發(fā)，對可再生能源發(fā)電并網(wǎng)現(xiàn)狀及其在電網(wǎng)中消納情況進行解析。綜合考慮中國電網(wǎng)和科學技術(shù)的發(fā)展，分析虛擬電廠在電力系統(tǒng)中的發(fā)展前景，指出虛擬電廠技術(shù)為高效消納可再生能源提供了可能，虛擬電廠概念的應用有助于形成可再生能源友好型電網(wǎng)，為新能源電力系統(tǒng)與能源互聯(lián)網(wǎng)提供理論基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：虛擬電廠，可再生能源，友好并網(wǎng)1引言隨著新能源并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和國家政策的大力支持，越來越多的分布式電源接入電網(wǎng)。"十二五〃期間，我國風能、太陽能等可再生能源發(fā)展迅速，截止2015年，風力發(fā)電裝機容量達到1.31億kW、光伏發(fā)電達到0.42億kW［1-2］；“十三五〃期間，風電新增投產(chǎn)裝機容量0.79億kW以上、太陽能發(fā)電新增投產(chǎn)裝機容量0.68億kW以上［1］。中國成為風力發(fā)電和太陽能發(fā)電裝機容量最大的國家，分布式電源的高效接納是"十三五〃期間的重要任務(wù)之一。隨著全球化石能源緊缺、氣候多變及環(huán)境污染等問題突出［3］，人們越來越傾向于選擇環(huán)境友好的風能、太陽能等可再生能源。然而，分布式電源大量并網(wǎng)運行，能提供清潔的能源供應、減少溫室氣體的排放；也會帶來一系列的負面影響，比如影響電壓質(zhì)量、產(chǎn)生諧波等，電網(wǎng)的安全性和可靠性受到威脅。由于分布式電源規(guī)模較小、數(shù)量較多、布局分散，輸入能量具有不穩(wěn)定性和間歇性的特點。為實現(xiàn)分布式電源的控制和管理，并減少棄風、棄光現(xiàn)象的發(fā)生，充分發(fā)揮分布式能源的積極作用，虛擬電廠（virtualpowerplant，VPP）引起人們的廣泛關(guān)注。2虛擬電廠2.1虛擬電廠概念虛擬電廠最早源于ShimonAwerbuch博士在1997年發(fā)表的著作中提到的“虛擬公共設(shè)施〃一詞，他指出：虛擬公共設(shè)施是獨立且以市場為驅(qū)動的實體之間的一種靈活合作，這些實體不必擁有相應的資產(chǎn)而能夠為消費者提供其所需要的高效電能服務(wù)。虛擬電廠沒有改變區(qū)域內(nèi)分布式電源并網(wǎng)方式，沒有改變分布式儲能結(jié)構(gòu)，是通過先進的通信設(shè)施和手段，將相應的分布式電源、分布式儲能設(shè)備、可控負荷、參與調(diào)度的電動汽車等結(jié)合起來，作為一個獨立的可對外輸出能量的特殊電廠進行運行。目前，虛擬電廠仍處于研究階段，沒有明確的定義。2.2虛擬電廠的特征與傳統(tǒng)電廠相比，虛擬電廠具有幾個不同特征：1）虛擬電廠的構(gòu)成多樣化。虛擬電廠可通過多種形式的分布式電源進行發(fā)電，實現(xiàn)對外輸出電力；又能通過調(diào)節(jié)可控負荷、儲能設(shè)備等實現(xiàn)電能儲存。2） 虛擬電廠的成本較低。從定義可以看出，虛擬電廠沒有實物，是利用區(qū)域內(nèi)的發(fā)電、儲能等相關(guān)單元通過先進的通信技術(shù)將區(qū)域內(nèi)節(jié)省的電能輸送到電網(wǎng)。對外輸送的電能僅利用現(xiàn)有資源，并沒有新增發(fā)電設(shè)備。3） 虛擬電廠具有環(huán)保性。虛擬電廠構(gòu)成資源主要是新型可再生能源，對環(huán)境影響較小。虛擬電廠對外輸送電能實現(xiàn)理論上的零排放。4） 虛擬電廠具有競爭性。虛擬電廠輸出的能量能參與電網(wǎng)調(diào)度，與公共電網(wǎng)進行競爭。還能參與備用容量市場和輔助服務(wù)市場，減少電網(wǎng)中傳統(tǒng)備用容量減少火力發(fā)電廠裝機容量，即減少電力資源的閑置或浪費。3可再生能源隨著經(jīng)濟、科技的發(fā)展，人類社會對煤、石油等化石能源的需求不斷增長，這導致世界一次能源的供應日趨緊張，并且生態(tài)環(huán)境不斷惡化，使得太陽能、風能等可再生能源的開發(fā)利用越來越受到人們的重視。分布式發(fā)電技術(shù)正是在能源危機和環(huán)境保護的重壓下不斷地發(fā)展成熟起來，該技術(shù)的使用有利于建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的社會。3.1可再生能源分類3.1.1光伏發(fā)電光伏發(fā)電是依靠光伏電池板等太陽能電池組件，利用半導體材料的電子學特性，將太陽光輻射能轉(zhuǎn)化為電能的直接發(fā)電方式。太陽能電池（簡稱光伏電池）作為光伏發(fā)電系統(tǒng)（PhotovoltaicPowerGeneratingSystem，簡稱PV系統(tǒng)）中將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的主要部件，是由多個特性相同的光伏組件經(jīng)過串聯(lián)或并聯(lián)組成。因為電池板自身的特性，光生電流隨著外界光照強度和溫度的改變而變化。當光照強度恒定、外界溫度不變時，在電池上接入負載RL，導體上有光生直流電流流過，端電壓Uo在負載兩端建立。3.1.2風力發(fā)電風能是一種巨大的、無需補償?shù)目沙掷m(xù)利用的清潔能源。風力發(fā)電具有環(huán)保性好，風能可再生，不消耗化石燃料，不排放碳化物等優(yōu)點，可持續(xù)的利用自然界蘊含的巨大的風能資源。風力發(fā)電機由風輪、塔架、發(fā)電機、調(diào)向器、儲能裝置和限速安全機構(gòu)等組成。風力發(fā)電機的工作原理：在風的作用下，葉輪轉(zhuǎn)動將風的動能轉(zhuǎn)化為風輪軸的機械能，在轉(zhuǎn)子軸的帶動下發(fā)電機做旋轉(zhuǎn)運動，從而將風輪軸的機械能轉(zhuǎn)化成電能。風力發(fā)電機組是實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的設(shè)備，它是將風能轉(zhuǎn)換成電能的機械、電氣及其控制設(shè)備的組合，通常包括風輪機、發(fā)電機、變速器及控制裝置等。3.2分布式發(fā)電特點分布式發(fā)電技術(shù)具有獨特的可靠性、經(jīng)濟性和環(huán)保性，引起人們越來越多的關(guān)注。分布式發(fā)電與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)相比主要有如下優(yōu)點：1） 能源分散，獨立發(fā)電。風能、太陽能等可再生能源分布范圍廣，分布式電源可以就地取材發(fā)電，因此分布式發(fā)電系統(tǒng)中各發(fā)電單元相互獨立，電力用戶可以自行控制，不會發(fā)生大規(guī)模停電事故，所以安全可靠性大大提高。2） 互為補充，供電可靠。分布式發(fā)電可以彌補大電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的不足，在意外災害發(fā)生時繼續(xù)供電，對于電力用戶來說，分布式發(fā)電與傳統(tǒng)集中供電系統(tǒng)互為備用電源，所以供電可靠性較高。3） 環(huán)境友好。分布式電源主要以清潔可再生能源為燃料，同時使用先進的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，極大程度的減少污染物的排放。4） 成本低。分布式發(fā)電的輸配電損耗很低，甚至沒有，分布式電源大部分建設(shè)在居民區(qū)或配電端，無需遠距離送電，不用建設(shè)配電站和高壓輸電線，使輸電、配電的成本降到最低，甚至可以忽略。5） 滿足多樣化用戶需求。6） 調(diào)峰性能好。操作簡單，由于參與運行的系統(tǒng)較少，裝機容量小，啟停快速，便于實現(xiàn)全自動。3.3儲能技術(shù)在現(xiàn)有的電力系統(tǒng)中，如果發(fā)生故障或者大擾動，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行不得不甩負荷甚至切除發(fā)電機，這都是因為同步發(fā)電機不能保證快速響應以保持系統(tǒng)功率平衡和穩(wěn)定運行。如果電網(wǎng)中加入儲能裝置，因其能根據(jù)需要快速地吸收或發(fā)出有功功率和無功功率，具有一定的削峰填谷、平衡負荷、調(diào)整頻率的能力，從而提高電能質(zhì)量和系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。同時儲能技術(shù)能更好的實現(xiàn)電力系統(tǒng)的能量管理，尤其在可再生能源和分布式發(fā)電領(lǐng)域，逐漸成為提高分布式發(fā)電系統(tǒng)效率和促進可再生能源合理利用的重要手段。正因為如此，世界各國都在積極開展這方面的研究。4虛擬電廠在我國的發(fā)展前景在分布式發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能和風能具有隨機性和間斷性，為了電網(wǎng)穩(wěn)定運行，為了更高效地利用可再生能源，引入虛擬電廠的概念十分必要，從而保障分布式電源更加連續(xù)、穩(wěn)定、可靠運行。虛擬電廠將成為智能電網(wǎng)和全球能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中重要的一種電能匯集形式，具有廣闊的發(fā)展前景。1） 虛擬電廠內(nèi)部發(fā)電資源具有互補性，減少出力的不確定性。2） 虛擬電廠內(nèi)部含有多個分布式單元，動態(tài)組合便于調(diào)整規(guī)模。3） 虛擬電廠采用先進的通信技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，能快速處理數(shù)據(jù)做出響應。基于分布式發(fā)電的虛擬電廠通過先進的通信技術(shù)和控制結(jié)構(gòu)，能夠解決電網(wǎng)中各種類型的分布式電源隨機波動的問題，并將一定區(qū)域內(nèi)的能量聚集為一個整體對外輸出電能，同時各分布式單元能隨時并入或退出虛擬電廠，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)部電量與負荷的平衡。參考文獻國家發(fā)展改革委，國家能源局.電力發(fā)展“十三五〃規(guī)劃（2016-2020年