1 引言
虚拟电厂是多种分布式资源的聚合，可通过先进的控制、通信、计量技术，将分布式电源、储能、柔性负荷等众多可调节资源聚合起来，作为一个整体对外参与电网统一调度，充分利用分布式资源发电及调节特性的协调互补性，实现资源的合理优化配置及利用[1]。虚拟电厂对外作为一个特殊的发电厂运行，呈现传统发电厂的整体功能与效果，可像传统发电厂一样对其进行控制管理，包括向电网提交发电计划、参与电力市场及调峰调频等辅助服务；对内作为一个综合的能源管理系统，拥有自我协调、自我管理、自我控制等多重功能。
图1 虚拟电厂的组成及运行示意图
虚拟电厂聚合的分布式资源包括分布式电源、用户侧储能、柔性负荷等。分布式电源主要为光伏发电、风电等；柔性负荷则包括空调负荷、电动汽车充电桩、数据中心等用电功率可调节的负荷资源[2]。这些分布式资源单体规模较小、总体数量较多、空间布局较分散，需求响应技术可以利用电价信号或激励机制引导其为电网提供调节服务，但响应的自动化水平低、精度低、可靠性差，负荷调节响应的时间尺度较长，难以满足电力系统安全运行的时效性要求。虚拟电厂不同于需求响应，它对外呈现出传统发电厂的整体功能与效果，可以接受电网的直接调度，是充分挖掘用户侧资源可调节潜力、提高电力系统安全稳定性和运行经济性的有效手段。
2系统架构设计
虚拟电厂调度运行架构如图2所示，按照“统一管理、分布式接入、协同调控”的运营管理模式，以电力物联网为基础，通过智能边缘计算、感知终端，运用囊括终端智能感知、数据智能融合分析、辅助管理决策等技术方式，依托江苏公司现有的大规模源网荷友好互动系统、需求响应业务支撑平台和大规模空调有序削峰、虚拟调峰系统构建虚拟电厂管理平台。
可以实现虚拟电厂实现分布式资源的分区聚类，形成类似传统电厂的外特性，向电力交易平台提交注册信息、报价信息以及合同信息。南京协控系统的虚拟电厂负责审核用户准入条件满足情况、接入方案、分布式能源外特性、档案以及响应信息，接收调度系统调用信息，上报响应信息。虚拟电厂交易平台依托现有统一电力市场交易平台，接收调度系统下发的调度需求以及虚拟电厂管理平台提交的准入审核结果、虚拟电厂外特性和执行认定成果，结合虚拟电厂上报的注册、报价以及合同信息，进行市场出清，并同时向虚拟电厂主体、虚拟电厂管理平台以及调度系统多方公布出清结果。
3虚拟电厂管控系统关键技术
虚拟电厂管控系统关键技术主要包含两个方面：第一，市场运营技术。一方面，虚拟电厂作为负荷及需求侧资源的管理者，必须保证其参与调控后市场利润不少于其单独参与电力市场的利润，同时尽可能从中获取利润以支付运营管理成本，这就需要电力交易市场竞价技术的支撑；另一方面，虚拟电厂市场竞价方案与管理运行并行优化，虚拟电厂的运行管理通常是以市场利润为目标，以市场中标方案为依据而进行的。因此，虚拟电厂运行管理往往与市场交易技术相互耦合；第二，虚拟电厂协调优化运行技术。虚拟电厂安全经济运行需要以预测技术及风险管理技术为支撑，以虚拟电厂的多维社会效益评估技术为基础，发展经济高效与安全可靠的资源聚合技术以及与内部用户的交易及结算机制。
虚拟电厂市场运营技术主要包含以下几个方面：
第一，虚拟电厂潜力评估技术。虚拟电厂潜力指的是具有时间属性的区域发电能力及辅助服务能力，包含各时间段的最大最小发电能力(运行功率约束及成本等指标)、各时间段虚拟电厂爬坡率、各时间段虚拟电厂各类型辅助服务能力(备用容量、成本及性能等指标)等属性。现有研究及应用中，虚拟电厂的多项潜力评估技术往往只考虑了运行方式或运行方案下的各项指标建模方法。然而，除了运行方案影响了虚拟电厂的潜力，虚拟电厂内部负荷、市场电价的不确定性也使得自身潜力存在诸多的不确定性。因此，合理的潜力评估技术是进行运行及市场风险管理，实现经济运行与安全可靠供电质量的关键。
第二，虚拟电厂竞标决策技术。需求侧资源运行管理等问题，本质上也是由于缺乏市场引导所造成的。在缺乏市场机制的环境下，虚拟电厂主要以技术为目标，向地区电网提供辅助服务。而在市场机制下，虚拟电厂的主要特征及功能便是聚合各类需求侧资源进行协同管理，提高其总的经济价值及社会效益。因此，在电力市场化进程中，虚拟电厂竞标技术也需要得到发展，以解决其作为发用电实体参与电力市场的关键问题。高效的竞标决策技术为虚拟电厂带来更多的利润，吸引更多的需求侧资源的参与，进一步提供更加优质可靠的发电及辅助服务。在大多数电力市场环境下，虚拟电厂竞标决策技术主要解决的问题包括：各时段日前现货市场下的能量竞标决策、实时现货市场下的能量竞标决策、各时段辅助服务市场下的日前竞标决策、实时下能量及辅助服务安排决策等等。
虚拟电厂协调优化运行技术主要包含以下几个方面：
（1）虚拟电厂交易预测及风险管理技术。虚拟电厂往往承担着部分负荷零售商及综合能源服务商的职责，抑或是三者同属一体。作为负荷零售商及电力市场参与者，预测及风险管理技术是其实现市场套利的关键，虚拟电厂承担了负荷及可再生能源的不确定性与风险，并通过聚合效应及市场套利减少这种风险。此外，作为负荷零售商及综合能源服务商，区域电力交易往往属于下侧型风险厌恶者，市场价格波动及可再生能源波动所带来极端风险是其不愿意或无法承担的，因此，合适的预测及风险管理技术是虚拟电厂避免极端风险的关键；虚拟电厂预测及风险管理技术包括可再生能源预测技术、负荷预测技术、中长期负荷预测技术及短期风电波动功率与负荷预测技术等。
（2）虚拟电厂柔性资源聚合技术。柔性资源聚合技术包括资源评估、挑选及聚合等全过程。在资源评估技术方面，资源评估技术是虚拟电厂资源聚合的前提，筛选和鉴别可靠合格的资源或是负荷运行目标的资源进行聚合、运行、控制与管理；资源挑选技术是虚拟电厂资源聚合的基础，在一定的虚拟电厂运营目标下，对资源的组合方式寻优，挑选合适的发用电资源进行合作，是虚拟电厂效益最大化的重要策略。与传统负荷聚合商的区别在于，虚拟电厂能够选择合适的合作资源；虚拟电厂聚合方法，包括不同种类的资源群控策略及对不同资源的优化运行策略，如空调负荷和电动汽车的控制策略与优化策略等。
（3）虚拟电厂多维效益评估技术。实现运营目标的同时是否造成其他维度的社会效益或社会福利降低等问题，是系统运营者应给予关系的问题。当前研究中虚拟电厂主要的效益评估包括环境效益、经济效益、节能减排及可再生能源消纳等方面。
（4）虚拟电厂内部结算机制。虚拟电厂内部结算机制是基于运行相关参与方的合作机制而言的，相关参与方包括分布式能源所有者，集成运营商，配电网或输电网运营者以及电力市场运营者；针对虚拟电厂内部资源而言，个性化的合作方法考虑了各方资源的特性，更容易促进和鼓励多种类型资源参与虚拟电厂运行管理，有助于虚拟电厂发挥规模效应，但同时也降低了市场竞争和技术进步，不利于发电用电技术的改进；市场化和统一的内部出清机制内部资源的公平竞争，促进发电用电技术的进步，但对于消纳新能源和促进分布式能源并网相对不利。如何设计有利于调动各方资源参与积极性的激励机制，是虚拟电厂内部结算机制的重要研究内容，为研究虚拟电厂商业开发融资模式提供参考。
结论
本文通过研究虚拟电厂管控系统关键技术，有利于电网公司实现用户侧柔性负荷资源的充分利用，促进电网资源的优化配置；有利于提高电网运行的经济效益，降低电网建设投资。
参考文献
[1] 邓靖微,李华强,温丰瑞,等.计及虚拟电厂市场交易的主动配电网两阶段优化调度[J].电力建设,2021,42(09):22-31.
[2] 梅光银,龚锦霞,郑元黎.考虑风光出力相关性和碳排放限额的多能互补虚拟电厂的调度策略[J].电力系统及其自动化学报,2021,33(08):62-69.
