《发电技术》论文集锦 | 虚拟电厂专题（附原文链接）

作者：孙秋野¹, 姚葭², 王一帆²

单位：1.沈阳工业大学；2.东北大学信息科学与工程学院

作者：陈皓勇¹, 黄宇翔¹, 张扬², 王斐², 周亮², 汤君博², 吴晓彬¹   

单位：1.华南理工大学电力学院；2.广东电网有限责任公司广州供电局

摘要：为应对化石燃料日益短缺问题和全球气候变化带来的一系列威胁，实现“双碳”目标，风电、光伏等可再生能源在电网中的接入比例不断提高。然而，可再生能源发电具有随机性和不可控性，且接入位置分散，增加了电力系统安全稳定运行的难度。虚拟电厂(virtual power plant，VPP)的提出为上述问题提供了可行路径。总结并阐述了虚拟电厂的概念、分类，比较了虚拟电厂与微电网的主要区别，分别从协调控制、资源聚合与优化调度、参与电力市场等角度对现有研究进行分析并总结归纳，进一步以区块链、数字孪生技术为例，分析数字技术在虚拟电厂中的应用，最后指出适合我国国情的虚拟电厂发展前景以及未来可能面临的挑战。

摘要：日益频繁的极端天气给电热耦合系统造成的影响愈发严重。韧性是衡量系统抵御极端事件、减少故障影响并快速恢复的核心指标。为提升电热耦合系统抵御极端灾害的能力，提出一种考虑热惯性的热电联产虚拟电厂(combined heat and power-virtual power plant，CHP-VPP)两阶段三层韧性提升策略。第一阶段以联络开关成本最小为目标，基于最小生成树理论对系统进行重构；第二阶段以运行成本最小为目标，基于分布鲁棒优化理论制定最恶劣的故障场景下的最优决策。采用列与约束生成算法进行迭代求解。基于IEEE 33节点电力系统+6节点供热系统构建CHP-VPP测试系统，仿真结果表明，所提出的方法可有效提升CHP-VPP应对极端灾害的韧性。

摘要：在能源互补和低碳经济的背景下，虚拟电厂(virtual power plant，VPP)是实现区域资源优化配置和新能源消纳的有效载体。在技术层面，通过碳捕集电厂(carbon capture power plant，CCPP)和电转气(power-to-gas，P2G)装置来实现CO2的循环利用，建立碳捕集电厂-电转气耦合模型，并在负荷侧引入考虑用户满意度的价格型需求响应模型；在低碳政策方面，将阶梯型碳交易机制引入VPP，对碳排放进行约束。然后以总成本最小为目标建立VPP低碳经济调度模型。通过设置不同调度场景进行对比，验证所建模型在VPP低碳经济运行方面的有效性，并通过敏感性分析探究阶梯碳交易参数对VPP碳排放量与成本的影响，结果表明所建模型对VPP进行低碳经济调度具有指导意义。

摘要：随着新能源的大量接入和市场化进程的推进，虚拟电厂能充分发挥灵活性资源价值，其发展前景逐步显现。虚拟电厂参与市场的过程中，其市场交易策略的制定，一方面面临市场机制带来的挑战；另一方面，市场交易与资源的优化调度密切相关，内部资源的可调节能力、不确定性、负荷行为等特点均会对交易策略的制定带来一定的挑战。聚焦虚拟电厂市场交易中面临的挑战与问题，总结了适应市场机制的市场策略，分析并综述了处理制定策略所需的不确定性处理、投标分析方法、虚拟电厂管理方法等关键技术，为未来虚拟电厂的研究提供参考与方向。

摘要：虚拟电厂(virtual power plant，VPP)作为资源聚合的主体，不仅需要参与外部能源市场，还需要对内部资源进行优化管理。区别于其他储能系统，氢储能系统除了能够承担电能的备用补充功能外，还可以参与氢市场。对于虚拟电厂运营商(virtual power plant operator，VPPO)而言，其既需要对内部资源进行优化调度，又需要根据运行情况和外部市场信息制定电-氢两级市场的竞标策略。考虑到内外双侧互动机制，研究构建了两阶段模型，第一阶段模型在考虑可再生能源、柔性负荷、抽蓄储能以及氢储能系统的内部资源互补特性的基础上进行运行优化；第二阶段模型以电能量市场、辅助服务市场和氢市场总收益最大为目标优化竞标策略。最后，构建典型场景并通过算例分析验证策略的合理性与有效性。

摘要：围绕“碳达峰、碳中和”目标，能源电力系统“源-网-荷-储”全环节低碳化面临新的要求和挑战，高比例可再生能源发电已成为必然趋势。考虑可再生能源发电的不确定性对电力系统安全稳定运行的影响，利用具备多能互补特性的虚拟电厂(virtual power plant，VPP)是改善该问题的有效途径。为此，提出一种多能互补虚拟电厂优化调度策略。首先，充分考虑多种能源之间的耦合关系，构建计及“源-网-荷-储”全环节的虚拟电厂运行机制；其次，根据所提运行机制，提出以低碳经济为目标的多能互补优化调度模型，通过对各类型装置进行协调调度，促进可再生能源的消纳；最后，以某地区含可再生能源发电在内的多能互补虚拟电厂为参考案例进行仿真分析，验证所提策略的有效性。

摘要：针对当前大规模可再生能源发电接入电力系统所带来的可再生能源消纳的问题，提出了一种城市可再生能源消纳能力的量化方法和基于虚拟电厂的消纳能力提升措施。首先，对可再生能源消纳的问题进行分析，对虚拟电厂的基本概念进行详细阐述；其次，针对风力发电和光伏发电，从调峰裕度的角度对其消纳能力进行量化分析，提出弃风、弃光时间和弃风、弃光量2个方面的风电、光伏消纳能力量化分析方法；最后，提出利用电动汽车和柔性负荷提升城市可再生能源消纳能力的方法，并通过详细的算例验证了该量化方法和提升措施的有效性。

摘要：为有效应对气候变化，促进虚拟电厂(virtual power plant，VPP)的健康发展，基于区域气候模型(providing regional climate for impact studies，PRECIS)、BP神经网络预测模型和区间优化算法，提出了适应气候变化的VPP运行优化模型。应用PRECIS模拟2025年不同碳排放情景下气温、风速和辐射量等气象要素的变化规律；基于PRECIS气象要素模拟结果，应用BP神经网络模型预测2025年光伏电站的发电量；将区间优化算法与发电量预测结果相耦合，以此降低光伏发电不确定性对优化模型模拟结果的影响。结果显示，该模型可生成适应气候变化的VPP最优运行策略，降低系统运行成本，提升VPP运行效益。

摘要：虚拟电厂(virtual power plant，VPP)是一种新型运行模式，通过有效聚合电网中大量需求侧资源并制定有效的动态聚合调控策略，实现电网不同时空的功率互补，提高电网调控的灵活性和系统的经济性。从电网调度角度分析了典型电网需求响应行为特性，提出了需求响应能力指标和虚拟电厂分类聚合方法，构建了多源虚拟电厂调控模型，以其结果支撑虚拟电厂响应资源的分层分区互补调控。最后，以某园区为案例，分析了虚拟电厂调控策略的合理性和多源虚拟电厂调控的科学性。结果表明，整体动态调控策略可以引导虚拟电厂科学合理地发挥需求响应价值，促进电网负荷平稳和系统安全稳定运行。

摘要：为推进太阳能、氢能等清洁可再生能源的利用，并使之更好地与虚拟电厂技术融合，针对光伏电站与电解水制氢的耦合系统，进行了规模化聚合资源运行模式构建和计及资源初始投资的相关经济性分析。同时，结合对光伏电站实际工程项目年出力数据的分析，探讨了该类耦合资源作为虚拟电厂资源时，在实现支撑新型电力系统、促进新能源消纳的同时，可以维持并不断优化自身经济性，并指出了其中值得重点关注的运行模式优化要素、设备功能特点和市场条件，供相关研究参考。

摘要：目的 虚拟电厂通常由分布式发电(distributed generator，DG)单元组成，当系统缺少电网支撑时，需要合理的综合运行策略和准确的控制方法保证虚拟电厂平稳运行。 方法 首先，针对虚拟电网发电问题提出了一种基于功率差余值的运行策略。然后，针对系统中DG的发电控制问题设计了一种有限时间分布式控制器。将电压和频率的幅值在有限时间内调整到标称值，并实现了有功功率在各DG单元间的分配。与传统的集中式控制策略不同，所建立的控制方法基于分布式结构，只需要相邻DG单元之间通过稀疏通信网络进行信息交换。 结果 通过仿真实验验证了该控制方法的可行性，以及对模型参数不确定性和负载变化的鲁棒性。 结论 与以往研究相比，所提出的运行策略对系统工况进行了更为详细地划分，有效提高了系统的稳定性和安全性。

摘要：碳交易机制下，虚拟电厂(virtual power plant，VPP)聚合分布式能源(distributed energy resource，DER)参与电力市场(electricity market，EM)交易有助于新能源消纳与提升环境效益。为此，首先，构建风电、光伏、可控分布式电源、储能及柔性负荷的多主体VPP模型，并制定各主体参与电能量市场(electric energy market，EEM)和调峰市场(peak regulating market，PRM)竞标策略。通过EEM及PRM算例展现了VPP参与调峰竞标实现VPP效益最大化及各DER成员利益的合理分配。其次，引入碳交易机制，分析碳交易价格变化与风光消纳率、碳排放量及VPP收益之间的关联性。最后，进一步探索碳汇资源交易对电力价格、产量及能源需求变化率的影响，为碳汇价值的生态保护补偿机制提供依据，也为电-碳市场协同下碳市场(carbon market，CM)对EM的价格传导效应及CM价格机制的优化设计提供参考。