隨著“雙碳”概念的提出以及新能源技術的持續發展，我國電網正在經歷一場百年未有之大變局，在全面升級優化的同時也面臨諸多的困難。虛擬電廠技術作為破解清潔能源消納和綠色能源轉型的解決方案，對我國能源戰略轉型和“雙碳”目標的實現具有重大意義。

(來源：微信公眾號“IESPlaza綜合能源服務網”作者：張海靜，劉霄慧，孫小斌，李秋爽，厲艷，白穎)

本文對虛擬電廠技術展開研究。首先，對考慮碳排放的虛擬電廠基本架構以及功率交互模式進行分析，提出了一種虛擬電廠需求響應調度策略;其次，以三級聚合調控模型為例，通過協調各類能源裝置及儲能設備，對碳總排放量進行調控;最后，對虛擬電廠的發展規劃進行展望。

虛擬電廠的基本架構

考慮碳排放的虛擬電廠控制架構如圖1所示，主要分為新能源發電場站、傳統發電機組、儲能設備以及用電負荷共4個部分。其中，新能源發電場站以清潔能源代替傳統高污染高排放的火電、燃氣發電機組，有效降低發電碳排放量;儲能裝置分時將多余能源進行存儲及消納，滿足用戶的高峰用電需求的同時降低棄電損失;用電負荷除了傳統的負荷外，加入各類清潔能源負荷包括電動汽車、充電樁等，充分發揮虛擬電廠在電力資源配給的調控作用。

虛擬電廠通過整合清潔能源、儲能裝置、柔性負荷等，充分挖掘用戶側互動能力，有效提升了電網的靈活性。

虛擬電廠調度策略

▌虛擬電廠的能量交互

虛擬電廠的能量交換如圖2所示。每個虛擬電廠都由發電設備、儲能和負載組成。虛擬電廠既可以通過能源樞紐與電網相連進行功率交互，也可以在滿足自身負荷需求的條件下與其他虛擬電廠進行功率交互，獲得相應收益。每個虛擬電廠之間都由虛擬電廠內部的信息處理中心計算其功率數據，判別是售出還是購人功率，最后進行交易。同時，由于不同虛擬電廠的負荷和清潔能源輸出不同，每個虛擬電廠的凈負荷也不同。在某個時段，發電量大的虛擬電廠可以將多余的電力出售給電網;相反對于耗電大的虛擬電廠，可以從電網以及其他虛擬電廠中購買電力來滿足本虛擬電廠的功率平衡。

▌虛擬電廠的多級聚合

需求響應可以通過改變不同時段的電價以及施加激勵引導負荷側調節，實現降低虛擬電廠的運行成本以及滿足負荷調控的目的，促進風光等清潔能源發電就地消納。為改變用戶的負荷量，需要對負荷用戶進行需求響應調控，同時增加負荷調控力度，保持虛擬電廠功率平衡。為了更好地降低用戶負荷，需要對用戶進行分類聚合調控，以滿足能源供需平衡，通常采用多級聚合的方式。

多級聚合的虛擬電廠調控策略如圖3所示，各級聚合商的主要作用及相應內容如下。

(1)一級聚合商。直接響應虛擬電廠的需求響應信息，其通過對二級聚合商釋放激勵信號，最終完成虛擬電廠下發的需求響應信息任務量。

(2)二級聚合商。多個二級聚合商用來聚合不同的負荷用戶，例如：工業園區電力負荷二級聚合商、商業電力負荷二級聚合商、居民電力負荷二級聚合商，以及其他電力負荷二級聚合商等。多個二級聚合商用來響應一級聚合商下發的需求響應任務量，使得一級聚合商完成虛擬電廠下發的需求響應信息。

(3)三級聚合商。多個三級聚合商用來協助二級聚合商完成其下發的任務量，使用戶在接收到二級聚合商的激勵價格后，在滿足自身的用能條件下對負荷量作出改變，最終完成三級聚合商下發的響應任務。

多級聚合商之問必須嚴格完成上級下發的任務響應量，若是下級聚合商沒有完成能源的供給平衡將會受到上級聚合商的較大經濟處罰，并且信譽值也會降低。利用多級聚合商可以更好地對用戶進行精準調控，實現從上到下的負荷控制管理，最終達到需求響應調控目的。

▌調度控制策略

當虛擬電廠的內部功率與用電負荷量不對等時，可以采用向公共電網購/售電或是多個虛擬電廠問實現電力交互的方式來確保電力平衡?？紤]虛擬電廠之問的電力交互和需求響應，可以降低與公共電網的電力交互量，多使用分布式風電和光伏發電等清潔能源，可有效減少碳排放量同時減少虛擬電廠的綜合運行成本。此外，考慮到燃煤發電成本較燃氣發電低，在使用傳統高碳發電機組時，優先選擇火電機組發電。

在考慮需求響應的情況下，基線負荷在用電高峰期間會減少，與不考慮需求響應的情況相比，減少了發電機組的壓力。這有效地緩解了虛擬電廠的內部負荷，使其運行更加穩定。當各機組發電量不能滿足用戶負荷時，需從公共電網購電，滿足虛擬電廠內部功率平衡;相反，在其他時間段，在虛擬電廠內部功率平衡的情況下，多余的電力可以出售給電網或其他虛擬電廠，以降低虛擬電廠內部的總成本。

在碳排放約束下，虛擬電廠通過調整各機組的出力變化來減少碳排放，具有一定的自南碳排放約束空問。當碳排放達到一定限度且無法內部控制時，虛擬電廠將根據最大碳排放限額接受相應的碳排放處罰。因此，在虛擬電廠的運行和調控中，而多級聚合商的需求響應被用來降低用戶負荷。此外，顯著降低整體碳排放的關鍵是燃氣設備的使用頻率高于燃煤設備。最后，利用電力交互來滿足剩余電力缺失的需求，達到低碳監管的目的。

虛擬電廠的發展規劃

虛擬電廠發展規劃藍圖如圖4所示。虛擬電廠未來發展主要圍繞5個主題。

(1)結合實際確立發展目標。讓虛擬發電廠從2個方面發揮價值作用：①實現對分布式電力數據的采集和負荷控制;②像發電廠一樣進行電力系統調節，提供調峰調頻等輔助性質的服務，并參與到電力市場交易中去。此外，還可以在現有虛擬電廠系統的基礎上，建立云端系統的能源交互系統，打破傳統電力能源單向流動的局限，實現電力交易的多方交互，提高資源利用率。

(2)提高資源利用率。始終圍繞雙碳目標開展資源利用相關工作，結合當地新能源優勢。有序穩步推進通信基站、電動電車等用電負荷的擴大建設。多措并舉，不斷深化用戶端資源，充分發揮好標桿作用。

(3)持續完善市場交易準則。持續優化虛擬電廠參與需求響應的電力市場交易，逐步優化虛擬電廠參與服務電力市場的業務流程。制定恰當的、實際的電力交易目標，以降低傳統污染型燃料的使用，降低溫室氣體的排放量為宗旨，持續探索虛擬電廠參與的電力市場綠色交易新航向。

(4)快速推進平臺建設。有序穩步推進不同類型電力交易業務平臺的啟動以及運營進程，加強適應性平臺的開發和建設，助力新型基礎設施建設，加快電力交易配套支撐平臺的啟動及運營，虛擬電廠從而能夠更好地參與到市場服務中去。

(5)打造產業生態圈。在虛擬電廠建設過程中，通過帶動虛擬電廠上下游相關產業業務協同發展，打造虛擬電廠市場交易生態圈，推動各類型電力市場主體參與建設，促進資源利用與資源互動，強化市場運營模式及機制。

結論與展望

本文對虛擬電廠技術展開研究，通過分析考慮碳排放的虛擬電廠基本架構以及功率交互模式，建立了基于多級聚合商管控的虛擬電廠需求響應調度策略。

(1)通過改變不同時段的電價以及施加激勵引導負荷側調節，實現降低虛擬電廠的運行成本以及滿足負荷調控的目的，促進風光等清潔能源發電就地消納。

(2)利用多級聚合商能夠更好地對負荷進行精準調控，實現從上到下的負荷控制管理，以滿足能源供需平衡，最終達到需求響應調控目的。

本文的研究內容主要針對當下“雙碳”目標的控制策略進行展開定性分析，針對虛擬電廠在電力調度實際應用場景下的業務數據以及存在問題的探索還有待進一步深入。