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虚拟电厂分布式协同控制技术简介

1前言

虚拟电厂的核心是源网荷储售服一体化，其中的电源，既可以是传统的火电，也可以是新兴的风电、光伏、生物质发电；既可以是大规模集中式发电，也可以是分布式零散发电，还可以是冷、热、储能、可控负荷等其他能源形式。虚拟电厂把它们“串联”起来，基于互联网和大数据、云计算、人工智能等技术，实现发电和用电自我调节，保持瞬时平衡。比如，在繁华的城市楼宇群，虚拟电厂可以实时监测中央空调、电动汽车等柔性可控负荷，环境参数以及分布式能源出力，围绕用户和系统需求，自动调节并优化响应质量，减少电源和电网建设投资，在创造良好舒适生活环境的同时，实现用户和系统、技术和商业模式的双赢。与传统火电厂相比，虚拟电厂是一种通过市场机制聚集分布式发电、柔性负荷、储能、电动汽车等分布式能源参与电力市场运行的运营机制，通过协调优化运行，提升虚拟电厂及参与虚拟电厂各成员的整体收益，提高可再生能源的市场参与积极性，促进电力系统实现低碳、高效的多赢市场化运营。

在这样一个“看不见的电厂”里，电力用户是消费者，也可能是生产者，是兼具生产者与消费者双重身份的并网主体。比如一个电动汽车充电桩用户，晚上电力相对富余、电价也较低时给汽车充电或储能；白天电力相对紧张、电价也较高时可以余电上网，再卖给公共电网，作为混合型产消者与电网实现友好互动，灵活性好，参与性强。而作为中间平台的虚拟电厂，借助先进的信息技术与管理理念和高效的分布式协同优化控制系统，可以有效地聚合城市大范围地域内分散的分布式发电、可控负荷、储能系统、电动汽车等资源，实现各类分布式资源的互联共享，更好地发挥了其在能源市场中的经济性和灵活性。而虚拟电厂各成员通过响应虚拟电厂的控制要求，对外整体参与电力系统运行调节和电力市场运营。虚拟电厂对各参与成员提出基本的市场准入和调节特性等基本要求，参与虚拟电厂的各成员应满足虚拟电厂成员的准入条件、技术条件，本身具有可调节性，可以在一种或多种的电力市场交易类型上响应虚拟电厂的调度需求，满足电网和电力交易市场的能源需求。

作为虚拟电厂的“大脑”，虚拟电厂云调度控制中心采用分布式协同优化控制技术，对虚拟电厂源网荷储资源的协同控制、优化运行、高效协同起到了关键作用，本文对虚拟厂协同控制系统和其中的关键核心技术——分布式协同优化控制技术的应用情况进行了研究和探讨。

2虚拟电厂分布式协同控制系统

虚拟电厂协同控制系统分为电网协同控制层、分布式资源现地控制层和云端协同控制层（即云端调度中心），通过三层协同控制对虚拟电厂聚合资源进行较为完善的管理和控制。对于配电网来说，虚拟电厂是一个可控的整体，可以接收和响应配电网的调度指令，使得配电网可以安全、稳定和经济地运行；虚拟电厂云端调度中心作为整个虚拟电厂系统核心，对虚拟电厂的各种负荷和分布式能源进行集中管理与调度，可以按区域、按时间、按类型（削峰或填谷）响应配电网的调度需求，实现虚拟电厂的经济价值最大化，协调虚拟电厂内部分布式能源的合理有序、安全稳定地运行，优化虚拟电厂的对外特性；而分布式能源现地控制层则采集并上报该分布式能源站的运行参数信息，并接收和反馈云端调度中心的调度指令，实现对分布式能源站的负荷、功率、频率等的控制和调整，实现负荷有序转移、故障快速切断和分布式能源的即插即用控制，并实现虚拟电厂系统内部的快速自愈。虚拟电厂分布式协同控制系统的基本架构如图1所示。

3VPP与网侧的互动——电网协同控制层

上级电网协同控制层通过合理设计上级电网调度系统、电力交易市场等与VPP间的互动过程及VPP的响应策略，兼顾上级配电网需求和区域电能服务商之间的利益，是实现配电网与VPP良性互动的重要手段。

电能聚合商通过电网协同控制层，以虚拟电厂的形式参与电网的需求响应，以面向用户可中断负荷的“削峰”与“填谷”调峰模式，以负荷基线为基准对负荷聚合对象执行需求响应。VPP上级电网协同控制层实现的主要功能如下：①电能服务商信息管理；②对参与需求响应的分布式能源实体用户用电信息进行采集并上报给电网平台；③需求响应事件发送与接收；④按电网要求对需求响应事件进行自动响应，满足电网调峰要求；⑤需求响应结束后，对需求响应收益进行结算。4VPP云端调度控制中心——源网荷储协同控制调度

虚拟调度控制中心是整个分布式协同控制系统的核心，负责与上级电网调度系统进行交互，把虚拟电厂的状态和运行信息发送给上级电网系统的同时，接收上级电网的调度指令，并通过一定的算法和规则把调度指令分配和下发给接入的各分布式资源的站侧智能协同控制层，同时通过各站侧智能协同控制层获取和分析各接入分布式资源的运行状态、运行数据，分析是否满足上级电网系统的要求，然后再对各资源进行相应的调度控制。

虚拟电厂调度控制中心部署于云端，不同于传统电网直接调度的方式，其通过上级电网协同控制层