摘要：随着我国经济技术的不断进步，分布式光伏发电的技术逐渐成熟，有效提高了资源的利用效率，降低了资源的损耗和浪费。但是由于各种因素的影响，分布式光伏发电的局限性也逐渐显现出来，应用虚拟电厂可以有效避免相关问题，对于分布式光伏发电的整体运行进行高效的监督和管理，同时，我国的虚拟电厂也处于探索研究阶段，将其与分布式光伏发电技术相结合，也可以为虚拟电厂提供一个良好的发展平台。本文简单概述了虚拟电厂的内容、结构以及功能，并且分析了其在分布式光伏发电应用示范区中的应用及前景。
关键词：虚拟电厂；光伏发电；通信；检测
引言：
分布式光伏发电技术的推广，可以有效地节约资源，是未来智能电网发展的趋势，利用虚拟电厂可以为其提供强大的技术支持，一方面促进分布式电源的推广应用，另一方面也可以促进分布式电源的市场化发展。但是由于技术条件的限制，我国虚拟电厂发展的起步较晚，还存在很多有待改进的地方，需要相关部门起到主导作用，将各个利益相关方联系起来，从制度、技术等各个方面入手，促进虚拟电厂在分布式光伏发电中的应用。
一、虚拟电厂概述
（一）定义
由于各方面原因的限制，目前虚拟电厂在国际上并没有一个统一的概念，不过综合国内外的相关探索与研究，可以将虚拟电厂的定义分为两种，一种是狭义的概念，即虚拟电厂指的是一组电源的集合，有两个方面的内容组成，一是通信系统，二是控制系统，主要的作用是促进电力网络的调度运行，并且促进电力市场的正常发展。另外一种是广义的概念，即虚拟电厂不仅是一组电源的集合，也包含很多技术层面的内容，比如可控负荷技术，是目前电力市场的新型主体。就实际的情况而言，虚拟电厂是依托于计算机信息技术而发展起来的，由各种先进技术和软件系统所组成，具有对强大的功能，能够实现可控负荷、储能等，并且能够作为一个独立的电厂，而对电力网络进行全面的控制，同时进入电力领域的市场竞争机制中。虚拟电厂的运行机制如图一所示：
图1.虚拟电厂的运行机制
（二）特征
从上述的内容可以得出，虚拟电厂具有强大的功能和优势，主要体现在以下两个方面：一是虚拟电厂对内的管理和监控功能，即具有相应的权限，用于监控分布式电源的运行，为了实现这一功能，就需要虚拟电厂拥有一个强大的监控系统，并且该系统一方面可以与相关的通信系统相关联，另一方面可以与控制系统的先连接，这样就可以有效实现虚拟电厂的监控和管理功能。二是虚拟电厂对外的功能，具有相应的权限，一方面可以实现对电网系统的调度，另一方面可以融入市场交易中，并且能够利用能源互补的形式，减少有限资源的损耗，提高整个电网系统的运转效率，另外，融入市场竞争的形式，也有利于实现经济效益[1]。
（三）控制方式
1.集中控制式
这是虚拟电厂的主要控制方式，即系统的采集模块，会先采集发电和用电的相关数据信息，并且将数据资源及时传输到中心的控制单元，再由控制单元实现对于数据资源的整合和分析，计算出最佳的用电和发电方案，并且及时下达指令，经过强大的通信系统，将命令传达到相应的执行模块，再由执行模块按照指令及时做出反应。这样集中控制的方式，有统一的集中控制器负实施数据的收集、整理以及决策等，有一定的优势，但是也存在一定的缺点，比如信息量过大，而且整个数据传输过程非常繁琐，要求通信系统具有足够的稳定性和可靠性[2]。
2.分散式
与集中控制式完全不同的一种控制方式，就是分散式，即在虚拟电厂中，有很多独立的单元，相当于不同的智能代理，这些代理单元可以单独实现数据信息的收集、整理和分析，为虚拟电厂提供关于用电和发电的信息。在实际的运行中，这样的结构模式，具有更高的灵活性，但是也具有一定的劣势，比如对于各个智能代理提出了更高的要求，每个代理单元都应该拥有强大的功能，才可以保证虚拟电厂的正常运行。
二、虚拟电厂的结构和功能
（一）结构
1.信息采集模块，这一单元的主要作用是，获取用电和发电数据，同时把收集到的数据及时传输到相应的控制模块。
2.控制模块，当发电和用电数据采集完成之后，将被传输到中心控制模块，在此处实现数据的整合和分析，并且做出相应的决策。
3.通信网络，为了确保系统中数据信息的安全传输，需要通信网络技术，同时，发达的通信网络也可以促进信息的高速传输，保证整个系统的运行效率，虚拟电厂的典型结构如图二所示，通信网络的作用至关重要。
图2.虚拟电厂的典型结构
（二）功能
首先，虚拟电厂可以有效提升分布式电源的功能，加强其在系统运行中的价值。其次，虚拟电厂能够及时分析发电量，进而以调节电压的形式，保证电网系统的平衡。另外，通过虚拟电厂可以最大限度地节约资源，比如用户的电量有富余时，相应的调控系统就会自动将多出来的电能输配到其他区域，而当用户的电力不足时，又可以及时补充电能，保证整个电力供应系统的平衡和稳定[3]。
三、虚拟电厂在分布式光伏发电应用示范区中的应用技术
（一）检测技术
不同于传统的检测技术，虚拟电厂可以实施智能化的检测，这一方面有赖于虚拟电厂强大的数据计算能力，另一方面需要相关的智能技术支持。在实际的应用中，虚拟电厂可以通过检测电力网络中的发电和用电情况，并且分析整合相关数据信息，得出最佳的优化方案，合理分配资源，避免电力资源的损耗和浪费。自动检测技术从通俗的意义上来理解，就是智能抄表，有效降低了企业的经济成本，提高了数据检测的效率，确保了数据的准确性和可靠性，有利于整个电力网络的优化升级[4]。
（二）通信技术
将虚拟电厂应用于光伏示范区中，一个主要的技术支持就是通信技术，虚拟电厂内部有强大的通信体系，其中心的控制单元，一方面可以及时收到来自次级单元的相关数据信息，并且第一时间对这些数据信息进行处理，另一方面可以根据分析的结果，得出最佳的优化方案。并且将相关的指令下达到底层单元，由底层单元负责执行命令。这样高效的信息传输系统，保证虚拟电厂可以最大限度地发挥功能，实现对于分布式电源的控制和管理。需要注意的是，根据不同的需求，依托不同的技术，虚拟电厂可以利用不同的通信手段，比如，在西方发达国家的部分虚拟电厂运行中，采用的是互联网通信、移动通信等，除此之外，也可以利用其它的通信技术，比如GPRS技术[5]。
（三）信息处理技术
在大数据的时代背景下，虚拟电厂除了拥有强大的通信技术和检测技术之外，还拥有高超的数据信息处理能力，这体现在虚拟电厂运行的各个方面，比如数据信息的收集、整理、分析等，必须高效地对相关数据信息进行处理，得出最佳的执行方案，保证电力资源的优化配置。
（四）协调控制技术
由于分布式光伏发电具有一定的复杂性，所以其供电的状况不太稳定，而且很难控制经济效益。可以利用虚拟电厂中的不同控制手段，实现对于分布式电源的协调控制，保证发电的品质和稳定性，同时也帮助企业实现经济效益。除了前述的两种控制方式之外，还有一种常见的控制方式，即集中分散结合的控制方式。
四、虚拟电厂在分布式光伏发电应用示范区中的应用前景
随着社会经济技术的不断进步，虚拟电厂的应用将越来越广泛，和分布式的光伏发电相配合，可以有效提高电力资源的利用效率，最大限度地避免资源浪费，同时有利于优化整个供电系统，促进电力资源的高效供应，同时合理利用清洁能源，降低对于自然环境的污染。所以将虚拟电厂应用于光伏示范区，是未来电力领域的发展趋势。首先是政策层面，由于光伏示范区不仅具有实验价值，也有示范和引领的作用，会对于未来相关领域的发展产生极大的影响，就相当于虚拟电厂的发展提供了很好的平台，促进虚拟电厂的探索和研究。其次，就实际的情况而言，光伏示范区的建设规范和面积都非常大，对于管理提出了很大的挑战，同时也可能会发生光伏渗透率超标的情况，这就需要智能化的监管平台，保证光伏示范区的有效运行，而虚拟电厂强大的监管系统就可以发挥作用[5]。
另外，在运行模式上，光伏示范区和虚拟电厂之间也比较契合，一是虚拟电厂强大的监管系统，可以对光伏示范区实施标准化的管理，保证示范区的正常运行，避免很多风险和危害。二是虚拟电厂自身具有一定的市场属性，可以参与到相关的市场交易之中，所以将其应用于光伏示范区的运行中，可以最大限度地利用市场经济规律，促进分布式光伏发电的快速发展。需要注意的是，虚拟电厂利用市场机制促进光伏示范区的有效运行，是通过间接的管理方式实现的，这更加符合当前的实际情况，即分布式光伏发电的业主和电力企业之间是各自独立存在的。另外，利用虚拟电厂，可以有效降低电力网络运行的各项成本，随着技术的不断成熟，电力资源将依托虚拟电厂实现多样化的便捷交易。最后，虚拟电将作为一个新的契机，促进相关的技术的创新，比如储能技术等，为分布式光伏发电的推广应用提供必要的技术支持。
另外，由于各种原因的限制，我国虚拟电厂的发展并不完善，主要表现在以下几个方面：一是电力资源作为一种商品，并没有深入参与市场竞争，因而没有形成相应的市场机制，比如在没有完善的电价激励机制，这不利于我国虚拟电厂的广泛应用。二是由于我国虚拟电厂的研究和探索正在起步阶段，人们对于虚拟电厂缺乏相应的了解，也不能真正认知到虚拟电厂的重大价值，所以很多分布式光伏发电的业主没有应用新技术、新理念的意愿，一方面制约了分布式光伏发电的发展，另一方面也不利于虚拟电厂的发展[6]。
五、虚拟电厂在分布式光伏发电应用示范区中的应用条件
（一）市场机制
为了促进我国虚拟电厂的应用，必须建立完善的市场机制，一方面可以吸引分布式电源的业主参与到虚拟电网的应用和推广中，另一方面可以最大限度地发挥市场机制，实现一定的经济效益，保证虚拟电厂的健康发展。首先，应该完善电价机制，在相关部门的主导下，通过电价机制激励更多的业主，在市场交易的模式中，以虚拟电厂的方式运行整个光伏示范区，一方面在良好的平台上，促进虚拟电厂的发展，另一方面，利用虚拟电厂强大的功能，管理和监督分布式电源的运行，为人们的生产生活提供更多的便捷。另外，在这个过程中，也保证了利益相关方的经济效益，在不断的探索中，也会创新出更加完善的运行方式[7]。
（二）科学技术
技术是支持虚拟电厂发展的必要条件，也是促进虚拟电厂与分布式电源结合发展的动力。在具体的实践中，虚拟电厂需要提供满足光伏示范区发展需求的技术，包括储能技术、通信技术等，再利用强大的监督控制系统，充分发挥虚拟电厂的功能。为了实现通信和控制技术，光伏示范区也必须具备一定的技术条件，其系统必须可以接入虚拟电厂的控制单元。同时，为了实现虚拟电厂统一监管的作用，还应该加强不同分布式电源的性能，保证其自身拥有基本的通信功能，可以和虚拟电厂系统中的相关平台实现对接。这样就可以充分发挥虚拟电厂的优势，利用虚拟电厂监管示范区的整体运行状况，具体包括电压、电流等，同时，也可以及时进行数据信息的采集，并且将数据资源第一时间输送到控制平台。可以在电源的接口处安置一定的监控装置，实现对于分布式电源的实时测量，并且将数据及时传输到控制系统，进而对于分布式电源实施更加全面的监督和管理。
六、虚拟电厂应用中需要关注的主要问题
（一）准入条件
就我国目前的实际情况而言，相关利益方怎样参与到虚拟电厂的建设和运行中，还没有统一的定论，因此其建设和运行主体并不确定。相关电力企业没有建设和运行分布式电源的权利，这是主要的困境之一，但是为了促进虚拟电厂在光伏示范区的应用，可以利用一定的制度手段，促进相关利益方积极研究探讨虚拟电厂的应用，促进分布式电源的管理和运行，也促进整个电网系统的协调[8]。
（二）范围和责任
在具体的实践中，应该根据电力发展的实际情况，结合各个地域的特殊状况，科学确定虚拟电厂的准许范围。虚拟电厂的建设和运行关系到很多相关方的利益，在市场相关机制缺乏的情况下，为了防止管理失当，可以在城市地区，尤其是电力负荷非常大的区域，用可控负荷的技术运行虚拟电厂，而在农村地区，由于用电量相对较低，可以使用大规模的分布电源，以此来运行虚拟电厂，保证电网系统的稳定性和可靠性。
（三）配套政策
为了促进虚拟电厂的应用，将虚拟电厂和分布式光伏有效结合起来，促进我国电力事业的长远发展，就需要建立相关的激励机制和运行政策，并且积极进行宣传，让用户逐渐了解虚拟电厂，支持虚拟电厂的实施，再配和大面积的分布式电源，就可以对整个电网系统的运行进行智能化的控制。
（四）管理机制
我国对于虚拟电厂的研究尚处于初级阶段，还没有形成相关的管理机制，就西方发达国家的情况而言，往往会在相关的电力交易系统中实现对虚拟电厂的操作，并且由分布式电源的业主对虚拟电厂实施管理。但是由于我国具有特殊的国情，电力企业并不直接进行电力资源的投资，所以就需要相关的政府部门出面主导，因此，为了促进虚拟电厂的发展，保证其在光伏示范区的应用效率，就需要充分分析我国电力行业的发展状况，并且结合我国的国情，积极学习西方发达国家的技术和经验，设计最佳的管理机制。
七、结束语
综上所述，虚拟电厂技术有很多的优势，将其与分布式电源的应用结合起来，一方面可以对分布式电源的运行实施全面的监管和检测，优化电力资源的配置，提高资源的利用效率，另一方面也可以为虚拟电厂的发展提供一个探索研究的平台，在不断的实践中，完善相关技术，充分发挥虚拟电厂的优势。
参考文献：
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论文作者:陈昱达,杜亮,韩春成
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/17
标签：电厂论文; 分布式论文; 光伏论文; 示范区论文; 电源论文; 技术论文; 电力论文; 《电力设备》2019年第7期论文;