“雙碳”目標(biāo)下虛擬電廠關(guān)鍵技術(shù)與建設(shè)現(xiàn)狀

吳曉剛，唐家俊，吳新華，杜倩昀，盧 敏，楊 莉，闕凌燕，毛新飛

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司麗水供電公司，浙江 麗水 323000；2.浙江大學(xué) 電氣工程學(xué)院，杭州 310007；3.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司，杭州 310007）

0 引言

近年來(lái)，中國(guó)電力需求迅猛增長(zhǎng)。隨著能源革命的不斷推進(jìn)，環(huán)境問(wèn)題也日益嚴(yán)峻，因此分布式發(fā)電、需求側(cè)響應(yīng)、高彈性電網(wǎng)和綜合能源系統(tǒng)等各種新事物、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，電力行業(yè)正面臨著包括高比例新能源接入、電網(wǎng)靈活性改造和碳減排在內(nèi)的各種新挑戰(zhàn)［1］?！疤歼_(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的提出，使得分布式清潔能源成為中國(guó)電網(wǎng)不可或缺的重要組成部分，高比例分布式可再生能源的接入也對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行水平和調(diào)控能力提出了更高的要求［2］。VPP（虛擬電廠）作為一種新型電力系統(tǒng)管理模式，能夠在可再生能源裝機(jī)容量不斷提升的背景下，掌握各分布式能源的聚類特性和靈活性特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類分布式新能源的有效聚合和靈活調(diào)控，減小其出力間歇性、隨機(jī)性和波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)的沖擊［3］。

中國(guó)對(duì)VPP 進(jìn)行了大量的政策引導(dǎo)和鼓勵(lì)，以推進(jìn)國(guó)內(nèi)VPP 建設(shè)。由于中國(guó)仍處在電力市場(chǎng)改革階段，因此目前需要同時(shí)發(fā)展VPP 及電力需求側(cè)響應(yīng)。自2014 年以來(lái)，中國(guó)在北京、上海和佛山等多個(gè)試點(diǎn)開展需求側(cè)響應(yīng)項(xiàng)目，以補(bǔ)貼的形式啟動(dòng)需求側(cè)響應(yīng)和VPP 的發(fā)展［4］。隨著2016年電力體制改革的穩(wěn)步推進(jìn)，中國(guó)VPP 得到了進(jìn)一步的發(fā)展。2020 年起，國(guó)家能源局確定將多層級(jí)VPP平臺(tái)納入能源領(lǐng)域重點(diǎn)專項(xiàng)，以推動(dòng)VPP技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化落地［5］。2021 年，國(guó)家能源局印發(fā)《2021年能源監(jiān)管工作要點(diǎn)》，積極推進(jìn)VPP等第三方主體參與電力輔助服務(wù)市場(chǎng)［6］。

然而，從目前已開展的VPP 技術(shù)研究和實(shí)踐來(lái)看，VPP 關(guān)鍵技術(shù)研究的廣度和深度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，主要問(wèn)題包括：VPP 的基礎(chǔ)設(shè)備欠缺，支撐計(jì)量、通信和控制的設(shè)備生產(chǎn)水平較為落后，VPP的生態(tài)圈沒(méi)有形成；VPP關(guān)鍵技術(shù)研究不足，VPP 的智能計(jì)量、信息通信和協(xié)調(diào)控制技術(shù)水平較低，其運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和自動(dòng)化無(wú)法得到保障；VPP 綠色低碳化運(yùn)行方式有待開發(fā)，尤其是在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)背景下，高比例新能源電網(wǎng)為VPP低碳運(yùn)行帶來(lái)的一系列問(wèn)題沒(méi)有得到解決。

本文對(duì)VPP 及其關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了全面闡述，介紹了“雙碳”背景下VPP 的低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度方式，選取了國(guó)內(nèi)3 家不同類型的VPP，介紹了其建設(shè)現(xiàn)狀并分析各自的特點(diǎn)，總結(jié)了“雙碳”背景下VPP技術(shù)選擇的要點(diǎn)。

1 VPP及其關(guān)鍵技術(shù)概述

VPP 的概念最初于1997 年由Shimon Awerbuch 提出［7］，21 世紀(jì)初在德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)和荷蘭等歐洲國(guó)家興起。VPP 的核心可以歸納為“通信”和“聚合”，其通過(guò)先進(jìn)信息通信技術(shù)和軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)、可控負(fù)荷和電動(dòng)汽車等分布式資源的聚合和協(xié)調(diào)優(yōu)化，并作為一個(gè)特殊電廠參與電力市場(chǎng)和電網(wǎng)運(yùn)行。VPP 具備傳統(tǒng)電廠的基本功能，但也存在以下區(qū)別：一是VPP 不是物理存在的電廠，而是一種資源管理手段；二是VPP 的能量流動(dòng)是雙向的，既可以送電又可以受電；三是VPP 的負(fù)荷特征是動(dòng)態(tài)可調(diào)整的，要求負(fù)荷端去適應(yīng)電網(wǎng)。VPP 的關(guān)鍵技術(shù)主要包括智能計(jì)量技術(shù)、信息通信技術(shù)以及協(xié)調(diào)控制技術(shù)。

1.1 智能計(jì)量技術(shù)

VPP 通信、控制的基礎(chǔ)是快速可靠的計(jì)量，智能計(jì)量技術(shù)主要包括自動(dòng)抄表技術(shù)［8］、智能計(jì)量管理技術(shù)［9］和數(shù)字孿生技術(shù)［10］等。自動(dòng)抄表技術(shù)指VPP 內(nèi)部各單元自動(dòng)測(cè)量并讀取其冷、熱、電、氣等能源的生產(chǎn)或消耗信息，并將這些數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到VPP控制中心；計(jì)量管理技術(shù)指VPP可遠(yuǎn)程測(cè)量其內(nèi)部所有分布式單元的實(shí)時(shí)信息，檢查各發(fā)電、用電單元的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)進(jìn)行合理適當(dāng)?shù)墓芾聿?shù)據(jù)保存、上傳及分析；數(shù)字孿生技術(shù)指將VPP 的運(yùn)行數(shù)據(jù)采集并同步到虛擬空間中進(jìn)行仿真反饋，從而輸出預(yù)測(cè)、仿真和監(jiān)測(cè)等實(shí)時(shí)分析結(jié)果。

對(duì)于分布式資源而言，智能計(jì)量技術(shù)還可以實(shí)時(shí)顯示耗能情況和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等重要信息，各分布式資源可以根據(jù)這些實(shí)時(shí)信息進(jìn)行運(yùn)行策略的調(diào)整。

1.2 信息通信技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)各分布式資源運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和運(yùn)行數(shù)據(jù)的快速匯聚，先進(jìn)成熟的信息通信技術(shù)是VPP 必不可少的重要元素之一［11］。該技術(shù)需要在VPP 控制中心與各個(gè)單元之間建立雙向通信通道，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)量、監(jiān)測(cè)和控制數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

VPP 通信系統(tǒng)具有分層結(jié)構(gòu)，包括終端層、接入層、骨干層和平臺(tái)層［11］。終端層主要由分布式資源控制終端和VPP 通信終端組成，包括分布式發(fā)電、儲(chǔ)能和柔性負(fù)荷等。接入層主要由通信設(shè)備組成，包括接入終端、路由器和網(wǎng)關(guān)等，主要承擔(dān)VPP通信的銜接作用；骨干層即VPP通信系統(tǒng)的骨干網(wǎng)絡(luò)，其除了可以依賴于4G或5G［12-13］公用通信網(wǎng)絡(luò)外，還可以通過(guò)光纖專網(wǎng)［14］和無(wú)線專網(wǎng)［15-16］實(shí)現(xiàn)，主要負(fù)責(zé)VPP 多個(gè)平臺(tái)、系統(tǒng)的信息交互；平臺(tái)層則是VPP 的控制中心，由智能算法實(shí)現(xiàn)VPP 內(nèi)部各種分布式資源的協(xié)同運(yùn)行，對(duì)外制定參與電力市場(chǎng)的交易策略，對(duì)內(nèi)給分布式資源下達(dá)調(diào)度指令。對(duì)于終端層而言，接入層主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的匯聚、清洗和上傳；對(duì)于骨干層而言，主要負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息的下達(dá)和轉(zhuǎn)發(fā)。

通信性能是VPP 實(shí)現(xiàn)安全可靠控制的基礎(chǔ)，非理想的通信條件將會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至危害系統(tǒng)運(yùn)行安全［17］。為了滿足VPP 通信的高性能要求，其關(guān)鍵技術(shù)主要包括邊緣計(jì)算［13，18-19］、云計(jì)算［20-21］、D2D（設(shè)備到設(shè)備）通信［22］和時(shí)延控制技術(shù)［23-24］等。隨著通信關(guān)鍵技術(shù)研究的不斷提升，VPP 的整體協(xié)調(diào)性也將得到改善，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更優(yōu)的調(diào)度決策。

1.3 協(xié)調(diào)控制技術(shù)

根據(jù)電源組成方式與運(yùn)行模式的差異，VPP的控制模式可以分為集中式控制、集中-分散式控制和完全分散控制3 種［25］。集中式控制模式指VPP 內(nèi)部的控制中心掌握所有分布式資源的數(shù)據(jù)信息，對(duì)所有資源進(jìn)行調(diào)度控制。集中式控制模式下，VPP 的調(diào)控能力強(qiáng)、控制手段靈活，但也因通信流量集中、計(jì)算復(fù)雜度高導(dǎo)致VPP 兼容性與擴(kuò)展性較差。集中-分散式控制模式一定程度上緩解了集中式控制模式下的數(shù)據(jù)擁堵和計(jì)算困難的問(wèn)題，通過(guò)將VPP 控制中心的一部分功能下放到本地控制中心實(shí)現(xiàn)分層控制，VPP 控制中心負(fù)責(zé)VPP 整體任務(wù)的制定和分解，而本地控制中心側(cè)重于制定每一個(gè)單元的調(diào)度指令。完全分散控制模式指VPP 不再擁有單獨(dú)的控制中心，而是被劃分為多個(gè)子系統(tǒng)，子系統(tǒng)可以根據(jù)內(nèi)部運(yùn)行情況，自行對(duì)本系統(tǒng)內(nèi)分布式資源進(jìn)行調(diào)度分配，同時(shí)各子系統(tǒng)之間需要通過(guò)信息通信技術(shù)進(jìn)行相互通信，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的協(xié)作運(yùn)行。這種控制模式使得VPP 具有很好的可擴(kuò)展性，但需要其子系統(tǒng)具備協(xié)調(diào)管理、故障響應(yīng)與診斷能力，對(duì)VPP通信和控制都有更高的要求。

VPP 的協(xié)調(diào)控制技術(shù)主要分為調(diào)度和控制兩方面。目前已有較多文獻(xiàn)對(duì)VPP 的協(xié)調(diào)調(diào)度與聯(lián)合運(yùn)行進(jìn)行了研究，涉及的優(yōu)化目標(biāo)有成本最?。?6-31］、收益最大［32-35］、運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)最?。?6-39］、新能源消納能力最強(qiáng)［41-43］、出力波動(dòng)最?。?4-45］和負(fù)荷需求最?。?6］等。在各類優(yōu)化目標(biāo)下，部分文獻(xiàn)也有針對(duì)性地采用了不同的技術(shù)解決VPP 參與協(xié)調(diào)調(diào)度存在的時(shí)效性不足和對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行影響較大等問(wèn)題，如文獻(xiàn)［26］采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)對(duì)VPP 調(diào)度特性進(jìn)行研究和處理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)VPP 最大容量和爬坡能力的評(píng)估計(jì)算；文獻(xiàn)［46］采用負(fù)荷直接控制技術(shù)降低了VPP 對(duì)電網(wǎng)的負(fù)荷需求，緩解了配電網(wǎng)阻塞問(wèn)題。

在VPP 的控制方式層面，目前國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在VPP 本身對(duì)其所聚合的分布式資源的控制上，如文獻(xiàn)［47］考慮VPP 內(nèi)部資源的個(gè)體利益，提出一種基于模仿者動(dòng)態(tài)算法的控制策略求解方法；文獻(xiàn)［48］將多智能體控制理論應(yīng)用于配電網(wǎng)的電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制中，實(shí)現(xiàn)了VPP 與配電網(wǎng)調(diào)壓設(shè)備的協(xié)調(diào)控制。

2 “雙碳”目標(biāo)下VPP調(diào)度方式研究現(xiàn)狀

在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)背景下，VPP 的節(jié)能減排職能愈發(fā)重要。國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者對(duì)于VPP 的低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度開展了研究，VPP 通過(guò)調(diào)度實(shí)現(xiàn)低碳運(yùn)行的表現(xiàn)方式大致分為降低碳排放量和提高新能源消納量?jī)深悺?/p>

2.1 面向碳減排的VPP調(diào)度

VPP 通過(guò)調(diào)度實(shí)現(xiàn)碳排放量的降低，大多數(shù)研究都是在其目標(biāo)函數(shù)中量化碳排放的成本［28-29，31-35］，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)低碳運(yùn)行的決策，如文獻(xiàn)［28］考慮VPP 的碳排放權(quán)成本、碳捕集成本和碳封存成本，優(yōu)化其內(nèi)部碳捕集電廠的有功出力和碳捕集率；文獻(xiàn)［29］考慮碳交易機(jī)制下的免費(fèi)碳配額和碳排放權(quán)購(gòu)買成本，實(shí)現(xiàn)VPP 的調(diào)峰策略優(yōu)化；文獻(xiàn)［31］采用Copula 函數(shù)對(duì)電價(jià)和碳價(jià)的聯(lián)合概率分布進(jìn)行建模，優(yōu)化VPP 的電力市場(chǎng)競(jìng)價(jià)策略；文獻(xiàn)［33］采用分段函數(shù)構(gòu)造VPP 碳排放成本的階梯模型；文獻(xiàn)［34］考慮需求側(cè)響應(yīng)對(duì)含碳捕集設(shè)備VPP 的碳排放量的影響，研究了計(jì)及電價(jià)型需求側(cè)響應(yīng)的VPP 經(jīng)濟(jì)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)了需求響應(yīng)的低碳化利用。部分學(xué)者通過(guò)碳約束來(lái)間接實(shí)現(xiàn)碳減排運(yùn)行，如文獻(xiàn)［49］在多能互補(bǔ)的VPP日前調(diào)度模型中引入最大碳排放限額作為邊際條件；文獻(xiàn)［50］利用碳捕集系統(tǒng)中的再生碳修正VPP碳排放量，進(jìn)而建立VPP雙碳量約束條件。

2.2 面向新能源消納的VPP調(diào)度

VPP 提高新能源消納量的具體做法同樣可以分為棄風(fēng)棄光約束［51-53］和量化新能源消納效益［40-43］兩類。前者通常依據(jù)相關(guān)政策設(shè)置棄風(fēng)棄光閾值作為優(yōu)化的邊際條件，后者則在目標(biāo)函數(shù)中加入新能源消納的量化效益，如文獻(xiàn)［40］依據(jù)VPP 的調(diào)峰裕度量化其新能源消納能力，進(jìn)而提出一種利用電動(dòng)汽車和柔性負(fù)荷提升VPP 新能源消納能力的方法；文獻(xiàn)［41］將消納新能源量化為經(jīng)濟(jì)收益，進(jìn)而提出VPP 分布式儲(chǔ)能集群控制策略；文獻(xiàn)［42］通過(guò)棄風(fēng)懲罰函數(shù)實(shí)現(xiàn)VPP 的新能源消納量的提升；文獻(xiàn)［43］以減小系統(tǒng)棄風(fēng)棄光量為目標(biāo)，提出一種基于自動(dòng)發(fā)電控制的清潔能源消納量提升方法。

3 “雙碳”目標(biāo)下VPP應(yīng)用實(shí)踐

近年來(lái)，中國(guó)多個(gè)省份發(fā)布了適應(yīng)本地實(shí)際情況的VPP相關(guān)政策，并積極推動(dòng)VPP試點(diǎn)項(xiàng)目的實(shí)施與落地，將其應(yīng)用到實(shí)際電力系統(tǒng)調(diào)度中，并取得了一定的成效。

3.1 上海黃浦區(qū)商業(yè)建筑VPP

上海是典型的國(guó)際化大都市，空調(diào)負(fù)荷占比高、用戶負(fù)荷波動(dòng)性強(qiáng)以及用電峰谷差較大等問(wèn)題嚴(yán)重。上海黃浦區(qū)夏日峰值負(fù)荷約500 MW，區(qū)內(nèi)有著大量的商業(yè)建筑，空調(diào)類商業(yè)負(fù)荷資源豐富，這也是黃浦區(qū)負(fù)荷高峰的主要原因之一。

上海黃浦區(qū)VPP內(nèi)部商業(yè)建筑主要為辦公樓、酒店、商貿(mào)中心和綜合大廈等，虛擬發(fā)電主要來(lái)源于中央空調(diào)、照明、生活用水以及新風(fēng)系統(tǒng)負(fù)荷。截至2020年，VPP累計(jì)實(shí)現(xiàn)59.6 MW商業(yè)建筑需求響應(yīng)資源的開發(fā)，共整合了550個(gè)可調(diào)資源（其中空調(diào)資源占比74%，其他資源占比26%），樓宇130幢（其中辦公建筑68幢、酒店30幢、商貿(mào)中心10 幢、綜合體22 幢）。2018—2020 年間，上海黃浦區(qū)商業(yè)建筑VPP 累計(jì)響應(yīng)削峰負(fù)荷超過(guò)200 MW，曾在1 h內(nèi)削減電力負(fù)荷20.12 MW［54］。

上海黃浦區(qū)商業(yè)建筑VPP 內(nèi)所有用戶樓宇安裝了智能計(jì)量系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)用戶樓宇內(nèi)電、氣、水和熱等能源的自動(dòng)測(cè)量讀取，而VPP 內(nèi)用戶可以通過(guò)室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)查看所有的計(jì)量數(shù)據(jù)，了解實(shí)時(shí)的電能產(chǎn)銷情況和相應(yīng)費(fèi)用等數(shù)據(jù)。信息通信方面，上海黃浦區(qū)商業(yè)建筑VPP骨干層采用Internet網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)；接入層主要由位于用戶樓宇內(nèi)本地寬帶網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)而成；采集器用RS485 總線，采集間隔為5 min。協(xié)調(diào)控制方面，上海黃浦區(qū)商業(yè)建筑VPP 采用集中式控制模式。電網(wǎng)公司調(diào)度部門提前一天或幾個(gè)小時(shí)通過(guò)場(chǎng)外平臺(tái)將需求下發(fā)給黃浦區(qū)商業(yè)建筑VPP控制中心，VPP控制中心進(jìn)行相應(yīng)的內(nèi)部分解。從低碳調(diào)度的層面來(lái)看，上海黃浦區(qū)商業(yè)建筑VPP 所聚合的居民樓宇負(fù)荷主要通過(guò)需求側(cè)響應(yīng)參與電力市場(chǎng)，可以通過(guò)參與電網(wǎng)調(diào)峰促進(jìn)新能源的消納。

此外，上海黃浦區(qū)商業(yè)建筑VPP 采用了先進(jìn)的自動(dòng)需求響應(yīng)技術(shù)，遵循開放自動(dòng)需求響應(yīng)通信規(guī)范協(xié)議OpenADR與國(guó)標(biāo)電力需求響應(yīng)信息交換規(guī)范協(xié)議DL/T 1867—2018，設(shè)計(jì)了雙兼容的通信數(shù)據(jù)模型進(jìn)行自動(dòng)化的調(diào)度。此外，還在VPP 的用戶樓宇內(nèi)安裝二次開發(fā)定制化的自動(dòng)需求響應(yīng)網(wǎng)關(guān)及智能控制器。VPP 對(duì)用戶設(shè)備的操作方式主要分為3種：

1）用戶默認(rèn)。VPP 控制中心直接對(duì)用戶設(shè)備進(jìn)行啟?；蛘{(diào)整，調(diào)整時(shí)間約25 s，用戶雖無(wú)需確認(rèn)，但卻擁有被通知和拒絕的權(quán)利。

2）用戶確認(rèn)，直接控制。VPP 控制中心將分解任務(wù)發(fā)送給用戶，經(jīng)用戶確認(rèn)后由VPP 遠(yuǎn)程進(jìn)行設(shè)備的操作，調(diào)整時(shí)間約1 min。

3）用戶確認(rèn)，就地控制。對(duì)于部分不具備遠(yuǎn)程控制能力的用戶，需要在確認(rèn)后由用戶自己就地控制，實(shí)現(xiàn)設(shè)備操作，調(diào)整時(shí)間約15 min。

3.2 江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)VPP

近年來(lái)，江蘇省空調(diào)負(fù)荷高速增長(zhǎng)，成為夏季和冬季負(fù)荷尖峰的主要因素。2018 年江蘇省全省最高負(fù)荷達(dá)到10 288萬(wàn)kW，其中空調(diào)負(fù)荷占比36%，而南京地區(qū)的空調(diào)負(fù)荷占比高達(dá)50%。

截至2019 年，江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)VPP共聚合了非工業(yè)柔性負(fù)荷2 715戶，工業(yè)剛性負(fù)荷1 726戶，主動(dòng)需求響應(yīng)20.8萬(wàn)戶。2017年5 月，江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)VPP 在245 ms 內(nèi)成功切除全部參與簽約的233 戶電力用戶，共計(jì)25.5萬(wàn)kW，平衡蘇州電網(wǎng)3 000 MW的負(fù)荷缺口。江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)VPP 是一個(gè)較為龐大的工程，具有許多子系統(tǒng)，如江蘇南京的珠江壹號(hào)VPP 用電典型負(fù)荷約為4 500 kW，可控負(fù)荷達(dá)1 800 kW，2017年7月25日，珠江壹號(hào)VPP參與了當(dāng)日13：00—13：30的需求側(cè)響應(yīng)，累計(jì)切負(fù)荷386.14 kW，獲得收益11 584.2元。

江蘇省大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)VPP 在用戶側(cè)安裝智能網(wǎng)荷互動(dòng)終端裝置，實(shí)現(xiàn)安全快速的計(jì)量、通信和控制。信息通信方面，江蘇省大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)VPP 骨干層采用基于SDH（同步數(shù)字體系）光傳輸網(wǎng)的2M 專用通道，接入層采用專用光纖、無(wú)線4G和光電實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換等多種通信技術(shù)［54-55］，能夠?qū)崿F(xiàn)VPP 的毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷。

協(xié)調(diào)控制方面，江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)VPP采用完全分散式控制模式，VPP具有多個(gè)子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)根據(jù)自身運(yùn)行情況，對(duì)內(nèi)部分布式資源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。同時(shí)各子系統(tǒng)之間、子系統(tǒng)和電網(wǎng)之間相互通信、協(xié)調(diào)運(yùn)行。與上海黃浦區(qū)商業(yè)建筑VPP 相似，江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)VPP 主要實(shí)現(xiàn)電源、電網(wǎng)和負(fù)荷的友好互動(dòng)，可以通過(guò)協(xié)調(diào)優(yōu)化負(fù)荷和發(fā)電資源的出力促進(jìn)新能源的消納，實(shí)現(xiàn)低碳運(yùn)行。

3.3 浙江某市綠色能源VPP

浙江某市2020 年度全社會(huì)用電量118.1 億kWh，負(fù)荷97%、95%尖峰持續(xù)時(shí)間僅為45 h、60 h。該市境內(nèi)電源裝機(jī)總?cè)萘?89.8 萬(wàn)kW，其中水電裝機(jī)容量占比高達(dá)72.5%，光伏占比21.4%，綠色能源是全域內(nèi)的主要發(fā)電資源。

該市綠色能源VPP 由全市境內(nèi)800 多座水電站組成，同時(shí)聚合光伏、電動(dòng)汽車和柔性負(fù)荷等綠色資源。2021 年1 月，浙江電網(wǎng)遠(yuǎn)程控制該市綠色能源VPP 輔助電網(wǎng)調(diào)峰43 萬(wàn)kW，經(jīng)測(cè)算，共增加新能源消納量108 萬(wàn)kWh，節(jié)約需求側(cè)響應(yīng)資金130萬(wàn)元，同時(shí)減少發(fā)電耗煤94 t，相當(dāng)于減排CO2253 t。

該市綠色能源VPP 在終端安裝機(jī)組智能控制設(shè)備，除了能夠完成自動(dòng)計(jì)量、智能管理等功能外，還可以實(shí)現(xiàn)安全可靠的遠(yuǎn)程控制。信息通信方面，該市綠色能源VPP 骨干層采用專用數(shù)字通道，接入層應(yīng)用無(wú)線5G網(wǎng)絡(luò)和北斗通信系統(tǒng)，如圖1 所示。協(xié)調(diào)控制方面，該市綠色能源VPP 采用集中-分散式控制方式。電網(wǎng)公司提前一天下發(fā)需求給VPP，VPP 控制中心將任務(wù)分解給各地調(diào)部門，各地調(diào)部門進(jìn)一步將任務(wù)分解，確定各分布式單元的調(diào)度指令。該市綠色能源VPP 聚合的資源以綠色發(fā)電資源為主，調(diào)度的目標(biāo)是為了最大化地利用區(qū)域內(nèi)的清潔能源發(fā)電和靈活性資源，VPP 在消納內(nèi)部可再生能源發(fā)電量的基礎(chǔ)上，可以通過(guò)提供電能、電力服務(wù)，從而降低VPP 以外的碳排放量。

圖1 浙江某市綠色能源VPP架構(gòu)

3.4 VPP關(guān)鍵技術(shù)和低碳調(diào)度方式對(duì)比分析

上海某區(qū)商業(yè)建筑VPP、江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)VPP和浙江某市綠色能源VPP的對(duì)比如表1 所示。結(jié)合VPP 當(dāng)?shù)刎?fù)荷特色知，上海某區(qū)商業(yè)建筑VPP 和江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)VPP 都是以負(fù)荷為主要靈活性資源的VPP，其建設(shè)目的主要是為了緩解負(fù)荷尖峰時(shí)刻的電網(wǎng)調(diào)度壓力，而浙江某市綠色能源VPP 建設(shè)目的主要是為了提高清潔能源的利用率，是以水電資源為主的VPP。因此在終端安裝設(shè)備上，浙江某市VPP 主要為各機(jī)組安裝智能控制設(shè)備，而上海VPP和江蘇VPP側(cè)重于負(fù)荷的智能控制。從信息通信架構(gòu)來(lái)看，江蘇VPP和浙江某市VPP在骨干層和接入層都以較高的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行架構(gòu)，這主要是因?yàn)榻KVPP 對(duì)其切負(fù)荷速率和精度提出了更高的要求，而浙江某市VPP由于需要及時(shí)準(zhǔn)確地控制各發(fā)電機(jī)組，因此也需要較高的通信技術(shù)水平。

表1 上海、江蘇、浙江某市VPP比較

從VPP 控制方式來(lái)看，3 家VPP 采用了3 種不同的控制方式。VPP 控制模式的選擇主要與其聚合資源和自身特點(diǎn)有關(guān)：上海某區(qū)商業(yè)建筑VPP 主要聚合了某區(qū)一定范圍內(nèi)的樓宇負(fù)荷，VPP控制中心對(duì)資源的控制能力強(qiáng)，且VPP對(duì)擴(kuò)展性的要求較低；浙江某市綠色能源VPP 主要聚合了該市的小型水電站和光伏等資源，各水電站根據(jù)分布又隸屬于不同地調(diào)公司的調(diào)控，因此采用集中-分散式控制模式較為合適；江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)VPP 是江蘇省在全省范圍內(nèi)開展的源網(wǎng)荷友好互動(dòng)項(xiàng)目，VPP 規(guī)模大，資源的分布范圍廣，VPP 控制中心的控制能力較弱，且未來(lái)對(duì)于VPP 的擴(kuò)展性要求較高，因此完全分散式控制模式更適應(yīng)于江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)VPP的情況。

綜上，VPP 建設(shè)目的、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求、聚合資源類型、分布式資源規(guī)模及范圍都會(huì)對(duì)VPP 的關(guān)鍵技術(shù)選擇產(chǎn)生影響。因此，合理地選擇VPP的計(jì)量、通信、控制以及低碳調(diào)度方式是建設(shè)VPP的關(guān)鍵［56-58］。

4 結(jié)論

VPP 技術(shù)可以有效解決電力行業(yè)當(dāng)前所面臨的高比例可再生能源接入、電網(wǎng)靈活性改造和碳減排等問(wèn)題。本文從智能計(jì)量、信息通信和協(xié)調(diào)控制3 個(gè)方面對(duì)VPP 關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了深入剖析；總結(jié)了“雙碳”背景下VPP 實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的調(diào)度方式?，F(xiàn)階段VPP 關(guān)鍵技術(shù)存在巨大的發(fā)展空間，主要包括：

1）智能計(jì)量技術(shù)方面，自動(dòng)抄表、智能計(jì)量管理和數(shù)字孿生技術(shù)是VPP 智能計(jì)量的基礎(chǔ)，VPP 在分布式資源終端安裝的智能計(jì)量設(shè)備將提供更加人性化、定制化和多功能化的服務(wù)，是未來(lái)的重點(diǎn)發(fā)展方向。

2）信息通信技術(shù)方面，VPP 邊緣計(jì)算、云計(jì)算和D2D 通信是未來(lái)的發(fā)展方向，同時(shí)時(shí)延控制技術(shù)的提升將有利于未來(lái)VPP 實(shí)現(xiàn)更加精確、快速的控制。

3）協(xié)調(diào)控制技術(shù)方面，未來(lái)VPP 將具有更高的開放性和可擴(kuò)展性，VPP 也將從初期的集中式控制模式更多地向分散式或集中-分散式控制模式過(guò)渡，從而整合和控制更多的分布式資源。

未來(lái)隨著智能計(jì)量、信息通信和協(xié)調(diào)控制關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，VPP 在中國(guó)將會(huì)有更廣闊的發(fā)展前景［59-61］。