面向分布式資源聚合管控的虛擬電廠建模與優(yōu)化控制綜述

何斯強(qiáng)，張俊嶺，顧宗奇，施嘯寒，江 涵

（1.電網(wǎng)智能化調(diào)度與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（山東大學(xué)），山東 濟(jì)南 250061；2.山東魯軟數(shù)字科技有限公司，山東 濟(jì)南 250001；3.全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織，北京 100031）

0 引言

近年來，全球變暖以及能源短缺問題日益嚴(yán)重，世界各國大力發(fā)展風(fēng)電、太陽能發(fā)電等非化石能源，推動能源轉(zhuǎn)型而降低溫室氣體排放成為主流發(fā)展趨勢［1］。未來新能源占比將日益提高，風(fēng)光波動性電源對火力發(fā)電的替代導(dǎo)致穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)發(fā)電資源不足而調(diào)控能力下降，可再生能源的出力不確定性與波動性帶來的更高調(diào)節(jié)需求給電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)。電力系統(tǒng)調(diào)度模式需要由“源隨荷動”向“源荷互動”進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

充分挖掘電力系統(tǒng)發(fā)輸配用各環(huán)節(jié)靈活可調(diào)資源被認(rèn)為是應(yīng)對上述挑戰(zhàn)的關(guān)鍵［2］。電能替代、用電技術(shù)進(jìn)步及分布式發(fā)電技術(shù)使得負(fù)荷側(cè)向數(shù)字化、智能化、有源化方向發(fā)展，負(fù)荷側(cè)展現(xiàn)出巨大調(diào)節(jié)潛力［3］。充分挖掘負(fù)荷側(cè)調(diào)節(jié)潛力成為研究熱點(diǎn)和國家發(fā)展戰(zhàn)略，“十四五”能源體系規(guī)劃明確提出2035 年需求側(cè)響應(yīng)能力達(dá)到5%［1］。然而，負(fù)荷側(cè)分布式可控資源（distributed energy resources，DER）點(diǎn)多、分散且單體容量小，如何實(shí)現(xiàn)對海量異構(gòu)且出力具有不確定性的DER 聚合管控，推動其與電網(wǎng)互動而支撐電力系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化成為負(fù)荷側(cè)調(diào)節(jié)潛力挖掘的關(guān)鍵［4］。

上述背景下，一種能夠?qū)崿F(xiàn)海量分布式可控資源協(xié)調(diào)運(yùn)行的虛擬電廠管控模式應(yīng)運(yùn)而生。虛擬電廠（virtual power plant，VPP）是一種融合先進(jìn)通信與控制技術(shù)的DER 管理新模式，可將廣泛分布、參數(shù)各異的DER 聚合為統(tǒng)一整體，充分利用各資源互補(bǔ)協(xié)調(diào)潛力，參與電能量市場及輔助服務(wù)市場［5-6］。虛擬電廠與傳統(tǒng)發(fā)電廠類似，具備功率調(diào)節(jié)、削峰填谷、旋轉(zhuǎn)備用與功率支撐的能力。虛擬電廠通過資源聚合與優(yōu)化控制實(shí)現(xiàn)聚合體與電網(wǎng)之間友好互動，逐漸發(fā)展成為新能源高滲透率場景下建設(shè)新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵手段。

DER 聚合管控是虛擬電廠的構(gòu)建基礎(chǔ)。如何考慮各類資源響應(yīng)潛力、響應(yīng)速度、響應(yīng)時間等特征差異，通過分層聚合與協(xié)同優(yōu)化形成“對外統(tǒng)一、對內(nèi)協(xié)調(diào)”的統(tǒng)一整體［7-8］，利用不同特征可控資源參與多時間尺度電網(wǎng)互動是虛擬電廠構(gòu)建需要解決的問題。DER 數(shù)量多、分布廣、總量大且特性各異，直接優(yōu)化控制單體會產(chǎn)生維數(shù)災(zāi)問題而導(dǎo)致優(yōu)化方法難以實(shí)用，如何設(shè)計適應(yīng)性管控架構(gòu)，準(zhǔn)確把握各類DER 調(diào)節(jié)特征，進(jìn)而提出適應(yīng)各類源-荷-儲性質(zhì)資源特征的聚合模型及優(yōu)化管控算法也尚未解決。

鑒于虛擬電廠迅猛發(fā)展勢頭及相關(guān)研究與試點(diǎn)快速推進(jìn)實(shí)際，本文從虛擬電廠分布式資源聚合管控與運(yùn)行優(yōu)化角度出發(fā)，總結(jié)了虛擬電廠內(nèi)涵、系統(tǒng)架構(gòu)、資源建模、資源聚合與優(yōu)化控制等方面研究現(xiàn)狀。首先，從虛擬電廠內(nèi)涵與定位、關(guān)鍵技術(shù)和國內(nèi)外試點(diǎn)工程實(shí)踐應(yīng)用等方面進(jìn)行了歸納；隨后，從虛擬電廠工程應(yīng)用角度總結(jié)了基于端-邊-網(wǎng)-云的虛擬電廠管控架構(gòu)，為虛擬電廠實(shí)踐應(yīng)用提供基礎(chǔ)，并剖析了各層關(guān)鍵技術(shù)及研究進(jìn)展；進(jìn)一步，從單體建模和聚合建模兩個層次整理了適應(yīng)虛擬電廠分層管控的可控資源單體建模與聚合方法，單體模型采集運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)等信息作為聚合模型的基礎(chǔ)，聚合模型將控制指令進(jìn)行解聚合下發(fā)至各單體資源；然后，分別從虛擬電廠內(nèi)部優(yōu)化管控和虛擬電廠間協(xié)同角度歸納了運(yùn)行優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)“對外統(tǒng)一、對內(nèi)協(xié)調(diào)”；最后，展望了虛擬電廠未來發(fā)展前景和需要突破的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域。

1 虛擬電廠內(nèi)涵及其發(fā)展

虛擬電廠的定位與內(nèi)涵自其產(chǎn)生后不斷變化，虛擬電廠作為一種新型能源管控技術(shù)，由最初簡單的分布式能源管控到聚合儲能、分布式電源、可控負(fù)荷等海量分布式可控資源的智慧能源管理系統(tǒng)。通過對虛擬電廠的深入研究，虛擬電廠關(guān)鍵技術(shù)不斷發(fā)展，在全球范圍內(nèi)已有部分國家與地區(qū)開展了虛擬電廠的試點(diǎn)示范應(yīng)用，針對不同定位的虛擬電廠進(jìn)行了大量的實(shí)踐探索，如圖1 所示。這些試點(diǎn)示范應(yīng)用為我國“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)與全球能源轉(zhuǎn)型提供了應(yīng)用范式，也為全球清潔能源和智能電網(wǎng)建設(shè)提供了新的路徑。

圖1 虛擬電廠內(nèi)涵與發(fā)展Fig.1 Connotation and development of VPP

虛擬電廠在發(fā)展初期主要作為單一類型的分布式能源并網(wǎng)手段，虛擬電廠最早來源于Shimon Awerbuch 博士1997 年提出的虛擬公共設(shè)施概念，主要強(qiáng)調(diào)無資產(chǎn)主體在市場驅(qū)動下采用靈活合作方式為消費(fèi)者提供特定公共服務(wù)［9］?！疤摂M”和“服務(wù)定制”是虛擬電廠的主要特征，按照虛擬電廠資源管控類型，早期虛擬電廠以分布式電源為聚合對象而形成電源型虛擬電廠對中壓配電網(wǎng)提供電壓支撐服務(wù)［10］；進(jìn)一步為實(shí)現(xiàn)“源隨荷動”向“源荷互動”轉(zhuǎn)變，文獻(xiàn)［11-12］以風(fēng)光電源-負(fù)荷為聚合對象，形成具有確定調(diào)節(jié)容量和爬坡率的源荷型虛擬電廠而參與日前機(jī)組組合的調(diào)節(jié)服務(wù)。為了進(jìn)一步定義虛擬電廠，文獻(xiàn)［13-14］認(rèn)為虛擬電廠是可控資源與靈活控制技術(shù)的組合。在虛擬電廠的定位上主要為支撐分布式電源（distributed generation，DG）可靠并網(wǎng)［6］，克服DG 出力波動性、隨機(jī)性對供電平衡調(diào)整，進(jìn)而為分布式電源參與電力市場交易提供媒介。

隨著虛擬電廠的發(fā)展，虛擬電廠的定義與定位發(fā)生了變化，早期對虛擬電廠的定義僅停留在單一可控資源類型。如今，虛擬電廠逐漸演化為聚合海量分布式電源、儲能、可控負(fù)荷的智能管理系統(tǒng)［15］。虛擬電廠的定位由分布式能源可靠并網(wǎng)向海量分布式可控資源聚合管控進(jìn)行轉(zhuǎn)變。虛擬電廠成為一個獨(dú)立運(yùn)營的主體，整合內(nèi)部可控資源參與電力市場能量交易與電網(wǎng)輔助服務(wù)，如文獻(xiàn)［16］將虛擬電廠定義為電力市場驅(qū)動下，通過協(xié)調(diào)、優(yōu)化和控制分布式能源集群而作為一個整體參與電力市場交易及輔助服務(wù)；文獻(xiàn)［17］認(rèn)為虛擬電廠是一種利用市場機(jī)制，對分布式能源資源進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化與控制的新型運(yùn)營模式。文獻(xiàn)［18］設(shè)計了虛擬電廠作為一個獨(dú)立的主體參與市場交易的體系架構(gòu)，如圖2 所示。交易體系描述了虛擬電廠協(xié)同各可控資源參與市場交易的流程，該體系表明：通過虛擬電廠，原本不滿足市場準(zhǔn)入門檻的DG、柔性負(fù)荷、分布式儲能，能以聚合體形式參與市場交易。現(xiàn)階段在資源聚合管控領(lǐng)域中，部分學(xué)者定義負(fù)荷聚合商作為電網(wǎng)與用戶直接交互的媒介，虛擬電廠與負(fù)荷聚合商的區(qū)別主要體現(xiàn)在二者功能與資源管控范圍不同。虛擬電廠通過聚合分布式可控資源在電網(wǎng)中既可參與發(fā)電環(huán)節(jié)，也可參與用電環(huán)節(jié)管控資源包含源-荷-儲側(cè)多類型分布式可控資源。負(fù)荷聚合商更偏向用電類型的負(fù)荷側(cè)資源管控，利用負(fù)荷資源參與需求側(cè)響應(yīng)與電網(wǎng)服務(wù)環(huán)節(jié)。

圖2 虛擬電廠交易體系Fig.2 VPP trading system

隨著“雙碳”目標(biāo)提出和新型電力系統(tǒng)建設(shè)推進(jìn)，資源聚合、分層控制、協(xié)同優(yōu)化與通信技術(shù)等VPP 相關(guān)技術(shù)在國內(nèi)不斷發(fā)展，逐步由早期的聚合分布式電源參與電力交易發(fā)展為支撐源網(wǎng)荷儲一體化、能源互聯(lián)網(wǎng)等理念落地的重要形式，成為承載“源隨荷動”向“源荷互動”運(yùn)行方式轉(zhuǎn)變、發(fā)揮新型電力系統(tǒng)規(guī)?；`活資源調(diào)節(jié)潛力減碳的重要技術(shù)載體。如文獻(xiàn)［19］從動態(tài)聚合、安全通信、協(xié)同調(diào)控、可信交易等領(lǐng)域論述了虛擬電廠核心關(guān)鍵技術(shù)及關(guān)聯(lián)支撐關(guān)系；文獻(xiàn)［20］從面向碳減排和新能源消納的虛擬電廠調(diào)度方式方面歸納了VPP 關(guān)鍵技術(shù)；文獻(xiàn)［21］針對大量分布式資源集群調(diào)度問題，論述新型配電系統(tǒng)調(diào)度架構(gòu)并歸納了DER 的分層聚合方法及協(xié)同調(diào)度方法。文獻(xiàn)［22］對比了虛擬電廠與主動配電系統(tǒng)、微電網(wǎng)的特征差異，認(rèn)為VPP 在信息通信基礎(chǔ)設(shè)施、電力市場、DER 集成方面具有良好的適用性與靈活性。文獻(xiàn)［7，23］探討了DER 以VPP 形式參與大電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制的控制機(jī)制并初步驗(yàn)證了對頻率穩(wěn)定支撐效果。

隨著虛擬電廠熱度的增加，全球同步推動了示范工程建設(shè)。歐洲國家側(cè)重于分布式電源與儲能設(shè)備，主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電設(shè)備并網(wǎng)，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性［12］。美國主要依靠可控資源實(shí)現(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)，利用虛擬電廠聚合大量可控資源參與電網(wǎng)調(diào)度并提高能源利用效率［13］。我國陸續(xù)在上海市、廣東省與冀北地區(qū)初步開展了虛擬電廠試點(diǎn)，目前均有不同應(yīng)用成效。上海虛擬電廠實(shí)現(xiàn)了商業(yè)建筑的統(tǒng)一控制，構(gòu)建了可發(fā)可用的虛擬電廠。通過利用中央空調(diào)等靈活可控資源的用電高峰來消納新能源電力，有效減少了碳排放。廣東省深圳市虛擬電廠試點(diǎn)實(shí)踐中構(gòu)建了“網(wǎng)地一體虛擬電廠運(yùn)營管理平臺”，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)調(diào)度由“源隨荷動”向“源荷互動”的轉(zhuǎn)換實(shí)踐，有效實(shí)現(xiàn)了地方分布式資源參與電網(wǎng)互動。冀北地區(qū)的實(shí)踐應(yīng)用基于物聯(lián)網(wǎng)云平臺實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建了云-管-邊-端的控制架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了虛擬電廠的分層分級管理，攻克了資源聚合、市場交易與信息交互等關(guān)鍵技術(shù)，在調(diào)峰調(diào)頻輔助服務(wù)市場中發(fā)揮了重要作用。

2 虛擬電廠聚合管控架構(gòu)

虛擬電廠在管理分布式資源參與電網(wǎng)互動過程中，需要對可控資源進(jìn)行建模、聚合與協(xié)同控制，這其中涉及眾多可控資源的復(fù)雜物理模型和優(yōu)化控制問題，給虛擬電廠的聚合管控帶來了挑戰(zhàn)。為了降低資源管控的難度、提高資源建模的精度、構(gòu)建可靠的資源聚合模型，構(gòu)建安全、高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)信息交互體系是虛擬電廠系統(tǒng)性實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

為了解決上述問題，需要融合資源建模、聚合調(diào)控、信息通信等技術(shù)，形成完整的虛擬電廠聚合管控體系。目前虛擬電廠的控制方式主要包含集中控制、集中-分散控制與完全分散控制型三種［24-25］。集中控制型虛擬電廠掌握各可控設(shè)備的全部信息，在電網(wǎng)調(diào)度過程中參與多種電網(wǎng)輔助服務(wù)，但該控制方式實(shí)現(xiàn)難度大、擴(kuò)展難度大，對通信技術(shù)的要求較高［26］；集中-分散控制型虛擬電廠針對集中控制型中存在的問題進(jìn)行了改進(jìn)，通過本地的控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息收集，但仍需要中央控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)可控資源的分配問題［27］；完全分散控制型虛擬電廠是用數(shù)據(jù)交換處理器替代了分散型的控制中心，用來提供市場價格等相關(guān)信息，具有良好的擴(kuò)展性［28］。

基于現(xiàn)有虛擬電廠相關(guān)實(shí)踐與理論研究［8，25］，提出虛擬電廠一種端-邊-網(wǎng)-云分層控制框架，各環(huán)節(jié)如圖3 所示，來進(jìn)行虛擬電廠資源管控，該架構(gòu)主要包含四個方面。

圖3 虛擬電廠端-邊-網(wǎng)-云控制架構(gòu)Fig.3 VPP end edge network cloud control architecture

1）云端管控層。

云端管控平臺是虛擬電廠的核心，是協(xié)調(diào)多個子虛擬電廠與火電機(jī)組等其他靈活性資源為統(tǒng)一整體的關(guān)鍵。在虛擬電廠參與調(diào)度決策過程中，云端管控平臺與電網(wǎng)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)互動，利用各虛擬電廠的運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行特性，參與電力市場投標(biāo)競價與不同時間尺度的電網(wǎng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)“對外統(tǒng)一”。進(jìn)一步優(yōu)化決策出各虛擬電廠的日前出力計劃與發(fā)電計劃，并將調(diào)度指令按照虛擬電廠之間的協(xié)調(diào)關(guān)系分配至各子虛擬電廠。

云端管控中心的構(gòu)建需要結(jié)合云計算、硬件系統(tǒng)等技術(shù)手段，通過收集管轄范圍內(nèi)的各子虛擬電廠的運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一協(xié)調(diào)優(yōu)化?，F(xiàn)階段針對云平臺構(gòu)建方案已有部分研究，文獻(xiàn)［29-30］分析了未來云計算在電網(wǎng)調(diào)度中的應(yīng)用前景，提出了云平臺建設(shè)方案；文獻(xiàn)［31］將云平臺設(shè)計架構(gòu)進(jìn)一步細(xì)化，系統(tǒng)性地構(gòu)建了云控平臺分層運(yùn)行體系，為新一代云控平臺技術(shù)應(yīng)用提供了范式。

2）通信網(wǎng)絡(luò)層。

通信網(wǎng)絡(luò)是云端管控平臺與虛擬電廠邊緣控制層鏈接的紐帶，安全可靠的通信網(wǎng)絡(luò)是二者之間信息高效傳遞與指令精確下達(dá)的關(guān)鍵。邊緣控制層匯總各子虛擬電廠運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)并上傳至云端控制平臺，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)海量DER 參與電網(wǎng)的協(xié)同優(yōu)化。在控制平臺確定各子虛擬電廠的調(diào)度計劃后，通過通信網(wǎng)絡(luò)下達(dá)至各子虛擬電廠。

為了保證通信網(wǎng)絡(luò)的安全可靠，在構(gòu)建電廠通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時，要綜合考慮通信延時性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性與安全性四個方面。傳統(tǒng)通信技術(shù)包含4G 移動通信網(wǎng)絡(luò)［32］、光纖通信［33］、電力線載波通信［34］等通信方式，每種方式存在一定優(yōu)缺點(diǎn)，5G 作為新興發(fā)展的移動通信網(wǎng)絡(luò)，在未來的虛擬電廠中有很好的應(yīng)用前景［35］。

3）虛擬電廠邊緣控制層。

虛擬電廠邊緣控制層表現(xiàn)為局域型分布式資源管理的子虛擬電廠，每個子虛擬電廠基于硬件資源，融合大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，對內(nèi)部各可控資源進(jìn)行資源建模與聚合，對可再生能源出力與電力負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測［36］。在與電網(wǎng)交互的過程中，各子虛擬電廠基于各可控資源聚合模型提取出功率調(diào)節(jié)邊界、爬坡速率等外特性，進(jìn)而整合出自己的運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行特性并通過通信網(wǎng)絡(luò)上傳至云端管控平臺。另一方面，通過本地計算系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)調(diào)度指令的協(xié)調(diào)分配與解聚合，實(shí)現(xiàn)“對內(nèi)協(xié)調(diào)”。

虛擬電廠邊緣控制層為小型的虛擬電廠，具備一定計算能力并靠近資源終端，所以擁有出色的低延時數(shù)據(jù)采集能力，這使其能在一定程度上進(jìn)行高效的就地優(yōu)化決策，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對資源的即時管理［37］。而云端控制平臺具有高效的計算能力，但海量資源信息使其面臨巨大壓力，難以實(shí)現(xiàn)海量資源的統(tǒng)一優(yōu)化決策。為了提高分布式資源優(yōu)化決策過程中的效率，文獻(xiàn)［38］介紹了云邊協(xié)同控制方法；文獻(xiàn)［39］提出了一種云邊協(xié)同虛擬電廠日前調(diào)度方法，利用子虛擬電廠對可控資源進(jìn)行分布式優(yōu)化，降低云端控制中心的優(yōu)化決策壓力，通過算例驗(yàn)證了該方法在虛擬電廠實(shí)時調(diào)控中的效果。

4）智能終端層。

智能終端是各可控資源附帶的智能監(jiān)控裝置，是資源調(diào)控的底層單元，包含資源控制、狀態(tài)監(jiān)測、安全并網(wǎng)等功能。各可控資源通過智能監(jiān)測裝置來獲取設(shè)備功率、參數(shù)與工作狀態(tài)等信息，通過本地局域網(wǎng)絡(luò)上傳至虛擬電廠邊緣控制層，實(shí)現(xiàn)對海量DER 進(jìn)行建模與聚合。同時，設(shè)備終端還能夠響應(yīng)邊緣控制層下發(fā)的控制指令，最終實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度的終端控制。

在端-邊-網(wǎng)-云控制架構(gòu)下，虛擬電廠結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G 通信等技術(shù)，利用終端監(jiān)測設(shè)備匯總海量DER 設(shè)備信息，在邊緣控制層形成各子虛擬電廠內(nèi)部資源聚合模型，并上傳運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行特性至云端控制平臺參與電網(wǎng)互動。云端控制平臺與子虛擬電廠形成“對外統(tǒng)一、對內(nèi)一致”的運(yùn)行優(yōu)化體系，最終通過智能終端實(shí)現(xiàn)各可控資源的分布式控制。

3 虛擬電廠內(nèi)可控資源建模

虛擬電廠中的DER 通常具有異質(zhì)性、分散性與隨機(jī)性的特點(diǎn)，精確構(gòu)建DER 的物理模型是虛擬電廠分析自身運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵，更是虛擬電廠參與電網(wǎng)調(diào)度的關(guān)鍵。

現(xiàn)有資源建模方法通常由物理模型出發(fā)，基于設(shè)備物理運(yùn)行原理，精細(xì)化構(gòu)建資源模型，有利于提高各資源之間的協(xié)調(diào)配合能力，提高能源利用效率。針對熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，文獻(xiàn)［40］構(gòu)建了熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組運(yùn)行模型，結(jié)合了光伏電池、風(fēng)電等可再生能源，有效降低了系統(tǒng)運(yùn)行成本，提高了系統(tǒng)新能源消納能力。然而熱能傳遞具有延時性，為了實(shí)現(xiàn)對熱能的精確分析，文獻(xiàn)［41］提出了一種熱能系統(tǒng)構(gòu)建方法，能夠精細(xì)化計算熱網(wǎng)溫度的變化過程；進(jìn)一步將建模擴(kuò)展到冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，文獻(xiàn)［42］提出了一種針對不同系統(tǒng)組成的母線式結(jié)構(gòu)模型，設(shè)計了對應(yīng)的優(yōu)化框架并具有很好的工程應(yīng)用效果。

為了探究儲能對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，文獻(xiàn)［43］構(gòu)建了包含電-熱-氫多種儲能的系統(tǒng)模型。文獻(xiàn)［44］構(gòu)建了儲能系統(tǒng)模型，有效應(yīng)用于平滑風(fēng)電出力。針對虛擬電廠中負(fù)荷側(cè)典型資源主要為熱泵、空調(diào)、熱水器等溫控負(fù)荷，目前溫控負(fù)荷的聚合通常基于物理模型出發(fā)，采取一階熱力學(xué)等值模型對溫控負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行描述，模型表示為溫度與功率之間的關(guān)系［45］。文獻(xiàn)［46-47］對包含熱泵、空調(diào)、熱水器等溫控負(fù)荷進(jìn)行了建模，基于設(shè)備運(yùn)行特性來確定模型參數(shù)與運(yùn)行邊界，通過經(jīng)濟(jì)調(diào)度驗(yàn)證了模型的效果。電動汽車作為近年來快速發(fā)展的負(fù)荷側(cè)資源，其物理模型的構(gòu)建已有大量研究。文獻(xiàn)［48-49］基于電動汽車物理運(yùn)行原理，構(gòu)建考慮離并網(wǎng)時間的電動汽車數(shù)學(xué)模型；進(jìn)一步，文獻(xiàn)［50］構(gòu)建了考慮充電方式的電動汽車模型，有效提高了負(fù)荷側(cè)資源的調(diào)度靈活性與電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

目前對于可控資源的建模已經(jīng)比較成熟，然而精確的物理模型往往要考慮壓強(qiáng)、熱動態(tài)過程等多種復(fù)雜因素，進(jìn)而導(dǎo)致模型構(gòu)建與求解出現(xiàn)困難，該情況下通常需要對模型進(jìn)行一定的簡化來提高求解效率。如何在考慮物理運(yùn)行原理的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)資源高效建模仍有待進(jìn)一步研究。

4 虛擬電廠資源聚合模型構(gòu)建

云端管控平臺在對虛擬電廠內(nèi)部可控資源優(yōu)化控制的過程中，會產(chǎn)生大量待求解的決策變量，在優(yōu)化求解問題中，模型的求解難度以決策變量的維數(shù)呈指數(shù)增加，大量的決策變量會出現(xiàn)維數(shù)災(zāi)的情況。另一方面虛擬電廠參與電力市場交易過程中，通常要保護(hù)內(nèi)部設(shè)備模型的具體參數(shù)，進(jìn)而保證自身的競爭優(yōu)勢［51］。如何通過聚合手段聚合海量可控資源并進(jìn)行外特性封裝，是降低系統(tǒng)優(yōu)化求解難度，保護(hù)用戶隱私的關(guān)鍵。

4.1 新能源發(fā)電

虛擬電廠中源-荷-儲端的海量可控資源的聚合是虛擬電廠多能協(xié)同的關(guān)鍵，是系統(tǒng)參與優(yōu)化運(yùn)行的基礎(chǔ)。對于電源側(cè)，風(fēng)、光等分布式可再生能源具有波動性與不確定性，導(dǎo)致出力情況難以預(yù)測。為了實(shí)現(xiàn)分布式電源的聚合管控，需要基于出力不確定性進(jìn)行建模，文獻(xiàn)［52］利用概率密度函數(shù)處理不確定性問題，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)光資源聚合；文獻(xiàn)［53］首先分析了分布式電源調(diào)節(jié)的靈活性，構(gòu)建一種分布式電源出力隨機(jī)性的定量描述方法，實(shí)現(xiàn)了不確定性分布式電源的聚合管控，有效提高了電網(wǎng)靈活性。

4.2 儲能

儲能資源因具有功率快速調(diào)節(jié)與供能的特點(diǎn)，能夠有效平滑新能源出力、提高新能源消納比例［54］。在未來隨著儲能技術(shù)的深入發(fā)展，大規(guī)模分布式儲能將接入電網(wǎng)，如何利用分布式儲能來提供快速、有效的電網(wǎng)服務(wù)是規(guī)?；脙δ苜Y源的關(guān)鍵。儲能的數(shù)學(xué)模型十分相似，聚合難度小，聚合的關(guān)鍵在于資源的分配過程?，F(xiàn)有研究中通常采用一致性控制方法來實(shí)現(xiàn)對分布式儲能的控制，通過將調(diào)度指令在分布式電源間進(jìn)行均分或者統(tǒng)一荷電狀態(tài)，依據(jù)儲能容量比例分配［55］。文獻(xiàn)［56］設(shè)計了一種多代理協(xié)調(diào)控制策略的儲能功率配置方法，具有很好的擴(kuò)展性，能夠有效減小通信壓力；文獻(xiàn)［57］基于一致性理論提出了一種多組混合儲能控制模型，實(shí)現(xiàn)了不同類型儲能之間的功率分配。

4.3 溫控負(fù)荷

對于負(fù)荷側(cè)資源的聚合管控，現(xiàn)有文獻(xiàn)大都將負(fù)荷分為可中斷負(fù)荷［58-59］、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷［60-61］、可削減負(fù)荷［62］三類，該類分析方法沒有充分考慮負(fù)荷側(cè)設(shè)備的物理模型，僅在宏觀的角度分析資源集群的功率響應(yīng)能力，缺乏對各類資源調(diào)節(jié)能力的精確計算。為了充分利用負(fù)荷側(cè)資源的調(diào)節(jié)能力，需要構(gòu)建能夠精確量化資源集群運(yùn)行狀態(tài)的聚合模型。在負(fù)荷側(cè)的研究中，常見的負(fù)荷資源包含空調(diào)、熱泵、熱水器等溫控負(fù)荷與電動汽車，現(xiàn)階段學(xué)者對溫控負(fù)荷的建模方法與資源聚合方法已有大量研究，按照不同需求，利用不同的聚合模型來進(jìn)行資源聚合。

通過構(gòu)建溫控負(fù)荷一階熱力學(xué)等值模型可以實(shí)時計算各資源的運(yùn)行狀態(tài)，基于資源單體模型進(jìn)一步可以構(gòu)建資源集群聚合模型。為了衡量負(fù)荷集群的功率水平，文獻(xiàn)［63-64］構(gòu)建了狀態(tài)序列聚合模型，他們將溫度控制區(qū)間進(jìn)行分組，通過計算各組的概率密度來計算聚合功率。為了能夠反應(yīng)空調(diào)集群的功率變換過程，文獻(xiàn)［65］通過構(gòu)建變狀態(tài)數(shù)的狀態(tài)序列模型，有效提高了聚合精度。狀態(tài)序列模型原理簡單，求解難度小，但聚合精度一般且不適用于參數(shù)異質(zhì)性強(qiáng)的場景。為了提高聚合模型構(gòu)建的精度與適用場景，文獻(xiàn)［66］提出了一種基于蒙特卡洛模擬法的溫控負(fù)荷集群Fokker-Planck 聚合模型；為了實(shí)現(xiàn)對模型的高效求解，文獻(xiàn)［67］提出了一種溫控負(fù)荷集群Fokker-Planck 聚合模型的拉普拉斯反變換求解方法。該模型能夠有效反映負(fù)荷集群工作過程中的開關(guān)狀態(tài)，精確計算聚合功率，然而模型存在求解困難或非可行解的情況，難以廣泛推廣應(yīng)用。為了進(jìn)一步反映虛擬電廠外特性，簡化模型求解過程，增加模型適用范圍，文獻(xiàn)［68-69］將室溫看作能量儲能系統(tǒng)，將溫控負(fù)荷功率看作儲能充放電功率，構(gòu)建了定頻型溫控負(fù)荷的虛擬儲能模型，并提出了參數(shù)確定方法。虛擬儲能模型具有良好的普適性，還能夠?qū)崿F(xiàn)變頻空調(diào)的聚合［70］。文獻(xiàn)［71］進(jìn)一步模擬了模型在電力市場中的運(yùn)行行為，發(fā)現(xiàn)模型在一定程度上能夠替代傳統(tǒng)鋰電池在電網(wǎng)服務(wù)中的作用。虛擬儲能模型原理簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)異質(zhì)性負(fù)荷的聚合，具有很好的推廣前景。

4.4 電動汽車

電動汽車使用規(guī)模的不斷擴(kuò)大，在傳統(tǒng)的集中控制模式下同樣會產(chǎn)生維數(shù)災(zāi)的問題，如何減少優(yōu)化過程中的模型求解難度是電動汽車聚合的關(guān)鍵。文獻(xiàn)［72］構(gòu)建了一種按照電壓等級進(jìn)行劃分的分層聚合模型，針對同層資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度來降低算法求解難度；文獻(xiàn)［73］構(gòu)建了一種考慮多重不確定性因素的電動汽車聚合模型；文獻(xiàn)［74］定義了用戶滿意度概念，構(gòu)建了一種可擴(kuò)展至各類柔性可控資源的電動汽車聚合模型，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了多類型資源的統(tǒng)一聚合。

通過對虛擬電廠內(nèi)部源-荷-儲各類可控資源的聚合，基于資源聚合模型能夠進(jìn)一步擬合資源集群的外特性，例如爬坡率、響應(yīng)時間與調(diào)節(jié)潛力等特征。通過整合各資源集群的外特性能夠生成虛擬電廠整體運(yùn)行特征，進(jìn)而形成虛擬電廠運(yùn)行邊界，為優(yōu)化運(yùn)行提供基礎(chǔ)。

5 虛擬電廠內(nèi)運(yùn)行優(yōu)化

虛擬電廠內(nèi)部運(yùn)行優(yōu)化，即根據(jù)虛擬電廠運(yùn)行目標(biāo)制定最優(yōu)運(yùn)行決策的過程。在優(yōu)化決策過程中，虛擬電廠通過各資源聚合模型，結(jié)合各智能終端采集的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)等信息確定系統(tǒng)運(yùn)行邊界，進(jìn)而形成虛擬電廠內(nèi)部優(yōu)化約束條件。虛擬電廠在電網(wǎng)中主要參與電力市場與電網(wǎng)輔助服務(wù)，參與方式如圖4 所示，優(yōu)化調(diào)度中的目標(biāo)主要為經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)或電網(wǎng)輔助服務(wù)能力最優(yōu)。

圖4 虛擬電廠內(nèi)運(yùn)行優(yōu)化Fig.4 Optimization of operation in VPP

5.1 經(jīng)濟(jì)調(diào)度

虛擬電廠作為獨(dú)立運(yùn)營的主體，在激烈的市場競爭中，用能效率是保持競爭力和盈利能力的關(guān)鍵。在經(jīng)濟(jì)調(diào)度下，針對虛擬電廠研究的側(cè)重點(diǎn)各不相同，為了提高電網(wǎng)對分布式能源消納能力，文獻(xiàn)［7］則根據(jù)虛擬電廠的組成單元特征構(gòu)建虛擬電廠源-荷-儲多元備用容量系統(tǒng)，在降低棄風(fēng)電量方面效用顯著；文獻(xiàn)［75］在經(jīng)濟(jì)調(diào)度中，構(gòu)建了風(fēng)光儲分層容量配置模型，利用負(fù)荷側(cè)可控資源，有效提高了負(fù)荷曲線與可再生能源曲線的吻合度，在提高了新能源消納比例的同時還優(yōu)化了電池配置容量；文獻(xiàn)［76］通過動態(tài)聚合分散式可控資源，構(gòu)建了電力市場雙層交易互動模型，有效提高了能源利用率的同時降低了運(yùn)行成本。

在“雙碳”政策下，碳排放量成為虛擬電廠運(yùn)行過程中的一大重要指標(biāo)，碳交易和綠證交易能夠有效減少虛擬電廠的運(yùn)行成本［77］。文獻(xiàn)［78］提出了一種考慮階梯式碳交易和綜合需求響應(yīng)的虛擬電廠低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，建立了虛擬電廠低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，有效提高了電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性并降低了碳排放量；文獻(xiàn)［79］將發(fā)電側(cè)與需求側(cè)調(diào)峰資源相結(jié)合，建立核-火-虛擬電廠三階段聯(lián)合調(diào)峰模型，并引入碳交易機(jī)制，從經(jīng)濟(jì)性與低碳性兩方面綜合分析運(yùn)行成本；文獻(xiàn)［80］建立了一種碳交易機(jī)制下計及用電行為的虛擬電廠經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，使可再生能源能參與到碳交易中，并促進(jìn)用戶側(cè)與發(fā)電側(cè)的協(xié)同，提高虛擬電廠的減排效益。

在經(jīng)濟(jì)調(diào)度中，通常構(gòu)建激勵型響應(yīng)的運(yùn)行成本函數(shù)來引導(dǎo)用戶行為。文獻(xiàn)［81］考慮激勵型需求響應(yīng)的VPP 優(yōu)化調(diào)度，通過激勵型響應(yīng)引導(dǎo)用戶側(cè)柔性負(fù)荷參與調(diào)度決策，有效提高了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益；文獻(xiàn)［82］提出了一種基于激勵型需求響應(yīng)的多級補(bǔ)償電價機(jī)制，以收益最大為目標(biāo)，建立了虛擬電廠參與日前市場和日內(nèi)平衡市場的兩階段經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，有效平衡了風(fēng)光出力偏差，提高虛擬電廠的收益。文獻(xiàn)［83］將電價型和激勵型需求響應(yīng)措施相結(jié)合，建立電熱綜合需求響應(yīng)模型，有效提高了虛擬電廠運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)效益。

虛擬電廠在經(jīng)濟(jì)調(diào)度的同時會受到電力市場價格機(jī)制，如分時電價的影響。文獻(xiàn)［84］提出一種基于風(fēng)電功率的分時電價劃分方法，實(shí)現(xiàn)虛擬電廠聚合蓄熱式電采暖參與基于分時電價的清潔供暖交易優(yōu)化運(yùn)營，達(dá)成減小棄風(fēng)，提高經(jīng)濟(jì)效益這一目標(biāo)；文獻(xiàn)［85］基于分時電價機(jī)制以虛擬電廠經(jīng)濟(jì)最優(yōu)為目標(biāo)，增加功率平衡、風(fēng)/光新能源預(yù)測出力和儲能系統(tǒng)運(yùn)行成本等系統(tǒng)約束條件，建立虛擬電廠經(jīng)濟(jì)最優(yōu)調(diào)度模型。

5.2 電網(wǎng)輔助服務(wù)

此外，虛擬電廠運(yùn)行優(yōu)化另一大目標(biāo)是提高虛擬電廠運(yùn)行的穩(wěn)定性即做到緊急功率支撐。目前常用支撐手段如調(diào)頻，文獻(xiàn)［86］采用虛擬發(fā)電廠整合分布式能源參與電力系統(tǒng)的一次調(diào)頻，提出虛擬發(fā)電廠采用串聯(lián)運(yùn)行控制和并聯(lián)運(yùn)行控制兩種控制策略，使虛擬發(fā)電廠減小新能源接入電網(wǎng)的沖擊性。文獻(xiàn)［87］計及VPP 有功功率響應(yīng)對電網(wǎng)頻率動態(tài)的影響，構(gòu)建擴(kuò)展系統(tǒng)頻率響應(yīng)模型，能夠有效評估并調(diào)整VPP 支撐大電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的能力，提高擾動事故后的暫態(tài)最低頻率。

在緊急功率支撐方面，文獻(xiàn)［23］提出了VPP 參與電網(wǎng)緊急控制機(jī)制與調(diào)控策略，從而將DER 納入電網(wǎng)緊急控制技術(shù)體系。文獻(xiàn)［88］則構(gòu)建兼顧物理狀態(tài)和用戶行為的DER 運(yùn)行模型，提出考慮狀態(tài)轉(zhuǎn)移及邊界約束的緊急功率多時間尺度調(diào)節(jié)能力在線計算方法，構(gòu)建更加靈活的網(wǎng)源荷儲互動的新型緊急控制系統(tǒng)。

6 多虛擬電廠協(xié)同優(yōu)化

多虛擬電廠協(xié)同優(yōu)化是指將多個虛擬電廠作為一個整體來進(jìn)行管理和優(yōu)化，以提高能源效率和經(jīng)濟(jì)效益。在這種模式下，多個虛擬電廠通過先進(jìn)的信息技術(shù)和控制系統(tǒng)相互連接，共享資源和信息，共同對分布式能源資源進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度。

虛擬電廠需要彼此之間相互配合才能更有效地發(fā)揮自身的調(diào)節(jié)能力，多個虛擬電廠之間呈現(xiàn)互補(bǔ)合作關(guān)系，此時虛擬電廠間的協(xié)同優(yōu)化往往需要與博弈論手段進(jìn)行結(jié)合。為了提高虛擬電廠整體配合的效果，最大程度發(fā)揮虛擬電廠的綜合調(diào)節(jié)能力，文獻(xiàn)［89］提出了一種考慮碳交易的多虛擬電廠聯(lián)盟博弈優(yōu)化方法，有效提高了分布式資源的綜合運(yùn)行效益與能源利用率；文獻(xiàn)［90］針對多個VPP 間的交易博弈問題，考慮物理網(wǎng)絡(luò)特性對博弈過程的影響，提出了計及配電網(wǎng)運(yùn)行約束的多VPP 合作博弈策略。文獻(xiàn)［91］將主從博弈與Kriging 模型相結(jié)合，建立DSO 和VPP 的一主多從博弈模型，并提出基于Kriging 模型的主從博弈均衡算法。虛擬電廠作為獨(dú)立運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)主體，往往要考慮自身運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，在多個虛擬電廠間還存在競爭關(guān)系，文獻(xiàn)［92］則綜合考慮多虛擬電廠形成的多決策主體利益關(guān)聯(lián)與沖突的局面，建立了考慮網(wǎng)絡(luò)安全約束的多虛擬電廠主從博弈優(yōu)化運(yùn)行方法。文獻(xiàn)［93］提出了多VPP 日前隨機(jī)博弈與變時間尺度協(xié)同優(yōu)化方法，針對實(shí)時預(yù)測信息的更新和波動，考慮調(diào)度偏差減少率與綜合成本增加率的博弈，有效適應(yīng)多種不確定性運(yùn)行場景，在保證經(jīng)濟(jì)性的同時提升了功率曲線跟蹤能力。

魯棒優(yōu)化采用不確定集表征參數(shù)不確定性，克服隨機(jī)規(guī)劃中不確定參數(shù)概率分布難以準(zhǔn)確獲取的困難，且決策方案可以根據(jù)魯棒系數(shù)靈活調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行。文獻(xiàn)［94］構(gòu)建了多虛擬電廠非合作動態(tài)博弈日前市場優(yōu)化交易模型，將確定性競標(biāo)模型擴(kuò)展為兩階段魯棒優(yōu)化模型，并通過列約束生成算法對主、子問題進(jìn)行交替求解，為虛擬電廠市場交易提供思路和參考。文獻(xiàn)［95］提出了一種基于非合作博弈理論和魯棒優(yōu)化思想的多VPP 參與日前市場的競標(biāo)博弈方法，通過強(qiáng)對偶理論和魯棒優(yōu)化方法將確定性競標(biāo)模型擴(kuò)展為魯棒優(yōu)化模型，并在模型中引入了魯棒調(diào)節(jié)系數(shù)來靈活調(diào)整VPP 競標(biāo)方案的保守性。

此外，多虛擬電廠協(xié)同優(yōu)化的研究除了優(yōu)化手段，也針對不同場景進(jìn)行了眾多研究。在多時間尺度場景下，文獻(xiàn)［96］基于多虛擬電廠參與電力市場時的雙層協(xié)調(diào)機(jī)制，和減小預(yù)測不確定性這一目標(biāo)，建立基于機(jī)會約束規(guī)劃的多時間尺度優(yōu)化模型。文獻(xiàn)［97］考慮可再生能源出力、電力負(fù)荷和電價等一系列不確定性因素，提出了高比例可再生能源滲透下的多虛擬電廠日內(nèi)兩階段優(yōu)化調(diào)度模型?？紤]電力市場的參與和電價不確定性場景下，文獻(xiàn)［98］提出了滿意度的概念，為多VPP 之間電量交易提供合理的電價制定方案，從而為雙邊合同的簽訂提供了定量依據(jù)，同時為增量配電網(wǎng)投資商提供了具有參考價值的運(yùn)營策略。

7 發(fā)展前景與挑戰(zhàn)

隨著我國對清潔能源的大力發(fā)展，虛擬電廠技術(shù)在提高新能源并網(wǎng)穩(wěn)定性、提高未來新能源占比具有關(guān)鍵作用，具有很廣闊的發(fā)展前景?，F(xiàn)有國內(nèi)外關(guān)于虛擬電廠的研究還不能完全適用于我國目前的發(fā)展?fàn)顩r，虛擬電廠在實(shí)際應(yīng)用中的發(fā)展前景與未來的挑戰(zhàn)可能包含以下幾個方面：

1）虛擬電廠對內(nèi)部各資源進(jìn)行建模的過程中，精細(xì)化的模型構(gòu)建能夠精確反映虛擬電廠的運(yùn)行特征與調(diào)節(jié)邊界，能夠?yàn)樘摂M電廠運(yùn)行優(yōu)化提供有效支撐。精確的模型構(gòu)建需要基于各資源物理運(yùn)行原理，例如在熱能傳輸中涉及熱網(wǎng)的構(gòu)建，氣體傳輸?shù)倪^程中涉及壓力、流量等信息的建模，這無疑加大了模型構(gòu)建的難度。如何在簡化資源模型的過程中還能有效提高模型的精度仍有待研究。為了同時降低模型運(yùn)算難度并提高模型通用性便于資源聚合，可以考慮構(gòu)建資源多類型、異質(zhì)性一階通用數(shù)學(xué)模型，便于虛擬電廠的資源管理與可調(diào)能力的分析。

2）在資源聚合方面，為了構(gòu)建資源聚合模型，往往需要獲取單體資源的模型參數(shù)。然而海量分布式可控資源的模型參數(shù)有數(shù)量多、獲取難度大的特點(diǎn)。如何通過合理手段模擬分布式資源中的異質(zhì)性參數(shù)，進(jìn)而形成聚合模型參數(shù)，是提高聚合模型精確程度的關(guān)鍵。未來可以采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)曲線擬合能力來實(shí)現(xiàn)資源集群的聚合模型參數(shù)擬合，利用海量可控資源的運(yùn)行狀態(tài)來進(jìn)行模型訓(xùn)練，利用擬合后的參數(shù)表征資源集群的運(yùn)行情況。

同時在資源聚合過程中，低成本通信技術(shù)與海量數(shù)據(jù)實(shí)時可靠交互十分關(guān)鍵。還須解決在數(shù)據(jù)傳輸過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)丟失與誤差問題，實(shí)現(xiàn)不完整數(shù)據(jù)優(yōu)化。

3）在運(yùn)行優(yōu)化方面，由于用戶行為、資源參數(shù)、模型誤差、通信延時等不確定性因素導(dǎo)致的優(yōu)化過程中的優(yōu)化目標(biāo)確定性與優(yōu)化條件不確定性之間的矛盾成為挑戰(zhàn)。通常表現(xiàn)為系統(tǒng)運(yùn)行中的多種不確定性因素對優(yōu)化模型的影響，例如風(fēng)光出力的不確定性、電動車用戶行為的不確定性、溫控負(fù)荷用戶響應(yīng)意愿的不確定性等。大量不確定的因素會導(dǎo)致系統(tǒng)在響應(yīng)的過程中出現(xiàn)誤差，影響虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度的結(jié)果。充分考慮各類資源中的不確定性因素使得虛擬電廠更有效地參與經(jīng)濟(jì)調(diào)度與電網(wǎng)服務(wù)。

4）虛擬電廠在運(yùn)行過程中，往往需要保證自身內(nèi)部資源的信息不被泄露，以此來保證自身在電力市場中的競爭力。如何系統(tǒng)性構(gòu)建虛擬電廠信息交互環(huán)節(jié)，保證信息交互過程中的安全性十分關(guān)鍵。未來虛擬電廠的發(fā)展中，可以通過分層信息傳輸框架來保證信息的安全性，利用多個小型管控終端實(shí)現(xiàn)局域資源信息采集與管控，通過外特征整合后上傳至虛擬電廠云端控制中心，既能充分發(fā)揮虛擬電廠的調(diào)節(jié)能力，又能保證內(nèi)部信息的安全。

8 結(jié)束語

隨著可再生能源滲透率不斷提高，火電機(jī)組比重逐漸下降，電網(wǎng)調(diào)度靈活性受到挑戰(zhàn)。虛擬電廠通過先進(jìn)的通信、聚合、控制技術(shù)，能夠協(xié)同海量分布式可控資源參與電網(wǎng)互動，是提高電網(wǎng)靈活性、促進(jìn)分布式資源與大電網(wǎng)協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行、促進(jìn)電力系統(tǒng)清潔高效穩(wěn)定運(yùn)行的有效技術(shù)手段。

基于虛擬電廠的定義，文中梳理了虛擬電廠的發(fā)展歷程，認(rèn)為虛擬電廠是協(xié)同源-荷-儲多類型分布式可控資源的資源管控平臺，是統(tǒng)一海量分布式資源參與大電網(wǎng)互動的重要手段?；谖覈F(xiàn)有虛擬電廠相關(guān)研究與具體實(shí)踐，梳理端-邊-網(wǎng)-云系統(tǒng)分層聚合管控框架，并提出了虛擬電廠中的關(guān)鍵問題。按照資源類別介紹了目前虛擬電廠中各類分布式可控資源典型的建模與聚合方法；在協(xié)同優(yōu)化方面，構(gòu)建雙層協(xié)同優(yōu)化架構(gòu)，形成對內(nèi)部資源協(xié)調(diào)優(yōu)化、外部獨(dú)立參與市場交易與電網(wǎng)服務(wù)的“對外統(tǒng)一、對內(nèi)協(xié)調(diào)”的運(yùn)營模式；最后，各研究內(nèi)容結(jié)合相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行了展望。

虛擬電廠將成為未來高比例可再生能源場景下新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)手段，文中研究為虛擬電廠系統(tǒng)運(yùn)行架構(gòu)與相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)提供理論支撐，現(xiàn)階段我國的虛擬電廠發(fā)展仍處于起步階段，在未來虛擬電廠仍需要進(jìn)一步的理論與實(shí)踐研究。