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摘要：本文从虚拟电厂的概念本质出发，对可再生能源发电并网现状及其在电网中消纳情况进行解析。综合考虑中国电网和科学技术的发展，分析虚拟电厂在电力系统中的发展前景，指出虚拟电厂技术为高效消纳可再生能源提供了可能，虚拟电厂概念的应用有助于形成可再生能源友好型电网，为新能源电力系统与能源互联网提供理论基础。
关键词：虚拟电厂，可再生能源，友好并网
1引言
随着新能源并网技术的发展和国家政策的大力支持，越来越多的分布式电源接入电网。“十二五”期间，我国风能、太阳能等可再生能源发展迅速，截止2015年，风力发电装机容量达到1.31亿kW、光伏发电达到0.42亿kW[1-2]；“十三五”期间，风电新增投产装机容量0.79亿kW以上、太阳能发电新增投产装机容量0.68亿kW以上[1]。中国成为风力发电和太阳能发电装机容量最大的国家，分布式电源的高效接纳是“十三五”期间的重要任务之一。
随着全球化石能源紧缺、气候多变及环境污染等问题突出[3]，人们越来越倾向于选择环境友好的风能、太阳能等可再生能源。然而，分布式电源大量并网运行，能提供清洁的能源供应、减少温室气体的排放；也会带来一系列的负面影响，比如影响电压质量、产生谐波等，电网的安全性和可靠性受到威胁。由于分布式电源规模较小、数量较多、布局分散，输入能量具有不稳定性和间歇性的特点。为实现分布式电源的控制和管理，并减少弃风、弃光现象的发生，充分发挥分布式能源的积极作用，虚拟电厂（virtualpowerplant，VPP）引起人们的广泛关注。
2虚拟电厂
2.1虚拟电厂概念
虚拟电厂最早源于ShimonAwerbuch博士在1997年发表的著作中提到的“虚拟公共设施”一词，他指出：虚拟公共设施是独立且以市场为驱动的实体之间的一种灵活合作，这些实体不必拥有相应的资产而能够为消费者提供其所需要的高效电能服务。虚拟电厂没有改变区域内分布式电源并网方式，没有改变分布式储能结构，是通过先进的通信设施和手段，将相应的分布式电源、分布式储能设备、可控负荷、参与调度的电动汽车等结合起来，作为一个独立的可对外输出能量的特殊电厂进行运行。目前，虚拟电厂仍处于研究阶段，没有明确的定义。
2.2虚拟电厂的特征
与传统电厂相比，虚拟电厂具有几个不同特征：
1)虚拟电厂的构成多样化。虚拟电厂可通过多种形式的分布式电源进行发电，实现对外输出电力；又能通过调节可控负荷、储能设备等实现电能储存。
2)虚拟电厂的成本较低。从定义可以看出，虚拟电厂没有实物，是利用区域内的发电、储能等相关单元通过先进的通信技术将区域内节省的电能输送到电网。对外输送的电能仅利用现有资源，并没有新增发电设备。
3)虚拟电厂具有环保性。虚拟电厂构成资源主要是新型可再生能源，对环境影响较小。虚拟电厂对外输送电能实现理论上的零排放。
4)虚拟电厂具有竞争性。虚拟电厂输出的能量能参与电网调度，与公共电网进行竞争。还能参与备用容量市场和辅助服务市场，减少电网中传统备用容量减少火力发电厂装机容量，即减少电力资源的闲置或浪费。
3可再生能源
随着经济、科技的发展，人类社会对煤、石油等化石能源的需求不断增长，这导致世界一次能源的供应日趋紧张，并且生态环境不断恶化，使得太阳能、风能等可再生能源的开发利用越来越受到人们的重视。分布式发电技术正是在能源危机和环境保护的重压下不断地发展成熟起来，该技术的使用有利于建设资源节约型和环境友好型的社会。
3.1可再生能源分类
3.1.1光伏发电
光伏发电是依靠光伏电池板等太阳能电池组件，利用半导体材料的电子学特性，将太阳光辐射能转化为电能的直接发电方式。太阳能电池(简称光伏电池)作为光伏发电系统(PhotovoltaicPowerGeneratingSystem，简称PV系统)中将太阳能转化为电能的主要部件，是由多个特性相同的光伏组件经过串联或并联组成。因为电池板自身的特性，光生电流随着外界光照强度和温度的改变而变化。当光照强度恒定、外界温度不变时，在电池上接入负载RL，导体上有光生直流电流流过，端电压Uo在负载两端建立。
3.1.2风力发电
风能是一种巨大的、无需补偿的可持续利用的清洁能源。风力发电具有环保性好，风能可再生，不消耗化石燃料，不排放碳化物等优点，可持续的利用自然界蕴含的巨大的风能资源。风力发电机由风轮、塔架、发电机、调向器、储能装置和限速安全机构等组成。风力发电机的工作原理：在风的作用下，叶轮转动将风的动能转化为风轮轴的机械能，在转子轴的带动下发电机做旋转运动，从而将风轮轴的机械能转化成电能。风力发电机组是实现能量转换的设备，它是将风能转换成电能的机械、电气及其控制设备的组合，通常包括风轮机、发电机、变速器及控制装置等。
3.2分布式发电特点
分布式发电技术具有独特的可靠性、经济性和环保性，引起人们越来越多的关注。分布式发电与传统的电力系统相比主要有如下优点：
1）能源分散，独立发电。
风能、太阳能等可再生能源分布范围广，分布式电源可以就地取材发电，因此分布式发电系统中各发电单元相互独立，电力用户可以自行控制，不会发生大规模停电事故，所以安全可靠性大大提高。
2）互为补充，供电可靠。
分布式发电可以弥补大电网安全稳定性的不足，在意外灾害发生时继续供电，对于电力用户来说，分布式发电与传统集中供电系统互为备用电源，所以供电可靠性较高。
3）环境友好。
分布式电源主要以清洁可再生能源为燃料，同时使用先进的能源转换技术，极大程度的减少污染物的排放。
4）成本低。
分布式发电的输配电损耗很低，甚至没有，分布式电源大部分建设在居民区或配电端，无需远距离送电，不用建设配电站和高压输电线，使输电、配电的成本降到最低，甚至可以忽略。
5）满足多样化用户需求。
6）调峰性能好。
操作简单，由于参与运行的系统较少，装机容量小，启停快速，便于实现全自动。
3.3储能技术
在现有的电力系统中，如果发生故障或者大扰动，为了保证系统稳定运行不得不甩负荷甚至切除发电机，这都是因为同步发电机不能保证快速响应以保持系统功率平衡和稳定运行。如果电网中加入储能装置，因其能根据需要快速地吸收或发出有功功率和无功功率，具有一定的削峰填谷、平衡负荷、调整频率的能力，从而提高电能质量和系统运行的稳定性。同时储能技术能更好的实现电力系统的能量管理，尤其在可再生能源和分布式发电领域，逐渐成为提高分布式发电系统效率和促进可再生能源合理利用的重要手段。正因为如此，世界各国都在积极开展这方面的研究。
4虚拟电厂在我国的发展前景
在分布式发电系统中，太阳能和风能具有随机性和间断性，为了电网稳定运行，为了更高效地利用可再生能源，引入虚拟电厂的概念十分必要，从而保障分布式电源更加连续、稳定、可靠运行。虚拟电厂将成为智能电网和全球能源互联网建设中重要的一种电能汇集形式，具有广阔的发展前景。
1）虚拟电厂内部发电资源具有互补性，减少出力的不确定性。
2）虚拟电厂内部含有多个分布式单元，动态组合便于调整规模。
3）虚拟电厂采用先进的通信技术和大数据处理技术，能快速处理数据做出响应。
基于分布式发电的虚拟电厂通过先进的通信技术和控制结构，能够解决电网中各种类型的分布式电源随机波动的问题，并将一定区域内的能量聚集为一个整体对外输出电能，同时各分布式单元能随时并入或退出虚拟电厂，实现区域内部电量与负荷的平衡。
参考文献
[1]国家发展改革委，国家能源局.电力发展“十三五”规划（2016-2020年）[R].北京：国家发展改革委，国家能源局，2016.
[2]潘尔生，王新雷，徐彤，田雪沁，马实一，颜静.促进可再生能源电力接纳的技术与实践[J].电力建设，2017，2（38）.
[3]廖秀英，王婷，程辉等.中国CO2能源排放量与CO2大气浓度时空分布研究[J].湖南科技大学学报（自然科学版），2014，29（3）：103-107.