中国储能网讯：在当今的电力行业，新能源发展势头迅猛，但大规模新能源接入电网，就像给电网带来了一场 “随机波动风暴”。以风电、光伏发电为代表的分布式电源，虽然环保又有潜力，可它们的发电不稳定，时而多时而少，这让电网调度运行头疼不已。为了解决这个难题，“虚拟电厂” 应运而生。今天咱们就一起来深入了解下，虚拟电厂是怎么借助分时电价，实现经济效益最大化，还能提高电能质量的。
虚拟电厂：新能源的 “稳定器”
虚拟电厂并不是真正意义上的发电厂，它更像是一个能源 “大管家”。它把地域分散、类型多样的分布式电源，比如风电、光伏，还有储能系统、可控负荷等聚合在一起，进行统一管理和协调运行。这样一来，就把新能源发电的不稳定问题给 “驯服” 了，不仅能充分发挥分布式电源的效益，还提高了供电可靠性，让我们用电更稳定。打个比方，虚拟电厂就像一个交响乐团的指挥，各个分布式电源是乐团里的乐器手。每个乐器手（分布式电源）单独演奏（发电）时可能节奏不太一致，但在指挥（虚拟电厂）的协调下，就能演奏出和谐美妙的音乐（稳定供电）。
分时电价：虚拟电厂的 “赚钱密码”
大家都知道，电在不同时间段的价格不一样，这就是分时电价。在用电低谷期，电价便宜；用电高峰期，电价就贵。对于虚拟电厂来说，分时电价可是个 “宝藏”。
实施分时电价后，虚拟电厂的可控电源会根据电价来调整发电计划。当可控电源发电成本高于分时电价时，发电就不划算了，虚拟电厂就会安排它停机，避免增加发电成本。就好比你去市场买菜，发现今天菜价太贵，比自己种还贵，那肯定就不买了。
储能系统在分时电价策略里也发挥着大作用。它可以在电价低的时候 “囤电”，把配电网低价的电量储存起来，等到电价高的时候再把电卖出去，从中赚取差价。这就像我们在商场打折的时候囤货，等涨价了再卖，就能赚一笔。所以，分时电价激励着虚拟电厂积极参与电网削峰填谷，降低发电成本，获得更好的经济效益。
虚拟电厂的 “经济账”：优化调度模型
为了在分时电价机制下赚更多钱，虚拟电厂得精心算一笔 “经济账”，这就有了基于分时电价的经济性优化调度模型。这个模型以各时段内虚拟电厂获得收益最大为目标，同时考虑了好多成本因素，像各分布式能源运行管理成本、燃气轮机燃料成本，还有偏离出力计划的惩罚成本等。
目标函数的公式看起来有点复杂，但简单来说，就是用每个时段卖电的收入，减去运行管理成本、能耗成本和惩罚成本，剩下的就是净收益，虚拟电厂要做的就是让这个净收益最大。
这里面还有不少约束条件。功率平衡约束就像是一个天平，要保证虚拟电厂各部分的发电、储能、用电等功率加起来是平衡的，不能这边发电太多用不完，那边又不够用。可控电源功率约束规定了像燃气轮机这类可控电源的发电功率范围，不能想发多少就发多少。抽水蓄能和储能电池也有各自的约束条件，比如抽水蓄能的库容有限制，储能电池的电量、充放电功率也都有上下限。这些约束条件就像是游戏规则，让虚拟电厂在合理的范围内运行。
虚拟电厂的运行策略：分工明确，协同作战
不可控 DG 运行策略
风力发电和光伏发电这些新能源，就像免费的 “能量宝藏”，虚拟电厂肯定要优先利用。只要它们能发电，就尽量让它们满负荷运转，充分发挥新能源的优势，既环保又省钱。
可控电源运行策略
燃气轮机作为可控电源，它的运行策略很灵活。要是发电成本比售电电价还高，那发电就是亏本买卖，燃气轮机就会选择停机休息。相反，如果发电成本低于售电电价，燃气轮机就会火力全开地发电赚钱。要是不可控 DG 发电太多，储能系统都装不下了，燃气轮机就会根据情况少发电，避免浪费能源。
储能系统运行策略
储能系统就像一个 “电力蓄水池”，负责调节电力的余缺。当不可控 DG 发电量不足，和计划出力有偏差时，储能系统就会发电来补上缺口。如果偏差小，储能电池自己就能搞定；要是偏差大，超出了水轮机最小出力，抽水蓄能和储能电池就会联合发电。反过来，不可控 DG 发电量超出计划时，储能系统就开始储能。偏差小的时候，储能电池自己储存多余电量；偏差大时，抽水蓄能和储能电池就一起储能。而且，抽水蓄能还会在分时电价谷段低价购电储能，在峰段高价售电，进一步提高虚拟电厂的经济效益。
虚拟电厂的运行流程是这样的：先预测不可控 DG 次日出力，得到出力曲线；然后综合考虑各种因素，优化并申报次日的出力计划；配电网确认后，虚拟电厂再进行经济性优化调度，最终得出实时优化调度结果，让整个运行过程高效又合理。
算例分析：策略真有效，联合更给力
为了验证这些策略和模型好不好用，作者进行了详细的算例分析。假设虚拟电厂由 5 个 220MW 风电场、3 个 100MW 光伏发电场、100MW 燃气轮机、150MW 的抽水蓄能以及 50MW 的储能电池组成。
燃气轮机出力系数分析
研究发现，燃气轮机的出力系数对虚拟电厂的效益影响很大。当出力系数在一定范围内变化时，惩罚成本和净效益都会改变。经过实验，当出力系数为 1 时，虽然惩罚成本和最佳值（0.76 时的惩罚成本）相差不大，但此时燃气轮机满发，虚拟电厂的经济效益最好。从燃气轮机的出力曲线可以看出，在晚上 23 点到早上 7 点这些时段，发电成本高于购电电价，燃气轮机就会停机，其他时段则按照运行策略正常发电。这说明虚拟电厂可以通过合理调整可控电源运行策略，适应分时电价环境，降低运行成本，提高经济效益。
预测误差对经济性影响分析
不可控电源的出力预测误差也不容忽视。随着风电、光伏发电平均绝对误差增大，虚拟电厂的效益明显减少，惩罚成本却大幅增加。当误差增大到 1.5 倍时，效益比原来减少了 138600 元，惩罚成本增加了 74530 元。这清楚地表明，不可控电源出力预测得越准，虚拟电厂的经济效益就越好，对电网的稳定运行也越有利。
抽水蓄能和储能电池场景VPP经济性分析
观察抽水蓄能和储能电池的运行情况发现，抽水蓄能在电价谷段积极蓄能，在峰段和平时段参与补偿偏差、削峰填谷。储能电池则全时段都在补偿偏差。在燃气轮机停机的时段，主要靠新能源和储能电池供电，出力偏差较大；燃气轮机发电时，新能源、燃气轮机一起供电，再加上抽水蓄能和储能电池联合运行，出力偏差就变小了。从效益曲线来看，在谷段净效益少，峰段净效益高。参与削峰填谷后，虚拟电厂净效益明显增加，配电网波谷差也降低了，这充分证明了虚拟电厂参与削峰填谷的积极作用。
4 种储能系统场景下 VPP 经济性对比分析
对比无储能系统、储能电池单独运行、抽水蓄能单独运行以及两者联合运行这 4 种场景，发现抽水蓄能和储能电池联合运行效果最佳。联合运行时，净收益比无储能系统高 706500 元，比只有储能电池高 507200 元，比只有抽水蓄能时高 114500 元，而且惩罚成本降低了 567710 元。这是因为抽水蓄能和储能电池各有优缺点，联合运行可以互补，抽水蓄能负责补偿大出力偏差、参与削峰填谷，储能电池补偿小出力偏差，这样就能兼顾两者的局限性，让虚拟电厂获得更好的经济效益和电能质量。
结语：虚拟电厂前景无限
通过这一系列的研究和分析，可以看出基于分时电价的虚拟电厂运行策略和经济性优化调度模型效果显著。虚拟电厂可以通过合理安排可控能源运行策略、选择合适的可控电源出力系数，有效降低运行成本，提高经济效益。同时，不可控电源出力预测误差对虚拟电厂经济性影响很大，精准预测很关键。配电网分时电价激励着虚拟电厂积极参与削峰填谷，让分布式电源更好地融入电网运行。在大规模不可控新能源接入电网的情况下，抽水蓄能和小规模储能电池联合运行是个绝佳选择，能让虚拟电厂在经济收益和电能质量上实现双丰收。
未来，随着新能源的不断发展和电力市场改革的深入，虚拟电厂有望在电力系统中发挥更大的作用，为我们带来更稳定、更经济、更环保的电力供应。说不定在不久的将来，虚拟电厂会成为电力行业的 “中流砥柱”，让我们一起拭目以待！
