家电变身 "电力精灵"：虚拟电厂让冰箱空调成为电网好帮手
发布日期：2025/8/23
你家的空调会在用电高峰时悄悄调高一度，电动车会在半夜电价便宜时自动充电 —— 这些看似微小的调整，其实正在改变整个电网的运行方式。随着风电、光伏等新能源越来越多，电网就像坐了过山车，时高时低很不稳定。上海交通大学的研究团队最近找到了一个巧妙的解决方案：把千家万户的电器、电动车等分散的 "灵活性资源" 聚合成一个 "虚拟电厂"，让它们齐心协力帮电网调峰，既稳定了供电，又能让用户省钱。
一、电网调峰的新难题：新能源多了，稳定难了
以前电网主要靠火电厂调节供电，就像有个 "大管家" 随时增减出力。但现在风电、光伏多了，情况就复杂了 —— 白天大太阳时光伏拼命发电，到了晚上用电高峰，偏偏太阳下山了；有风的时候风电大发，没风的时候又掉链子。这就导致电网经常出现 "发电过剩" 或 "供电不足" 的情况。
更麻烦的是，我们家里的空调、热水器，工厂的生产线，还有越来越多的电动汽车，这些用电设备其实都有调节潜力。比如空调温度调高 1℃，电动车推迟几小时充电，都能减少用电压力。但这些资源太分散了，就像一盘散沙，单个设备的调节能力根本达不到电网的调度门槛。
怎么把这些 "小散弱" 的资源变成能帮电网调峰的 "大力量"？研究团队想到了 "虚拟电厂" 这个妙招 —— 不用建新电厂，只是通过一套智能系统把分散的用电设备整合起来，统一调度。就像把无数小溪汇集成大河，力量自然就大了。
二、给零散资源画个 "能力圈"：什么是可行域聚合？
要管理这些分散的资源，首先得知道每个设备能做什么。比如电动车，每天需要充多少电、最快能充多快、什么时候必须充满，这些限制就像给它画了个 "能力圈"，也就是论文里说的 "可行域"。
研究团队把常见的灵活性资源分成四类，给每类资源都画了 "能力圈"：
电动汽车：要考虑电池容量、充放电速度，还要保证车主用车时电量充足，不能随便调度。
温控负荷：像空调、冰箱这类设备，温度在一定范围内波动不影响使用，比如夏天空调设 26℃和 27℃差别不大。
工业负荷：某些工厂的生产线可以调整开工时间，只要每天总的产量达标
居民负荷：比如洗衣机、热水器，只要在用户方便的时间段内完成工作，具体几点开不影响。
这些资源的 "能力圈" 形状各异，直接加起来很难管理。团队用了个数学技巧叫 "闵可夫斯基和"，简单说就是把不同形状的 "能力圈" 先近似成相似的多边形，再像搭积木一样拼起来，形成一个整体的 "能力圈"。这样虚拟电厂就知道手里有多少可调资源了。
举个例子，两个居民负荷的 "能力圈" 分别是蓝色和绿色的多边形，通过近似处理后变成灰色的相似多边形，叠加后就形成了一个更大的聚合 "能力圈"。虽然过程中会损失一点点精度，但计算效率大大提高，特别适合大规模资源的整合。
三、虚拟电厂的 "两阶段工作法"：日前投标 + 日内调度
有了聚合起来的 "能力圈"，虚拟电厂怎么参与调峰呢？研究团队设计了 "日前 + 日内" 的两阶段策略，就像咱们先做计划，再根据实际情况调整。
日前投标阶段：每天提前规划。虚拟电厂根据第二天的风电光伏预测、用户用电习惯，算出自己能提供多少调峰能力，比如中午 12 点到 2 点能削减 500kW 负荷，凌晨 2 点到 4 点能增加 300kW 负荷。然后向电网公司申报，就像投标一样说 "我能做这些，给我多少补偿"。
日内调度阶段：实时调整。实际运行中总会有偏差，比如突然变天导致风电出力减少。这时候虚拟电厂每 15 分钟滚动计算一次，根据最新情况修正调度计划，确保调峰效果。就像导航软件根据实时路况调整路线，保证准时到达。
算例显示，这种两阶段策略效果很好。比如在中午 12 点到 14 点的用电高峰，虚拟电厂能组织各类资源削减负荷；到了凌晨风光大发时，又能调动电动汽车、热水器等增加用电，消纳多余的新能源。
四、效果怎么样？数据来说话
研究团队做了三组对比实验，结果很明显：
不调峰（S1）：虚拟电厂收益是 - 4906 元，因为新能源出力不稳定，该卖电时没的卖，该买电时价格高，亏了。
零散资源各自调峰（S2）：收益 2013 元，但计算时间要 1079 秒，效率太低，而且很多小资源达不到市场门槛。
聚合后调峰（S3）：收益 1652 元，虽然比 S2 少一点，但计算时间只要 18 秒，效率提升几十倍，还能保护用户隐私（不用上报具体用电数据）。
更有意思的是，不同资源联合起来调峰效果更好。比如工业负荷单独参与调峰时收益为 0（达不到门槛），但和其他资源一起参与，能拿到 705 元收益。就像拔河比赛，一个人没劲，大家一起使劲就能赢。
调节指令的跟踪准确度也很高，整体达到 94.77%。也就是说电网公司让削减 100kW 负荷，虚拟电厂实际能做到 94.77kW，偏差很小。
五、普通人能得到什么好处？
这个技术听起来复杂，其实和我们生活息息相关。以后你的家电可能会更 "聪明"：
省钱：电价低时电器自动工作，比如半夜热水器烧水，电费能省不少。
环保：更多消纳风电光伏，减少火电厂发电，空气更清新。
可靠：电网更稳定，夏天用电高峰也不容易停电
当然，调度过程会充分尊重用户习惯，比如你设置了晚上 8 点必须用洗衣机，系统就不会把它调到别的时间。隐私也有保障，虚拟电厂只知道整个小区的调节潜力，不知道你家具体用了多少电。
六、未来展望：每个家庭都是虚拟电厂的一份子
随着智能家居越来越普及，未来会有更多设备加入虚拟电厂。研究团队下一步打算考虑电网线路的影响，让调度更精准。也许过不了多久，我们每个人的家都会成为虚拟电厂的一部分，在不知不觉中为低碳电网做贡献。
到那时，调峰不再是电网公司的事，而是我们每个人用日常用电行为共同完成的 "协作艺术"。你的每一次合理用电，都是在帮电网 "减负"，这样的未来是不是很有趣？
来源：虚拟电厂学习社 作者：萍姐
