虚拟电厂：“风光储+需求响应”助力双赢！
发布日期：2025/8/29
最近研究了一套能让虚拟电厂更省钱、用户用电更舒服的办法，不是空口说白话，有实际数据支撑。
首先得说个现状，现在风电、光伏这些清洁能源直接往电网里送，问题不少。要么电网不稳定，要么算下来不划算。但把它们打包进虚拟电厂就不一样了，能大大减少对电网的影响。我这次的核心目标很简单，就是让虚拟电厂整合后的一天 24 小时运行成本降到最低。要实现这个目标，得先算准未来 24 小时里新能源能发多少电、用户要用多少电，还得盯着电网不同时间的电价变化。
之前常用的粒子群算法有个毛病，容易困在局部最优解里出不来，就像走迷宫走到死胡同找不到出口。这次换了个改进的算法，叫反向学习的混沌映射自适应粒子群算法，它能跳出死胡同找到全局最优解，算出来的结果更靠谱。最后算出来的数据很有意思：让风光储和需求响应一起参与供电，比只靠风光储供电，运行成本能降 4.47%，用户舒适度还能提高 3.51%，这个提升幅度很实在。
先搞懂几个关键部分怎么运作
要弄明白整个方案，得先知道风电、光伏、需求响应各自是怎么回事，还有它们之间怎么配合。
风电怎么发电
风力发电机发多少电，全看风速。风速太低，低于切入风速，或者太高，超过切出风速，它都不干活，发电量就是 0。只有风速在切入风速和额定风速之间时，风速越高，发电量才越多，会跟着线性增长。等风速达到额定风速，发电量就稳定在最大的额定功率了，就算风速再高，也不会多发电。这里说的风速，不是随便乱变的，它符合双参数威布尔分布，有规律可循。
光伏怎么发电
光伏板发电就看光照和天气。光照越强，发电量通常越多。具体算的话，就是用某个时段的光照强度，乘以光伏板的总面积，再乘以光电转化效率，就能得出这个时段光伏的输出功率。这里的光照强度也有规律，符合 Beta 分布。
需求响应是怎么回事
需求响应说简单点，就是根据供电情况和电价，调整用户用电习惯，这里面有三个关键点要注意。
第一个是可再生能源消纳率。就是在风电、光伏发电量最多的时候，把一些用户的用电时间挪到这个时候，让这些清洁能源能尽量被用完，不浪费。算的话，就是用可再生能源发的有功功率，除以所有电源发的有功功率，得出来的就是消纳率，消纳率越高，清洁能源浪费越少。
第二个是用户舒适度。调整用电时间肯定会影响用户，比如本来晚上想多用电，结果得挪到白天，舒适度就会受影响。怎么衡量呢？就是算一天 24 小时里，调整后和调整前的用电量差值的绝对值总和，再除以调整前的总用电量，用 1 减去这个比值，就是用户舒适度。这个数越接近 1，说明调整对用户影响越小，舒适度越高。
第三个是电价的影响。用户用电量会跟着电价变，电价高了可能就少用点，电价低了可能就多用点。这里有个电价伸缩系数，能算出电价变了之后，用电量会怎么变。比如峰谷电价，高峰时段电价高，平段和低谷时段电价低，通过这个系数能算出来，用户会在不同时段调整多少用电量，最后得出调整后的实际用电量。
目标和规矩得定好
要让整个系统好好运行，得有明确的目标，还得守规矩。
核心目标：成本最低
我们的核心目标就是让虚拟电厂一天 24 小时的总运行成本最少。不同的供电组合，成本计算方式不一样。
如果只从主网购电，成本就是每小时从主网购的电量乘以当时的购电价格，加起来就是一天的总费用。
如果有风电、光伏，还和主网有电力交换，成本就要算风电的运营成本、光伏的运营成本，再加上和主网交易的成本。从主网购电就按购电价格算，卖给主网就按售电价格算。
要是再加上储能设备，成本里还得加一笔，就是蓄电池从充电换成放电的切换成本。
如果再加入需求响应，那就得给用户补贴，也就是激励型需求响应成本，用户调整了用电，就得给人相应的补偿。
必须遵守的规矩
光有目标不行，还得有约束条件，不然系统就乱套了。
首先是有功功率平衡。简单说，就是发的电要能满足用的电。风电、光伏发的电，加上和主网交换的电，得等于用户的用电量。如果考虑需求响应，那就是要等于调整后的用电量。而且用户调整用电，转入或转出的负荷量不能超过最大限额，和主网交换的电量也不能超过规定的最大功率。
其次是机组运行约束。风电、光伏发的电，不能超过它们各自的最大出力。蓄电池也有规矩，它的荷电状态，就是电池里存的电占总容量的比例，不能太低，也不能太高，得在规定的范围内，不然会影响电池寿命。
实际案例算一算，效果更清楚
说再多理论不如看实际案例，这次用的是河北邢台夏季典型日的风光和负荷数据，算出来的结果很有参考价值。
用的设备和价格情况
先说说用到的设备参数。风力机装机容量 360 千瓦，每发 1 度电的运维成本是 0.52 元，风速 5 米 / 秒的时候开始发电，25 米 / 秒的时候就停机，13 米 / 秒的时候能发满功率。光伏设备装机容量 260 千瓦，每度电运维成本 0.75 元。蓄电池额定容量 700 千瓦时，荷电状态得保持在 40% 到 90% 之间，一开始的时候电池里的电是 40% 的容量，从充电切成放电，每度电要花 0.1 元的切换成本，而且每小时充放电的功率不能超过电池总容量的 20%。虚拟电厂和主网之间交换的电量，最多不能超过 200 千瓦。
电价方面，一天分了几个时段，价格不一样。凌晨 1 点到早上 7 点，售电 0.22 元 / 度，购电 0.25 元 / 度；早上 7 点到 10 点、下午 3 点到 6 点、晚上 9 点到 12 点，售电 0.42 元 / 度，购电 0.53 元 / 度；上午 10 点到下午 3 点、晚上 6 点到 9 点，售电 0.65 元 / 度，购电 0.82 元 / 度。
不同情景对比，差距很明显
设置了四个不同的情景，对比它们的运行效果，一看就能知道哪种方案最好。
情景 1 是主网和风光参与供电。算下来一天的运行成本是 427.35 元，用户舒适度 72.39%，负载率 54.03%，有 36.50% 的负荷没满足，没满足的负荷总量 2190 千瓦。这个结果不太理想，成本高，用户舒适度低，还有很多负荷没满足。
情景 2 是主网、风光储一起参与。成本一下降到 120.70 元，用户舒适度提高到 86.32%，负载率 67.29%，没满足的负荷比例降到 11.14%，总量 334.24 千瓦。加了储能之后，效果提升很明显，成本降了不少，没满足的负荷也少了很多。
情景 3 是主网、风光参与，再加上需求响应。成本 4964.64 元（此处原文数据可能存在笔误，结合上下文推测应为合理数值，暂按原文呈现），用户舒适度 89.63%，负载率 76.64%，没满足的负荷比例 4.83%，总量 97 千瓦。有了需求响应，用户舒适度又提高了，没满足的负荷进一步减少。
情景 4 是主网、风光储都参与，再加上需求响应。成本 4891.72 元（此处原文数据可能存在笔误，结合上下文推测应为合理数值，暂按原文呈现），用户舒适度 89.83%，负载率 76.90%，没满足的负荷比例 3.09%，总量 80.21 千瓦。这个情景下，各项指标都是最好的。
对比下来能发现，加了需求响应之后，不管有没有储能，用户舒适度都能提高。加了储能，没满足的负荷会大幅减少。而情景 4，把风光储和需求响应都结合起来，比情景 1 成本降了 9.87%，用户舒适度提高 17.44%；比情景 2 成本降 4.47%，用户舒适度提高 3.51%。
而且从负荷变化来看，有了需求响应之后，能把高峰时段的用电转移到低谷时段，比如把晚上 5 点到 10 点的高负荷，挪到凌晨 0 点到 4 点，这样电网不用在高峰时段承受太大压力，负荷整体更平稳，也能更好地利用清洁能源。
总结一下
想让虚拟电厂既省钱又能让用户用电舒服，把风电、光伏、储能和需求响应结合起来是个好办法。通过调整用户用电时间，配合风光发电的特点，再用储能填补供电缺口，就能有效降低运行成本，提高用户舒适度。这次用的改进算法也很关键，能算出更优的调度方案，避免走弯路。
这种方案不是纸上谈兵，有实际数据支撑，不管是对虚拟电厂运营方，还是对普通用户，都有实实在在的好处。运营方成本降了，用户用电舒服了，还能更好地利用清洁能源，一举多得。
来源：虚拟电厂学习社 作者：萍姐
