虛擬電廠：提升電力系統靈活性的“開關”

目錄

1.序言................................................................................................1

2.什么是虛擬電廠.....................................................................................2

3.發展歷程...........................................................................................3

4.虛擬電廠分類.......................................................................................4

5.我國虛擬電廠建設..................................................................................4

1.序言

為實現“雙碳”目標，中國正在加快調整能源結構，提高可再生能源占比。2030年中國風、

光發電總裝機計劃達到12億千瓦以上，形成由可再生能源為主的能源體系。高比例可再生能源并

網，能源消費終端電氣化水平提升，電力電子化以及大規模分布式新能源接入電網將會使電力系統

平衡、調節和支撐能力面臨巨大挑戰，提高電力系統靈活性是實現能源電力清潔低碳發展的重要手

段。

“十三五”期間，中國電力系統靈活性調節能力不足的現實已經造成電力系統難以完全適應新

能源的爆發式增長。電力系統面臨靈活性資源有限導致的新能源消納能力不足、系統可靠性下降、

用戶用能風險升高、系統成本不斷攀升等眾多問題。

接入高比例可再生能源，提升電力系統調節能力，需要更多地引入靈活性資源，比如：加快虛

擬電廠建設。

虛擬電廠(VirtualPowerPlants,VPP)將不同空間的可調節(可中斷)負荷、儲能、微電網、電

動汽車、分布式電源等一種或多種資源聚合起來，實現自主協調優化控制，參與電力系統運行和電

力市場交易。虛擬電廠新業態既可作為“正電廠”向系統供電調峰，又可作為“負電廠”加大負荷

消納配合系統填谷。

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r大電網?—―------a電力市場

X可倜谷量.

、、、,穩定出力市場信息

信息流

虛擬電廠能量流

控制中心

信

息

流

、

\、

儲能系統

可控負荷

能源一一一電動汽車

智能計量技術

圖1虛擬電廠運作示意圖，資料來源：艾瑞咨詢研究院

相較于傳統電力能源生態，虛擬電廠下的生態系統最大的變化是，將傳統電力能源生態系統中

發輸配用界限清晰，“源隨荷動”的運行方式，轉變為發電、輸電、配電、用電界限相互交叉，同

時兼具生產者與消費者的角色，運行方式表現為“源荷互動”，內部每一部分都是一個小能源系

統，屬于智能電網的拓展。

2.什么是虛擬電廠

虛擬電廠是一種通過先進信息通信技術和軟件系統，實現DG、儲能系統、可控負荷、電動汽

車等DER的聚合和協調優化，以作為一個特殊電廠參與電力市場和電網運行的電源協調管理系統。

虛擬電廠概念的核心可以總結為“通信”和“聚合”。虛擬電廠的關鍵技術主要包括協調控制技

術、智能計量技術以及信息通信技術。虛擬電廠最具吸引力的功能在于能夠聚合DER參與電力市場

和輔助服務巾場運行，為配電網和輸電網提供管理和輔助服務。“虛擬電廠”的解決思路在我國有

著非常大的市場潛力，對于面臨“電力緊張和能效偏低矛盾”的中國來說，無疑是一種好的選擇。

2018年9月，“虛擬電廠”標準獲得國際電工委員會(IEC)批準立項，成為全球這一領域首批

國際標準。

從整個世界范圍來看，虛擬電廠的研究和實施主要集中于歐洲和北美。根據派克研究公司(Pike

Research)公布的數據，截至2009年底，全球虛擬電廠總容量為19.4GW,其中歐洲占5100,美國

占4400；截至2011年底，全球虛擬電廠總容量增至55.6GW。然而，歐洲與美國虛擬電廠的應用

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形式有著顯著的不同，歐洲各國的虛擬電廠亦各具特色。歐洲現己實施的虛擬電廠項口，如歐盟虛

擬燃料電池電廠(virtualfuelcellpowerplant,VFCPP)項目、荷蘭基于功率匹配器的虛擬電廠項

目、歐盟FENIX(flexibIeelectricitynetworktointegrateexpected)項目以及德國專業型虛擬電J

(professionalVPP,ProViPP)試點項目，主要針對實現DG可靠并網和電力市場運營的目標考慮而

來，DG占據DER的主要成分；而美國的虛擬電廠主要基于需求響應計劃發展而來，兼顧考慮可再

生能源的利用，因此可控負荷占據主要成分。因此，盡管虛擬電廠的概念己提出十余年之久，但對

于虛擬電廠的框架尚無統一的定義卿)。

在文獻中，虛擬電廠被定義為依賴于軟件系統遠程、自動分配和優化發電、需求響應和儲能資

源的能源互聯網；在文獻中，虛擬電廠被定義為與自治微網相同的網絡；在文獻中，虛擬電廠被定

義為眾多連接于低壓配電網的熱電聯產發電機組的組合；在文獻中，虛擬電廠被定義為不同類型的

分散在中壓配電網不同節點的DER的集合；在文獻中，虛以電廠被定義為一個多技術和多站點異質

實體；在文獻中，虛擬電廠由可接于配電網任意節點的具有豐富操作模式和可用性的一系列技術組

成；在文獻中，虛擬電廠被定義為以直接集中控制方式聚合可控分布式能源(controllable

distributedenergy,CDE)單位或主動用戶網(activecustomernetwork,ACN)的信息通信系統。

綜合看來，虛擬電廠概念的核心可以總結為“通信”和“聚合”。虛擬電廠可認為是通過先進

信息通信技術和軟件系統，實現DG、儲能系統、可控負荷、電動汽車等DER的聚合和協調優化，

以作為一個特殊電廠參與電力市場和電網運行的電源協調管理系統。

3.發展歷程

隨著世界能源緊缺、環境污染等問題的日益突出，分布式電源(distributedgenerator,DG)以其

可靠、經濟、靈活、環保的特點而被越來越多的國家所采用。然而，盡管DG優點突出，但仍存在

諸多問題。首先，DG容量小、數量大、分布不均，使得單機接入成本高，對系統操作員常不可見

乃至管理困難；其次，DG的接入給電網的穩定運行帶來了許多技術難題，如潮流改變、線路阻

塞、電壓閃變、諧波影響等；再次，目前“安裝即忘記(fitancbforget)”的DG操作方式以及電力市

場容量的限制亦更加阻礙了DG的大規模并網。

當今，全世界的電力行業正在迅速轉型，電力系統應該基于市場運營，但是，由于DG的特

點，如容量小或其具有的間斷性和隨機性，僅靠它們本身加入電力市場運營并不可行。然而，將

DG聚合成一個集成的實體(integratedentity)為這一問題提供了解決途徑曰。

中國大多采用微網的概念作為DG的并網形式，它能夠很好地協調大電網與DG的技術矛盾，

并具備一定的能量管理功能，但微網以DG與用戶就地應用為主要控制目標，且受到地理區域的限

制，對多區域、大規模DG的有效利用及在電力市場中的規模化效益具有一定的局限性。主動配電

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網是實現大規模DG并網運行的另一種有效解決方案，它的概念將DG的接入半徑進行了一定的擴

展，能夠對配電網實施主動管理，但對DG能夠呈現給大電網及電力市場的效益考慮不足。虛擬電

r(virtualpowerplant,VPP)的提出則為解決這些問題提供了新的思路。

“虛擬電廠”這一術語源于1997年ShimonAwerbuch博士在其著作《虛擬公共設施:新興產業

的描述、技術及競爭力》一書中對虛擬公共設施的定義:虛擬公共設施是獨立且以市場為驅動的實體

之間的一種靈活合作，這些實體不必擁有相應的資產而能夠為消費者提供其所需要的高效電能服

務。正如虛擬公共設施利用新興技術提供以消費者為導向的電能服務一樣，虛擬電廠并未改變每個

DG并網的方式，而是通過先進的控制計量、通信等技術聚合DG、儲能系統、可控負荷、電動汽車

等不同類型的分布式能源(distributedenergyresource,DER),并通過更高層而的軟件構架實現多

個DER的協調優化運行，更有利于資源的合理優化配置及利用。虛擬電廠的概念更多強調的是對外

呈現的功能和效果，更新運營理念并產生社會經濟效益，其基本的應用場景是電力市場。這種方法

無需對電網進行改造而能夠聚合DER對公網穩定輸電，并提供快速響應的輔助服務，成為DER加

入電力市場的有效方法，降低了其在市場中孤獨運行的失衡風險，可以獲得規模經濟的效益。同

時，DER的可視化及虛擬電廠的協調控制優化大大減小了以往DER并網對公網造成的沖擊，降低

了DG增長帶來的調度難度，使配電管理更趨于合理有序，提高了系統運行的穩定性。

2018年9月，中國風電、太陽能發電裝機年均增長44%和191%,遠高于全球平均增速。但

風能、太陽能等隨機性、間歇性和波動性特征，大規模、高比例接入將給電力系統平衡和電網安全

運行帶來一系列挑戰。

4.虛擬電廠分類

虛擬電廠可分為三大類：

(1)負荷型虛擬電廠：指虛擬電廠運營商聚合其綁定的具備負荷調節能力的市場化電力用戶(包

括電動汽車、可調節負荷、可中斷負荷等)，作為一個整體(呈現為負荷狀態)組建成虛擬電廠，對外

提供負荷側靈活響應調節服務。

(2)電源側虛擬電廠：在分布式電源發電側建虛擬電廠。

(3)源網荷儲一體化虛擬電廠：集合發電電源和負荷用電用戶，作為集中式電廠，作為獨立市場

主體參與電力市場，原則上不占用系統調峰能力。

5.我國虛擬電廠建設

2021年以來，國家和地方陸續推出與虛擬電廠相關的玫策，部分省市也出臺了明確的落地方

案或補貼標準。

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表12021年-2022年虛擬電廠主要政策梳理

時間名稱類別主要內容

2021.3《關于推進電力源網荷儲頂層設計充分發揮負荷例的調節能力。依托??云大物移智鏈.等技術,進一

一體化和多能互補發展的步加強源網荷儲多向互動,通過虛擬電廠等一體化聚合模式,參

指導意見》與電力中長期、輔助服務、現貨等市場父易,為系統提供調節和

支撐能力

2021.7《關于加快推動新型儲能商業模式鼓勵聚合利用不間斷電源、電動汽車、用戶側儲能等分散式儲能

發展的指導意見》設施,依托大數據、云計算、人工智能、區塊鏈等技術,結合體

制機制綜合創新,探索智慧能源、虛擬電廠等多種商業模式

2022.1<?十四五現代能源體系示范項目開展工業可調節負荷、樓宇空調負荷、大數據中心負荷、用戶側

規劃》儲能、新能源汽車與電網(V2G)能量互動等各類資源聚合的虛擬電

廠示范

2022.1《關于完善能源綠色低碳商業模式拓寬電力需求響應實施范圍,通過多種方式挖掘各類需求側資源

轉型體制機制和政策措施并組織其參與需求響應,支持用戶側儲能、電動汽車充電設施、

的意見》分布式發電等用戶側可調節資源,以及負荷聚合商、虛擬電廠運

營商、綜合能源服務商等參與電力市場交易和系統運行調節

2022.1《關于加快建設全國統一電價補貼引導各地區根據實際情況,建立市場化的發電容量成本回收機制.

電力市場體系的指導意探索容量補償機制、容量市場、稀缺電價等多種方式.保障電源

見》固定成本回收和長期電力供應安全。鼓勵抽水蓄能、儲能、虛擬

電廠等調節電源的投資建設

20226《北京市?十四五”時期能落地方案發揮電力在能源互聯網中的紐帶作用,挖掘需求響應資源,聚集

源發展規劃》大型商務樓宇、電動汽車和儲能設施等資源,建設虛擬電廠

2022.6《虛擬電廠建設與運營管地方規劃以市場機制為依托,以技術革新為動力,加快推進虛擬電廠建設.

理實施方案》擴大需求側(儲能:響應規模,提升我省新能源消納及需求響應能

力,形成源荷儲發展良性循環

從政策環境來看，由兩大電網公司開建的虛擬電廠示范項目，主要以需求側響應為盈利模式,

地方陸續出臺的輔助服務市場政策，引導虛擬電廠參與電力系統調峰調頻，隨著電力現貨市場的持

續推逆，更多的示范性項目可能創新可行的商業模式。

從虛擬電廠的行業發展現狀來看，歐美電力市場較為成熟，虛擬電廠已實現商業化，而我國尚

處于虛擬電廠早期試點階段，商業模式不夠清晰，江蘇、浙江、深圳、上海等地均出現了虛擬電廠

試點。

表2國內虛擬電廠典型案例總結

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地區土要場景試點項目特點

浙江調峰，清潔能源消納浙江平湖縣域■?虛擬電廠’每年可節約3億元電網新建投資成本,提

高清潔能源消納空間9600萬度電量，減

少碳排放約7.6萬噸

深圳軟件，運營管理平臺深圳網地一體虛擬電廠平驗證了虛擬電廠可以像常規電廠一樣,為

臺電網提供備用輔助服務

上海商業樓宇能源管理、削峰填谷黃浦區商業建筑需求側管構建以商業樓宇為主的虛擬電廠體系

理示范項目

安徽源網荷儲一體化虛擬電廠合肥虛擬電廠項目三年內合肥區域虛擬電廠總容量占比將

送到夏季降溫負荷400萬千瓦的近兩成.

相當于少建設一座80萬千瓦傳統電廠

冀北新能源消納，需求相應冀北泛在電力物聯網虛擬把能源互聯網從“概念?推向??落地：實現

電廠示范項目以電為中心,熱、氣、水等能源互聯互通.

打造能源互聯網技術樣板間

國內虛擬電廠大多處于試點示范階段，商業模式不清晰，實際盈利項目不多。為什么海外虛擬

電廠發展成熟，而我國尚處于試點階段呢？

我們不妨參考下歐洲最大的虛擬電廠NextKraftwerke的成功經驗。

NextKraftwerke是歐洲電力交易市場(EPEX)認證的能源交易商，參與能源的現貨市場交易。

NextKraftwerke通過高超的資源聚合能力和創新商業模式，創造了驚人的發展速度和優異的經

營業績。其主要盈利模式包括：

(1)參與電力市場交易。

(2)需求響應，削峰填谷。

(3)參與電網輔助服務。

歐洲虛擬電廠成功經驗告訴我們：成熟的電力現貨市場是虛擬電廠獲得經濟性的充分條件，分

布式電源+配電網的大發展是虛擬電廠發展的必要條件。

如果說歐洲虛擬電廠更為側重于發電側，以分布式電源、儲能資源的整合為方向，以新能源消

納為主要目標的話，美國虛擬電廠則聚焦于用戶側資源，以獲取輔助服務補償為盈利模式。

美國太陽能資源豐富，在政府大量補貼和激勵政策驅動下，家用光伏儲能系統逐漸成為居民降

低