一、虛擬電廠基礎

虛擬電廠是能源和信息技術深度融合的重要方向，它通過將不同空間中的可調負荷、儲能側和電源側等多種資源聚合起來，實現自主協調優化控制，并參與電力系統運行和電力市場交易。虛擬電廠是智慧能源系統的一種形式，跨越不同空間范圍，集成源、網、荷和儲能的綜合服務提供商。通常分為電源型、負荷型和混合型。

資源整體參與電力市場交易，主要聚焦在需求側可調負荷資源、儲能和分布式電源上。利用物聯網、云計算等先進的信息通信技術，對各類資源進行在線監測和優化調控。

虛擬電廠起源

虛擬電廠源于1997年Shimon AwerbucE博士的著作《虛擬公共設施：新興產業的描述、技術及競爭力》21 世紀初，興起于德國.英國.西班牙.法國.丹麥等歐洲國家。

國內發展進程

虛擬電廠分層架構

云：虛擬電廠管控平臺，與電網運營商、電力交易平臺和邊緣服務器進行互動，支持資源管理、計劃實施和運營交易。

管：通信網絡，可以是專網或公網，旨在確保信息交互的安全性、準確性和時效性。

邊：邊緣服務器，用于匯聚和分析信息，具備本地自治能力或根據上級平臺生成調節控制策略。

端：監測與調控裝置，負責采集電、熱和環境參數，并執行相應的調節和控制操作。

應用場景

緩解極端天氣下電力供需矛盾

2022年8月5日，國網公司經營區的最高負荷達到10.69億千瓦。預計到2025年和2030年，該公司的經營區最高負荷將分別達到12.8億千瓦和1407億千瓦。在2021年，"三華"電網的尖峰負荷持續時間在5至65小時之間，占總時間的95%以上。

2022年夏天，江蘇、河南、上海、湖北、杭州等地發布了高溫紅色預警，氣溫普遍超過40攝氏度，有些地方甚至連續十多天都持續高溫。2022年8月5日，國網公司經營區的最大負荷需求達到了3663.6萬千瓦。

虛擬電廠聚合了各種異構的資源，來自多個用戶，提取資源的響應速度、響應時長、響應容量等特征參數。在極端天氣或發電不足等情況下，它組織多個用戶資源積極參與固定費率的需求響應市場邀約和調峰輔助服務交易，以最大程度地支持電網的安全穩定運行和可靠供電。

提升新型電力系統靈活調節能力

大規模波動性可再生能源的接入對傳統源隨荷動的電網運行調節方式提出了挑戰，因為靈活性調節資源容量不足。根據對2025年風光裝機容量達到10億千瓦的估算，將會產生5.62億千瓦的調節需求。

虛擬電廠通過聚合工商業和居民客戶等多元資源參與電網的調峰調頻和其他輔助服務，可以提升系統的靈活調節能力，減小電力平衡壓力。在電網用電高峰或低谷時段，虛擬電廠根據邀約指令或輔助服務市場交易計劃進行優化，以最佳方式調節負荷、儲能、分布式能源等資源。

促進分布式新能源并網消納

截至2021年底，我國分布式光伏裝機達到1.075億千瓦，約占全部光伏發電并網裝機容量的三分之一；預計 2025年、2030年分布式光伏裝機將達到L8億、3.0億千瓦，分布式新能源出力存在不確定性，低電壓等級分布式電源信息接入率低，大規模發展后影響負荷預測精度，增大員荷側時空不確定性，同時疊加集中式新能源電站影響，將導致局部地區日間負荷低谷時段調峰難度加大。

虛擬電廠可以實現各類分布式發電資源間的高效連接與實時監測『通過先進的自動響應控制技術、靈活的商業模 式’開展分布式新能源本地交易/同時依托現貨市場進行集中交易,最大限度提升分布式新能源的消納能力。 

服務用戶開展多元化用能服務

在"十三五"期間，我國單位GDP能耗約為經合組織國家的3倍，世界平均水平的5倍。根據"十四五"規劃的《綱要》指示，要求在"十四五"期間將單位GDP能源消耗降低13%~14%。

根據住房和城鄉建設部發布的國家標準《建筑節能與可再生能源利用通用規范》，自2022年4月1日起，我國建筑將強制要求實施碳排放計算。

現貨和輔助服務電力交易市場的建設對于分析電力客戶用電行為和負荷特性提出了更高的要求，以提升負荷預測和電量預測的準確性。

虛擬電廠通過分析不同資源的互補特性，綜合考慮最優碳流計算和成本效益，采用最優碳流的虛擬電廠經濟運行策略，旨在提高用戶的用電能效并降低用戶的碳排放。

虛擬電廠可以深入挖掘用戶的負荷特性，實時監測用戶的在線聚合容量和調控潛力，預測市場情況，并支持用戶在中長期和現貨場景下參與電能量、輔助服務和容量市場。

二、國外虛擬電廠實踐

能源市場運營商（AEMO）開 啟為期2年、共計8個試點的虛擬電廠示范項目。示范 項目均位于國家電力市場主要區域，大約71 50用戶簽 約參與項目，規模總計31 MW,

2021年7月，澳大利亞國家電力市場中已注冊居民儲 能電池規模約168MWe AEMO預計到2022年底'虛 擬電廠規模將有望達到700MW,

澳大利亞虛擬電廠聚合資源以用戶側儲能為主'目前 虛擬電廠可以參與緊急頻率控制輔助服務市場和電能 量市場，主要提供頻率控制輔助服務。

截至2021年1月，澳大利亞AEMO虛擬電廠示范項目參與緊急頻率控制輔助服務市場收益共計約238萬澳元。截至 2021年4月，虛擬電廠在緊急頻率控制輔助服務市場份額約3%,提供緊急頻率響應服務平均水平約14MW。

建設情況

 2009年，德國虛擬電廠運營商Next Kraftwerke 成立，并建立歐洲最大的虛擬電廠。截至2020 年6月，德國Next Kraftwerke虛擬電廠規模約 8200MW,聚合單元超過9500個。

德國Next Kraftwerke虛擬電廠聚合資源包括沼 氣電廠、熱電聯產廠、水電、光伏、電池儲能、 電動汽車、工業負荷等。

德國Next Kraftwerke虛擬電廠通過基于模塊化 設計的NEMO C S平臺監控并調控各類分布式電 源、用戶和儲能系統，實時顯示記錄當前系統聚 合資源運行狀態。

德國Next Kraftwerke虛擬電廠通過參與電力市場交易為電網提供平衡服務，根據市場交易信息優化聚合資源運行。

截至2020年6月，Next Kraftwerke虛擬電廠能源交易量約15.1億kWh,營業額約63億歐元。

美國

截至2020年底,北美建成投運的 虛擬電廠裝機規模約1000MW, 其中大部分在美國。預計到2029 年，北美虛擬電廠市場規模將達到 8600MWo

目前，美國虛擬電廠試點項目數量 超過2。個，分布在14個聯邦州。美國虛擬電廠聚合資源主要包括居 民社區、工商業園區分布式光伏、 儲能設施、電動汽車等。

試點效果

美國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利用，解決了小規模分布式電源不能參與電 力市場問題，目前已成為負荷響應和分布式電源管理的一種新型解決方案.

三、國內虛擬電商實踐

深圳

截至目前，該平臺已成功接入了14家聚合商，接入裝機容量約為87萬千瓦（相當于約9萬戶家庭的用電報裝容量，接近一座大型煤電廠的裝機容量），其中分布式光伏容量為21萬千瓦。預計到2025年，深圳將建成具備100萬千瓦級可調能力的虛擬電廠，逐步形成年度最大負荷的穩定調節能力約為5%左右。

深圳虛擬電廠平臺

試點運行成效1：在2021年11月8日，深圳能源售電公司成功調節了深圳地鐵集團站點和深圳水務集團筆架山水廠的用電負荷。兩家用戶在保證正常安全生產的前提下，按計劃精確調節了總計3000千瓦的用電負荷。在接到調度部門緊急調控需求后，負荷側資源僅用了10分鐘就將負荷功率下調到目標值。

試點運行成效2：在2022年4月28日，提前向虛擬電廠平臺下發了5344千瓦的向下調節需求。在一天內，有7家負荷聚合商在指定區域內成功削減了最大負荷。

試點運行成效3：在2022年4月29日下午14時30分，深圳龍華區的民興苑V2G充電站接到指令后，僅用了1分鐘就將充電功率降為零，并將車載電能返送回電網。這實現了電動汽車與電網之間的快速互動調節。

云管邊端“體系架構

云端：部署VPP智能管控平臺「打通與其他平臺接口。管側：采用4G、5G等傳輸方式，實現信息閉環安全傳輸. 邊側：建設即插即用的邊緣網關，實現資源接入平臺。端側：建設用戶側智能終端/用戶側管理平臺，實現資源狀 態感知和柔性控制。

資源接入情況

資源規模：總容量358MW,最大調節能力204MW。

覆蓋范圍：張家口、奏皇島、承德、廊坊、唐山。

資源類型：11類19家（可調節工商業負荷、蓄熱式電鍋爐、空氣源熱泵、儲能、分布式光伏、電動汽車充電站、智能樓宇、制雪設施等泛在彈性資源）

2019年起，冀北虛擬電廠全程參與華北調峰輔助服務市場，已在線連續提供調峰服務超過3200 小時，累計消納新能源電量3412萬千瓦時’度電收益0.183元，運營商和用戶總收益6242萬元，其 中VPP運營商收益395.95萬元，用戶側資源收益22825萬元。

冀北虛擬電廠調節性能良好：

? 2022年已響應最大調節功率為154MW。

?最大調節速率15.7MW/min （占額定有功功率的4.4%）

上海

系統平臺架構

調度-交易-運營一體化虛擬電廠運 營體系：實現虛擬電廠直接參與電 力市場交易和調度系統優化調控。

分布自治、層級間規約異構適配技術架構：實現海量散布異質資源分層分群控制需求「促進海量多元負 荷資源友好高效接入

資源接入情況

已有12家虛擬電廠接入上海虛擬電 廠運行管理與監控平臺‘虛擬電廠 初步形成1000MW發電能力叫 接 入資源類型包括工商業樓宇、冷熱 電三聯供、電動汽車、動力照明、 鐵塔基站等。分鐘級、秒級調度容量超過60MW 、30MWo

運行效果

上海黃浦區約50%商業建筑接入虛擬電廠平臺，響應資源約60IMW. 2018年起’黃浦區商業建筑虛擬電廠累計 發電調度超過1200幢次/累計響應削峰負荷超200MW.單次調峰收益超過170萬元。