2025虛擬電廠在構建新型電力系統(tǒng)中的實踐與思考分析

背景介紹

關鍵技術3

政策、市場機制和商業(yè)模式

案例和應用背景

“雙碳”和新型電力系統(tǒng)■風電■光伏800002030年新能源裝機超過12億千瓦600002025年新能源裝機超過8億千瓦4000020000020202021202220232024202520262027202820292030·

中央財經委員會第九次會議：構建清潔低碳安全高效的能源體系，構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)?！?/p>

我國新能源發(fā)展已取得顯著成效：電源結構持續(xù)清潔

化，截至2021年底，我國新能源發(fā)電裝機達到6.34·

2020年9月，習近平總書記提出2030年碳排放提前達峰目標與2060年碳中和愿景。·

能源轉型是實現(xiàn)雙碳目標的主要途徑。能源生

產側，清潔能源替代化石能源；能源消費側，65%54%s46%43

532%202520352050■工業(yè)■建筑■交通■其他各行業(yè)電氣化率發(fā)展趨勢233

%2030年新能源占比達38%

核電

燃氣4%

8%2030年我國新能源裝機占比216%水電構建新型電力系統(tǒng)“碳達峰、碳中和”億千瓦，占總發(fā)電裝機容量的26.7%1。推動電能替代以降低社會整體碳排放。1來源：國家能源局2022年一季虛網上新聞發(fā)布會文字實錄2來源：國網能源研究院《中國電力供需分析報告2021》我國新能源裝機規(guī)模(萬千瓦)2生物質1%太陽能21%風電

17%煤電3441%54%●新能源占比逐年提高，低谷時段消納難，尖峰時段保供難，波動時段調節(jié)難?！?/p>

用戶側靈活異質資源數(shù)量多、體量小、總量大，聚沙成塔。

然而，目前大量用戶側可調節(jié)資源尚未納入電力系統(tǒng)可調控范圍。系統(tǒng)靈活調節(jié)能力70000負荷600007000500005000400004000300002000風

電100000

24

6

8101214161820221

1

0

0

0

萬千瓦t000080003

2

4

6

萬千瓦

占電網最大負荷的8%4000占

電

網

最

大負荷的3.6%02021

203012.00%10.00%800%600%400%200%000%1

2

3

45

6

7

8

9

101112痛點京津唐電網調峰與新能源消納之間的矛盾日益嚴峻我國新能源發(fā)電量與用電量月度分布(2019年)用戶側可調節(jié)資源容量規(guī)模*用戶側可調資源容量(萬千瓦9000800010000200001200060

00200030006000難以實時控制→如何納入電網調控?何

網

源缺乏持續(xù)激勵→如何參與市場交易?能無法有效連接→如何安全高效通信?如何喚醒電網調度看不到、控不了的用戶側海量靈活異質資源，實現(xiàn)從離散動作的需求響應，到連續(xù)閉環(huán)運營、可調控、可交易的新型"虛擬"電

廠?如何用更經濟的方案，解決能源轉型中低碳-安全-經濟三角矛盾?國內的負荷響

應項目主要解決需求側管理，主要依賴于補貼，未實現(xiàn)市場化、和與電力系統(tǒng)的連續(xù)閉環(huán)響應。關鍵技術政策、市場機制商業(yè)模式源能坐進一

-

一

信

息

流道雪、制冷難點

3冷地酒怡原關鍵問題用戶健

儲能1能家盛

慧字臺樓熱能源互聯(lián)網2分布式光伏電聚合優(yōu)化“網源荷儲”清潔發(fā)展的

新一代智能控制技術和互動商業(yè)模

式。在傳統(tǒng)電網物理架構上，

依

托

互聯(lián)網和現(xiàn)代信息通訊技術，聚合

分布式電源、儲能、負荷等尚未納

入電網現(xiàn)有調控范圍的各類資源，進行協(xié)同優(yōu)化運行控制和市場交易，實

現(xiàn)電源側的多能互補、負荷側的靈

活互動、儲能側的柔性調用，對電網連接聚合調控交

易智能家居智

慧樓宇●巷動互聯(lián)網

◎大數(shù)粼人工智能

區(qū)塊罐物服網

◎云邊協(xié)◎

云平合邊

計智能管控平臺X0提供調峰、調頻、備用等輔助服務。

A

party

or

system

that

realizesaggregation,optimizationandcontrol

of

decentralizedgenerations,energy

storagedevices

and

controllableIEC電網生產運行和市場運營能量一

一

信

息虛擬電廠解決方案

虛擬電廠定義loads.(Source:IEC

TC8SC8BWG4)不同于微網，可跨地域蓄熱式電采暖可調節(jié)工商業(yè)用戶側

儲能電動汽車充電樁虛擬電廠分布式發(fā)電2019~今澳洲：特斯拉墻-澳

大利亞能源市場運營

機構

AEMO2019~今：VPP

投運，參與

華北(京津唐電網)調

峰輔助服務市場上海：黃浦智能樓宇，

參與需求側管理2006~今北美得州：電動汽車北美加州：聚合

型VPP+現(xiàn)貨市場

商DERP-VPP歐洲：德國NextKraftwerke-歐洲電力

交易中心EPEX北

美

：聚合可控負荷為主歐

洲

：聚合分布式電源為主澳

洲

：聚合用戶側儲能為主2022山西：發(fā)布《虛

擬電廠建設運營

實施管理方案》深圳：建成VPP管理平臺2022.11IEC首批VPP國際標準

獲批發(fā)布江蘇、上海等：參與需求側管理、山西等：參與電網調度運行和電

力市場運營2016江蘇：開展全球

單次規(guī)模最大的需求響應，堂秒

級的快速精準穩(wěn)

控切負荷。2018~今IEC

首批VPP

國際標準

立

項IECSC8BWG4VPP國際工作組成立199os1997年，虛擬電廠

(VPP)概念

首次提出2000~20062001年起，歐洲多國日益興起以中

小型分布式發(fā)電為

主要目標的VPP研

究項目解決方案虛擬電廠發(fā)展歷程概念提出研究探索國外實踐國內實踐

標準制定虛擬電廠主要類型應用模式第1階段邀約型VPP解決方案主要類型·

江

蘇VPP·

上

海VPP·

廣

東VPP……需求側資源型冀

北VPP芬

蘭VPP….·

關國得州、加州VPP·英國Piclo

VPP·

關國紐約Edison

VPP·

德國NextKraftwerke

·歐洲Energy2Market·

澳

洲VPP…·

德

國VPP……供給側資源型·

北美VP

P·

澳

洲VPP·

翼

北VPP

混合資源型….…2提升系統(tǒng)靈活調節(jié)

能力3成熟市場環(huán)境下長期商業(yè)運營服務對象1需求響應第3階段自主型VPP第2階段市場型VPP·江

蘇VPP

·

上

海VPP·

·監(jiān)管側：降低系統(tǒng)運行成本·促進市場多元競爭，保障系統(tǒng)價格穩(wěn)定·助力分布式能源監(jiān)管電網側：服務電網穩(wěn)定運行·提高可調資源的可控性和實時響應能力，提升系統(tǒng)調節(jié)能力

·

提高設備使用效率，減少電網的投資與建設發(fā)電側：促進新能源消納·緩解傳統(tǒng)火電深調壓力，提升火電的利用率(減少尖峰電源投資

·

為新能源提供新增調節(jié)能力，降低市場總成本費用用戶側：產銷結合者，保證優(yōu)質供電服務·

拓寬資產的盈利方式·

提供移動APP、微信小程序等便捷互動渠道·

用戶可以遠程開展交易申報、用能監(jiān)測、實時控制等業(yè)務電力監(jiān)管監(jiān)管機構電力系統(tǒng)發(fā)電企業(yè)

電網公司

電力用戶運營商虛擬電廠功能和價值運營商側：引入新興市場主體·

確立虛擬電廠運營商(負荷聚合商)作為新興市場主體

·

新商業(yè)模式業(yè)務模式產業(yè)鏈：創(chuàng)造綜合產業(yè)收益·

創(chuàng)造全產業(yè)鏈效益·提供衍生增值服務產業(yè)鏈資產擁有者

技術提供商

設備提供商

服務購買商解決方案虛擬電廠運營商

負荷聚合商

輔助服務提供商標準發(fā)布2019.10·

明確虛擬電廠概念定義2020~2021·工作組草案/WD·第一版委員會流轉稿/CD1·第二版委員會流轉稿/CD2標準編制Virtual

PowerPlant(VPP)A

partyorsystem

thatrealizesaggregation,optimization

and

control

ofdecentralizedgenerations,energystoragedevicesandcontrollableloads,which

are

not

necessarilywithinthe

same

geographical

area,andfacilitatetheactivities

in

powersystem

operations

and

electricity

market.2022.11·IEC

TS

63189-2《虛擬電廠：用

例》國際標準獲批發(fā)布2022.06·委員會投票稿/DTSm虛擬電廠國際標準■2018.03·IEC

TS

63189-2《虛擬電廠：用例》國際標準提案獲批立項2018.04·組建IECTC8SC8B

WG4虛擬

電廠國際工作組解決方案wrgHrt

APPROVEDDocument88/136/0TS2018.09·虛擬電廠國

際標準首次

工作組會c

t

w20標準立項0rs

背景和基本概念

關鍵技術3

政策、市場機制和商業(yè)模式

案例和應用③4G/5G光纖邊緣智能網關

②RS485/PLC/RF①電艦爐分布式電源

用戶

可調節(jié)工商業(yè)

電動汽車4G/5G光纖邊緣智能網關RS485/PLC/RF攀完五地市關鍵技術

虛擬電廠④云平臺+loT平臺(功能)(1、核心應用：聚合優(yōu)

化調控、交易結算等2、數(shù)據(jù)分析和挖掘：大

數(shù)據(jù)、Al3、業(yè)務微應用：能源托

管、能源資產組合、運

營監(jiān)測與評估等4、與其他系統(tǒng)交互)⑤安全體系(安全保障架構、安全

加

固

策

略

等

)其它地區(qū)①用戶側智能終端(建模、計星、通訊、

控

制

)②

邊緣智能網關(數(shù)據(jù)存儲、分析、

計算)③通信網絡(5G、LoRa、

光纖

等異步通訊、網絡安

全等)電網調度、營銷運營綜合分析微應用nloT平臺開

放API數(shù)據(jù)采集訂閱、通知設備管理規(guī)則引攀

安全與鑒權云平臺交易結算聚合調控管

邊4G/5G光纖市場交易端④⑤云藍熱式三級架構電力系統(tǒng)VPP電力用戶輸電網需求上報個

電價激勵配電網技術架構

虛擬電廠分布式電源、可調負荷、儲能系統(tǒng)等電網看不到、控不了的的可調資源需求上報

電

價激勵VPPVPP交易中心

調度中心控制指令/

電價激勵控制指令/

電價激勵可調資源VPP需求上報狀態(tài)量測VPP重重重重VPP

參與緊急控制暫態(tài)建模響應特性分析精細化劃分緊急協(xié)同控制系統(tǒng)架構多維度控制策略實施方案實時信息交互技術

安全交互技術分布式資源特征提取調節(jié)范圍、速率提取調節(jié)空間投影理論調峰發(fā)電機/儲能能量

塊/多組功率曲線調壓無功參考值設定戴維南等值功能與應用

虛擬電廠VPP三級調控架構電網調度系統(tǒng)調頻慣量支持一次：下垂控制

二次：功率分配調節(jié)成本提取參數(shù)規(guī)劃理論優(yōu)化調度實時校正信息整合中長期VPP

示范參與電網調控分布式資源

動態(tài)聚合VPP

資源整合優(yōu)化和控制虛擬電廠可調資源信息上報信息

上報指令

下發(fā)指令下發(fā)日

前其

它

業(yè)

務

-準入、結算→電力交易中心市場信息

華北輔助服務市場市還管理交園管理

結前世理VPP

業(yè)務運營商①

②

③

?

-王—泛在撞入—VPP

協(xié)同調控王智

S

腔-網合性互助負荷分析

行為分析潛力分析架合仿真協(xié)同計劃狀態(tài)展知虛擬電廠物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)專屈云計算-周控指令—虛擬電廠智能管控平臺協(xié)

同

異

步

通

訊

：基于軟件定義網絡(SDN)和信息物

理建模技術，支撐平臺與系統(tǒng)、用戶之間異步柔性互動。精

細

化

建

模

：基于兩階段魯棒優(yōu)化算法，在調節(jié)空

間投影內尋找內切多面體，實現(xiàn)資源等值聚合。Al

調

控

決

策

：采用A深度學習數(shù)據(jù)建模技術，提供

多時間尺度的資源動態(tài)聚合算法；考慮性能優(yōu)先、一般均衡、成本最優(yōu)等多優(yōu)化目標，提供基于本地調節(jié)的負

同指令控制。分

布

式

微

服

務

：基于分布式微服務架構，提供市場

花

運

營

功

能

和

電

網

安

全

調

控

要

求

的

協(xié)

同

調

度

功

能

。海

量

接

入

：支持多種類型終端和應用接入，支持彈

性擴展億級連按和百萬級消息并發(fā)處理的能力。能力

開

放

：具備豐富API開放接口，實現(xiàn)應用高效

集成和業(yè)務快速上線。安

全

可

靠

：:云化部器并提供電信級、工業(yè)級可靠安

全保障，對業(yè)務進行全方位監(jiān)測和防護。生

態(tài)

合

作

：從應用、平臺、網關、設備四個層次打

造全方位的生態(tài)開放系統(tǒng)。平臺研發(fā)虛擬電廠智能管控平臺VPP

智能管控·⑤

6

⑦電力用戶分布式光伏蓄熱式電鍋爐聚合協(xié)同

計劃經濟湖應優(yōu)化協(xié)河響應優(yōu)化協(xié)間效果

評估核心應用基礎支撐虛擬電廠1虛擬電廠2→

務

信息

→

調腔·③

O

⑤川

⑩狀態(tài)哪知

協(xié)司響應

調控目標⑩

OO自②

O重一市場準入-協(xié)同目標狀態(tài)哪知計處中級o平臺研發(fā)

虛擬電廠智能管控平臺■研發(fā)了基于公有云和邊緣協(xié)同的虛擬

電廠智能管控平臺

,建立調度、交易

、營銷與用戶側的

數(shù)據(jù)交互接口，實現(xiàn)虛擬電廠持續(xù)在線響應電網AGC調控指令。調節(jié)目標：549.257kW資源名稱：沽源總蓄熱資源調令狀態(tài)：已送達優(yōu)化計算】

協(xié)同指令華北調度

調節(jié)中更多

》調令：T0028調節(jié)目標：25MW調令狀態(tài)：分解中按收時間：18:01:56調令：D00151目標：549.257kW資源：沽源總蓄熱…調令狀態(tài)：已送達loT邊緣網關虛擬電廠3.1MW虛擬電廠可調資源受控中受控中從市場化運營業(yè)務協(xié)同角度分為四個階段，虛擬電廠智能運營管控平臺為虛擬電廠運營商提供了分布式資源聚合優(yōu)化、市場交易、友好協(xié)同互動業(yè)務支持。系統(tǒng)包括運營監(jiān)控、終端app

控制以及系統(tǒng)支撐等功能

組成，按照不同的角色劃分，不同的角色可以訪問不同的功能應用。分布式資源商通過終端APP

與平臺的通信

=CD舞

房

對

大x

68.16105255工

作

日

場

賦節(jié)權日場辦公榴群樓樣

入

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市場交期中報日W附時中服的服市場公售儲息交s.

市,BWSA

ee

ee日交程為面中限en5調敏

性

品D

同喇應執(zhí)行的程目的調計新分M-

霞N行自果評也培用的程分布式假源分地算B份17

9

6

度.e核期虛擬電廠智能管控平臺功能平臺研發(fā)實附互對應監(jiān)度日的詞計物管理D互動，實現(xiàn)虛擬電廠與分布式資源的互動響應。虛電廠注及難入rouru?5CNPNDAetuL虛

L

廠R合資游管理砌的網飲就聚食附

州GaoU

科日內民化協(xié)同沒1.H

下

幅運背管控平臺廠R湯助冠督roNrB翼

北

癡U噸計

，n公

司Ir?aDtr,uPs網名

用

腳8.hr工程建設

虛擬電廠示范工程我國首個以市場化方式運營的虛擬電廠示范工程虛擬電廠

智能管控平臺邊緣網關

智能終端物聯(lián)網云平臺用戶

APP中國電力科技中國電力企業(yè)聯(lián)合會電

進步獎二等獎

力科技創(chuàng)新獎一等獎2021年度電力科被幅新證

書虛擬電廠

成果獲獎國家電網有限公司

管理創(chuàng)新成果特等獎榮譽證書國網電力有限公

司科技進步特等獎然禁北京市企業(yè)管理現(xiàn)代

化創(chuàng)新成果一等獎文

件2018

2019202020212022中國能源研究會

日內瓦國際

能源創(chuàng)新獎一等獎

發(fā)明展金獎河北省企業(yè)管理現(xiàn)代

化創(chuàng)新成果一等獎就社行現(xiàn)的委員會件科技獎勵管理創(chuàng)新獎勵國家電網有限公司

科技進步獎一等獎拒

嚴DPIOME出

：

:

1特

等

獎羲獎證革妖證7r網Gunh

背景和基本概念

關鍵技術

政策、市場機制和商業(yè)模式

案例和應用2022.6.23山西：《虛擬電廠

建設與運營管理實施方案》(晉能源規(guī)

〔2022〕1號)2：.6《

區(qū)域電力并網運行管理實施細則》《南方區(qū)域電力輔助服務管理實施細則(南方監(jiān)能市場(2022〕91號)一■

黃北虛擬電廠

上海虛擬電廠

1江蘇、山西南方電網■國

家南方.13南網2022020-5國務院參事室向韓正副總理呈報了虛擬電廠

專題報告，

韓正副總理批示至國家能源局章

建

華

局

長

，"大力發(fā)展虛擬電廠新業(yè)態(tài)"。2020.4"十四五"國家能源規(guī)劃專家委員會、國務院參事室組織10位院士專家，專門聽取電力虛擬電廠匯報。政府補貼規(guī)〔2021〕]61號)2021.1.18國家能源局關于印發(fā)《2021年能源監(jiān)管工作要點》的通知(國能

發(fā)監(jiān)管規(guī)(2021〕2號)改(2022〕118號)2022.1.29《

十

四

五

”

現(xiàn)

代

能源體系規(guī)劃》(發(fā)改能源〔2022〕

210號)辦法(征求意見稿)》

“電力市場主體包

括…負荷聚合商、虛

擬電廠.等”2021.12.212022.1.18關于印發(fā)《電力輔關于加快建設全國

助服務管理辦法》

統(tǒng)一電力市場體系

的通知(國能發(fā)監(jiān)管的指導意見(發(fā)改體2022.11.25《電力現(xiàn)貨市場基本

規(guī)則(征求意見稿)》·《電力現(xiàn)貨市場監(jiān)管上海：《上海市經濟信息化

委關于同意開展虛擬電廠參

與需求響應市場化交易試點

工作的批復》(滬經信運京津店：

《華北能源監(jiān)管局關

于繼續(xù)開展第三方獨立主體參

與華北電力調峰輔助服務市場

試點工作的通知》(華北監(jiān)能政策機制2019.12.10京津唐：

《第三方獨立主體參

與調峰輔助服務市場規(guī)則》(華北監(jiān)能市場〔2019〕315號"202T

20222020.2.25

2020.11.112020.7由華北能源監(jiān)管

局專門向國家能

源局呈報翼北虛

擬電廠運營評估

報告，得到章

建

華局長批示肯定。20152015.6.15江蘇：

《江蘇省

電力需求響應實

施細則》(蘇經

信電力〔2015〕

368號)我國政策機制VPP-

我國首個市場化運營的VPP示范工程投運〔2020〕113號)

市

場〔2020〕208

號)*2023

市場收益20202019·…政策機制

國外虛擬電廠主要政策機制德國、英國、法國等歐洲國家，美國加州、德州、紐約，日本、澳大利亞等也分別發(fā)布政策和市

場機制，鼓勵聚合分布式能源達到一定規(guī)模，參與主網調度運行和電力市場(提供靈活性，主要

參與輔助服務、平衡市場、現(xiàn)貨市場等)。2021年4月，美國聯(lián)邦能源管理委員會

FERC

2222號命令，要求通過虛擬資源(a

single

virtual

resource)

,將分布式能源DER

(分布式電源、儲能、可調節(jié)負荷等)智能聚合，參加電力系統(tǒng)

調度和市場，以降低電力系統(tǒng)的整體運行成本。DERCapacityAggregation

ResourceDERAggregation

ResourcosDERAggregator每MarketParticipantComponent

DER三

ACFERC

Order

2222PJMMarkets激勵類型案例參與市場類型、

提供服務種類市場收益基于用戶、社區(qū)英國PowerVault、德國Sonnen等現(xiàn)貨能量、平衡、

輔助服務調頻、

備用等基于售電公司歐洲、美國、澳大利亞等基于發(fā)電英國ecotricity等基于第三方運營商(平臺、技術提供商)德國Next

Kraftwerke、英國Piclo

特斯拉公司等政府補貼型基于供電公司美國BYOT項目、日本關西等政策機制

國外虛擬電廠主要商業(yè)模式

背景和基本概念

關鍵技術

政策、市場機制和商業(yè)模式

案例和應用消納保供壓力疊加系統(tǒng)靈活調節(jié)能力亟需提升要北全年有50天新能源日均出力低于裝機容量的10%新型電力系統(tǒng)

面臨挑戰(zhàn)可持續(xù)高質量發(fā)展協(xié)同高效矛盾突出

市場運營體系亟待加強

■縣域高滲透率分布式光伏

10KV

臺區(qū)電壓越線問題突破安全穩(wěn)定運行安全穩(wěn)定問題復雜系統(tǒng)運行機理亟需突破山

佳

家口2025年區(qū)域火電機組預計釋放調峰能力

約占張家口新能源裝機容量10%新型力系施月

由mtu

網張北柔直電網展次出現(xiàn)

寬頻帶振蕩現(xiàn)象調節(jié)能力提升白市場主體多元發(fā)展頻率超限次數(shù)增加，暫態(tài)過電壓等問題突出機

容

fvw)該