新型電力系統背景下虛擬電廠的發展與運營探析

摘要：構建以新能源為主體的新型電力系統，是深化綠色低碳理念的重要舉措。但是目前新型電力系統綠色安全運行面臨新的風險挑戰，需要積極探索虛擬電廠。通過虛擬電廠，可提升電力保供和新能源就地消納能力，助力新型電力系統構建。文章主要闡述虛擬電廠的關鍵技術，并對新型電力系統下虛擬電廠的應用實踐進行分析，最后從實施商業運作和收益模式、構建虛擬電廠運營平臺、資源準入標準靈活化、虛擬電廠試點建設等方面出發，探究新型電力系統背景下虛擬電廠的發展與運營策略。

關鍵詞：新型電力系統；虛擬電廠；創新發展

DOI：10.12433/zgkjtz.20242718

2023年10月，國家發展改革委、國家能源局印發《關于進一步加快電力現貨市場建設工作的通知》（發改辦體改〔2023〕813號），并提出推動儲能、虛擬電廠、負荷聚合商等新型主體在削峰填谷、優化電能質量等方面發揮積極作用。當前，電力系統峰谷調節、頻率調節難度顯著上升，迫切需要一種具有經濟性的新型市場主體參與協同管理和運行調控，分擔電力系統調節壓力，提升電力系統可靠性和靈活性。虛擬電廠是需求側資源參與電網互動調節的必然選擇。虛擬電廠是一種通過信息技術和智能設備來管理和調度電力的系統，可以深入挖掘用戶側和負荷側的靈活性資源和調節潛力，提升電力系統的調節能力，從而達到節約能源和減少碳排放的目的[1]。然而，目前我國虛擬電廠仍處于探索階段，因此，還需要對虛擬電廠的關鍵技術及其應用實踐進行分析和思考，并提出有針對性的發展和運營策略，希望為虛擬電廠的進一步發展提供有益借鑒。

一、虛擬電廠的關鍵技術

（一）控制協調技術

在虛擬電廠發展和運營過程中，協調控制技術的主要作用在于發揮其在協調和管理控制方面的優勢，結合電力系統安穩運行需求，通過采用科學合理的調度措施，有效協調和控制電廠中的各種能源資源，優化各種能源資源的使用途徑，使各項能源資源都能最大限度地發揮其本身作用，滿足用戶用電需要，提高電力系統整體協調能力，促進電力系統綠色安穩運行。一方面，控制協調技術可以實時監控分布式電源、儲能、可調負荷等資源的運行狀態和性能參數，包括發電量、出力、儲能容量、負荷變化等，為后續的電力調度和優化提供數據支持。另一方面，在虛擬電廠控制協調技術應用情況下，通過采用智能調度算法，考慮電力市場需求、可再生能源發電的波動性、用戶用電習慣等各項因素，可以實現電力供需的平衡和最優配置，進而提高電力系統整體協調水平[2]。

（二）智能計量技術

在虛擬電廠發展和運營過程中，智能計量技術也發揮著重要作用。一方面，智能計量技術主要作用在于實時監測電力系統的運行狀態，包括電力負荷的變化、設備故障等要素，同時對電力負荷和電能數據進行高精度測量，提高能源計量的可信度。這樣一來，虛擬電廠可以結合計量結果，迅速響應并采取相應的控制措施，確保電力系統穩定運行。另一方面，通過應用智能計量技術，可以進一步分析用戶的用電行為和需求，進而制定更合理的電價策略，引導用戶合理用電，降低峰谷差，提高電網運行效率。而且，虛擬電廠通過應用智能計量技術，還可以實時監測電力設備的運行狀態，迅速定位故障點，并采取相應的維修措施，確保電力系統安穩運行。

（三）信息通信技術

信息通信技術能夠為虛擬電廠提供數據傳輸、分析和處理方面的技術支持，實現對能源的科學管理。通過應用信息通信技術，虛擬電廠可以充分發揮該技術本身的作用，對各運行環節中產生的數據進行精準監測，實時收集全面、完整的數據信息，保證數據信息的實效性。通過應用信息通信技術，虛擬電廠還可以充分發揮該技術在信息傳遞上的優勢，加快相關信息的傳遞，同時有效收集用戶用電數據，結合數據分析結果，把握用戶信息和實際需求，進而有效調配資源，保證用戶用電需求[3]。

二、新型電力系統下虛擬電廠的應用實踐

（一）虛擬電廠在分布式能源管理中的應用

“雙碳”背景下，新能源技術和智能電網加快建設，虛擬電廠也發揮著越來越重要的作用。例如，深圳利用虛擬電廠管理平臺，實現對電力的精準調度，避免出現局部供電線路負荷加重的情況。目前，深圳虛擬電廠管理平臺已接入45家虛擬電廠運營商，涵蓋建筑樓宇空調、新能源汽車、5G基站等9類共計3萬多個分布式資源。通過將“散落”的電力負荷資源整合起來加以優化控制，實現特定時段內的負荷調節，保證系統安穩運行。實際中，虛擬電廠通過利用先進的信息通信技術和軟件系統，可以將分布式能源資源進行聚合。在這基礎上，通過統一接口和協議，并將這些分布式資源與虛擬電廠進行連接，實現電力負荷資源的有效調節，即確保建筑樓宇空調、新能源汽車等的電力需求得到滿足，節約電力資源，以達到節能減排的目的。

（二）虛擬電廠在需求側響應中的應用

在需求側響應中，虛擬電廠能夠積極響應電力系統調度指令，有效調整內部資源負荷，保證電力系統高效運行。例如，湖北黃石磁湖電廠是湖北省內首家參與電力市場實體化運營的虛擬電廠，通過開展有序用電實戰演練，對黃石地區空調、充電樁、5G基站和工業客戶等可調節資源進行精準調控，調節負荷達5.98萬千瓦，充分展示了虛擬電廠在需求側響應中的重要作用。實際上，虛擬電廠可以結合先進技術，充分挖掘用戶的用電習慣和負荷特性，并制定個性化的負荷調節方案，以更好地滿足用戶的需求，提高電力系統運行效率。

（三）虛擬電廠在提升系統穩定性與可靠性中的應用

虛擬電廠具有靈活的資源調度能力，能夠根據用電需求的變化，靈活調控電力資源，確保電力供需的平衡，促進電力系統安全和穩定運行。例如，近年來，國網山西省電力公司積極開展虛擬電廠研究及設計工作，建成省級虛擬電廠運營管理和統一接入對外公共服務平臺，建立了710萬千瓦可調負荷資源庫，為虛擬電廠建設運營提供技術支撐。該公司建立的虛擬電廠通過整合電動汽車與可調工業負荷資源，實現對電力的靈活調度。在用電高峰時段，虛擬電廠可以通過降低電動汽車充電功率的方式來削減用電負荷峰值；在用電低谷時段，虛擬電廠可以利用電動汽車的移動儲能屬性為電網提供電力支持，且接入的客戶可享受較低的谷時電價。這有助于提升電力系統的穩定性和可靠性，還能降低新能源車主的充電成本[4]。

三、新型電力系統背景下虛擬電廠的發展與運營策略

（一）實施商業運作和收益模式

“雙碳”政策下，新型電力系統以新能源為主體，但電網尖峰負荷屢創新高，給電網平衡帶來了巨大的挑戰。作為需求側靈活性資源集成聚合的主要形式，虛擬電廠可以實現對電力資源的靈活調度，以促進電力系統平穩運行。如今，虛擬電廠的重要性愈發突出，需要繼續探索可持續發展的運營策略，比如，探索商業運作和收益模式。其一，探索商業運作模式。在虛擬電廠探索商業運作模式的過程中，構建一套完善的軟件系統平臺顯得尤為重要。通過搭建虛擬電廠云平臺，構建一個高效、靈活的虛擬運營環境。同時，虛擬電廠憑借其獨有的優勢，可以向市場提供多元化的服務以獲取經濟回報。其二，探索收益模式。虛擬電廠參與電力交易市場，將其組合的多種能源接入電網，再通過智能化控制系統，對這些能源進行統一管理和調度，提升經濟效益。同時，虛擬電廠通過集成先進的智能化調度系統，實現對多元化電源類型的精準調配與高效協同。通過借助智能化調度系統，能夠充分挖掘并最大化利用各類電源的獨特優勢，提升整體能源系統的運行效率，縮減運營成本。

（二）構建虛擬電廠運營平臺

伴隨著新型電力系統的構建和運行，虛擬電廠在促進電力系統綠色、安穩運行方面發揮著越來越重要的作用。目前，隨著新型電力系統綠色、安穩運行需求的不斷提高，有必要加強構建虛擬電廠運營平臺。其一，為有效應對不同時間框架下調控指令與交易、運營數據之間的交互需求，在精心構建運營平臺的基礎上，虛擬電廠巧妙設計了多樣化的數據流通渠道。這樣一來，虛擬電廠可以及時將調控指令精準、及時傳達至各執行單元。同時，在多道安全防護措施實施的情況下，虛擬電廠運營平臺和調度系統協同參與進來，促進數據的深度交互，深挖電力系統高效運行的實際需求，進一步促進調控信息順利傳遞，推動虛擬電廠運營平臺有效運行。其二，在構建虛擬電廠運營體系過程中，單位依托于先進的技術架構，搭建了高效運作的平臺。該平臺不僅與智慧能源服務平臺深度融合，還有效對接了能源交易系統，形成全方位的數據交互網絡，構建市場信息通路。基于上述情況，虛擬電廠可以結合獲取的市場信息和調控信息，合理調度電力資源，確保居民、電動汽車等的用電需求得到滿足，以平衡電力，促進新型電力系統綠色、安穩運行[5]。

（三）資源準入標準靈活化，提高智能化運行水平

隨著新型電力系統的出現和應用，虛擬電廠需要不斷提高自身靈活調節能力，只有這樣，才能滿足新型電力系統高效運行需要。對此，虛擬電廠可以將分散的資源整合到一起，制定靈活性資源準入標準，同時引入“云—群—端”架構模式，提高智能化運行水平。其一，虛擬電廠從技術特性、經濟性能、環境效益等方面出發，對要接入的靈活性資源進行全面評估，再根據評估結果，將要接入的資源分為可再生能源、儲能設備、需求側響應資源等不同類別。在這基礎上，通過制定明確的準入條件，比如，明確資源的技術參數，確立性能指標，制定資源準入的安全標準，確保接入資源的可靠性、穩定性和可控性。此外，為了優化電廠運營模式，明確界定資源的接入路徑、交易流程的順暢性和結算機制的透明度至關重要。在這基礎上，虛擬電廠可以引入負荷聚合商作為關鍵角色，由其專門負責靈活性資源的整合與管理，促進資源高效配置，提高虛擬電廠運行效率。其二，“云—群—端”結構模式是一種先進的分布式智能系統架構，其中“云”代表云計算平臺，“群”代表協同控制的資源群體，“端”則代表各種分布式能源資源及其終端設備。在“云—群—端”一體化架構的框架下，虛擬電廠可以有效接入多樣化的分布式能源終端。這些分布式能源終端通過自然的聚合機制或智能聚類算法，自發地組織成各具特色的資源集群。在這基礎上，這些資源集群將蘊含最優調度策略的模型信息精準上傳至云端處理平臺，平臺則憑借其強大的計算能力，迅速解決較為復雜的調度問題，促進虛擬電廠安穩運行。

（四）虛擬電廠試點建設，制定針對性激勵措施

為實現可持續運營，除了搭建運營平臺、運營模式，還應該加強虛擬電廠試點建設，同時根據接入資源的特性，制定針對性的激勵措施。其一，政府、電網、社會投資者構建合作關系。一是以混合投資形式支持虛擬電廠試點建設。二是政府通過政策扶持、稅收優惠等方式，吸引社會資本參與虛擬電廠試點建設，電網則發揮其在技術和管理方面的優勢，積極推動需求響應試驗。三是采用委托運營模式，將虛擬電廠的運營權委托給專業運營公司運作，負責虛擬電廠的日常運營、維護、調度等工作，保證虛擬電廠穩定運行，降低建設方的運營壓力。其二，不同聚合資源，其在行為習慣、響應特性等方面都會存在一定不同。比如，區別于工商業，用戶負荷的資源特性較為獨特，即單位容量小、總量龐大且能源消耗分布廣泛。基于這些特性，用戶負荷能夠充分有效融入虛擬電廠體系中，通過靈活接入實現高效管理。而且通過精細調控峰谷電價差異，可以有效激勵用戶調整其用電習慣，促進電力需求在時間上的合理分布，提高電網整體運行效率。工商業負荷具有規模大、響應意愿強以及用能集中的資源特性，可通過協議的方式接入虛擬電廠，同時采取“自動響應，高峰期削減用電需求”的激勵措施。電動汽車具有行為隨機、具備雙重儲荷性質的資源特性，可通過“引導充放電”的方式接入虛擬電廠，同時采取“以實時電價引導充電，放電根據高峰期放電功率和成本進行補償”的激勵措施。

四、結語

近日，國家發展改革委、國家能源局、國家數據局聯合發布《加快構建新型電力系統行動方案（2024—2027年）》。《行動方案》提出，結合電力保供、新能源發展等需求，利用當地源荷儲資源，建設一批虛擬電廠。建立健全虛擬電廠技術標準體系，完善虛擬電廠的市場準入、安全運行標準和交易規則，常態化參與系統調節，提升電力保供和新能源就地消納能力。據規劃，到“十四五”末，通過需求響應、輔助服務、電力市場等多元化途徑，虛擬電廠將成為支撐電力系統安全穩定、清潔低碳、經濟高效運行的有效載體，進而提升電力供應保障能力和新能源消納水平。

參考文獻：

[1]王宏，宋禹飛，劉潤鵬，王昕，于筱涵，劉洪濤，王鵬.虛擬電廠標準化現狀與需求分析[J].浙江電力，2024，43（05）：1-9.

[2]程明，楊志強，刑路陽，范思國，程相杰，葉晶，張強.虛擬電廠關鍵技術進展研究[J].儀器儀表用戶，2023，30（12）：92-95.

[3]郭松，張玥劼.新型電力系統中的虛擬電廠模式與關鍵技術分析[J].電子技術，2023，52（11）：56-57.

[4]譚忠富，王冠然.新型電力系統下虛擬電廠技術應用與發展建議[J].華北電力大學學報（社會科學版），2023，（04）：29-39.

[5]李靜，高群策，孫辰軍，楊鵬，楊小龍.新型電力系統背景下虛擬電廠運營體系研究[A]//國家技術標準創新基地（智能電網）雄安新區能源互聯網標準化試點論文集[C].國家電網有限公司，《中國標準化》雜志社有限公司，2023：5.

作者簡介：

周海萍（1976），女，江西南昌人，本科，高級技師、工程師，江西省“雙千”人才，研究方向為電力營銷。

饒璐（1977），女，江西南昌人，本科，高級經濟師，研究方向為電力營銷 。