摘要：構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是深化綠色低碳理念的重要舉措。但是目前新型電力系統(tǒng)綠色安全運(yùn)行面臨新的風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)，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(tǒng)構(gòu)建。文章主要闡述虛擬電廠的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)新型電力系統(tǒng)下虛擬電廠的應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行分析，最后從實(shí)施商業(yè)運(yùn)作和收益模式、構(gòu)建虛擬電廠運(yùn)營(yíng)平臺(tái)、資源準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)靈活化、虛擬電廠試點(diǎn)建設(shè)等方面出發(fā)，探究新型電力系統(tǒng)背景下虛擬電廠的發(fā)展與運(yùn)營(yíng)策略。

關(guān)鍵詞：新型電力系統(tǒng)；虛擬電廠；創(chuàng)新發(fā)展

DOI：10.12433/zgkjtz.20242718

2023年10月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步加快電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)工作的通知》（發(fā)改辦體改〔2023〕813號(hào)），并提出推動(dòng)儲(chǔ)能、虛擬電廠、負(fù)荷聚合商等新型主體在削峰填谷、優(yōu)化電能質(zhì)量等方面發(fā)揮積極作用。當(dāng)前，電力系統(tǒng)峰谷調(diào)節(jié)、頻率調(diào)節(jié)難度顯著上升，迫切需要一種具有經(jīng)濟(jì)性的新型市場(chǎng)主體參與協(xié)同管理和運(yùn)行調(diào)控，分擔(dān)電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)壓力，提升電力系統(tǒng)可靠性和靈活性。虛擬電廠是需求側(cè)資源參與電網(wǎng)互動(dòng)調(diào)節(jié)的必然選擇。虛擬電廠是一種通過信息技術(shù)和智能設(shè)備來管理和調(diào)度電力的系統(tǒng)，可以深入挖掘用戶側(cè)和負(fù)荷側(cè)的靈活性資源和調(diào)節(jié)潛力，提升電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，從而達(dá)到節(jié)約能源和減少碳排放的目的[1]。然而，目前我國(guó)虛擬電廠仍處于探索階段，因此，還需要對(duì)虛擬電廠的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行分析和思考，并提出有針對(duì)性的發(fā)展和運(yùn)營(yíng)策略，希望為虛擬電廠的進(jìn)一步發(fā)展提供有益借鑒。

一、虛擬電廠的關(guān)鍵技術(shù)

（一）控制協(xié)調(diào)技術(shù)

在虛擬電廠發(fā)展和運(yùn)營(yíng)過程中，協(xié)調(diào)控制技術(shù)的主要作用在于發(fā)揮其在協(xié)調(diào)和管理控制方面的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合電力系統(tǒng)安穩(wěn)運(yùn)行需求，通過采用科學(xué)合理的調(diào)度措施，有效協(xié)調(diào)和控制電廠中的各種能源資源，優(yōu)化各種能源資源的使用途徑，使各項(xiàng)能源資源都能最大限度地發(fā)揮其本身作用，滿足用戶用電需要，提高電力系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)能力，促進(jìn)電力系統(tǒng)綠色安穩(wěn)運(yùn)行。一方面，控制協(xié)調(diào)技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控分布式電源、儲(chǔ)能、可調(diào)負(fù)荷等資源的運(yùn)行狀態(tài)和性能參數(shù)，包括發(fā)電量、出力、儲(chǔ)能容量、負(fù)荷變化等，為后續(xù)的電力調(diào)度和優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。另一方面，在虛擬電廠控制協(xié)調(diào)技術(shù)應(yīng)用情況下，通過采用智能調(diào)度算法，考慮電力市場(chǎng)需求、可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性、用戶用電習(xí)慣等各項(xiàng)因素，可以實(shí)現(xiàn)電力供需的平衡和最優(yōu)配置，進(jìn)而提高電力系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)水平[2]。

（二）智能計(jì)量技術(shù)

在虛擬電廠發(fā)展和運(yùn)營(yíng)過程中，智能計(jì)量技術(shù)也發(fā)揮著重要作用。一方面，智能計(jì)量技術(shù)主要作用在于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，包括電力負(fù)荷的變化、設(shè)備故障等要素，同時(shí)對(duì)電力負(fù)荷和電能數(shù)據(jù)進(jìn)行高精度測(cè)量，提高能源計(jì)量的可信度。這樣一來，虛擬電廠可以結(jié)合計(jì)量結(jié)果，迅速響應(yīng)并采取相應(yīng)的控制措施，確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。另一方面，通過應(yīng)用智能計(jì)量技術(shù)，可以進(jìn)一步分析用戶的用電行為和需求，進(jìn)而制定更合理的電價(jià)策略，引導(dǎo)用戶合理用電，降低峰谷差，提高電網(wǎng)運(yùn)行效率。而且，虛擬電廠通過應(yīng)用智能計(jì)量技術(shù)，還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，迅速定位故障點(diǎn)，并采取相應(yīng)的維修措施，確保電力系統(tǒng)安穩(wěn)運(yùn)行。

（三）信息通信技術(shù)

信息通信技術(shù)能夠?yàn)樘摂M電廠提供數(shù)據(jù)傳輸、分析和處理方面的技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的科學(xué)管理。通過應(yīng)用信息通信技術(shù)，虛擬電廠可以充分發(fā)揮該技術(shù)本身的作用，對(duì)各運(yùn)行環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)收集全面、完整的數(shù)據(jù)信息，保證數(shù)據(jù)信息的實(shí)效性。通過應(yīng)用信息通信技術(shù)，虛擬電廠還可以充分發(fā)揮該技術(shù)在信息傳遞上的優(yōu)勢(shì)，加快相關(guān)信息的傳遞，同時(shí)有效收集用戶用電數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)據(jù)分析結(jié)果，把握用戶信息和實(shí)際需求，進(jìn)而有效調(diào)配資源，保證用戶用電需求[3]。

二、新型電力系統(tǒng)下虛擬電廠的應(yīng)用實(shí)踐

（一）虛擬電廠在分布式能源管理中的應(yīng)用

“雙碳”背景下，新能源技術(shù)和智能電網(wǎng)加快建設(shè)，虛擬電廠也發(fā)揮著越來越重要的作用。例如，深圳利用虛擬電廠管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力的精準(zhǔn)調(diào)度，避免出現(xiàn)局部供電線路負(fù)荷加重的情況。目前，深圳虛擬電廠管理平臺(tái)已接入45家虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商，涵蓋建筑樓宇空調(diào)、新能源汽車、5G基站等9類共計(jì)3萬多個(gè)分布式資源。通過將“散落”的電力負(fù)荷資源整合起來加以優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)特定時(shí)段內(nèi)的負(fù)荷調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)安穩(wěn)運(yùn)行。實(shí)際中，虛擬電廠通過利用先進(jìn)的信息通信技術(shù)和軟件系統(tǒng)，可以將分布式能源資源進(jìn)行聚合。在這基礎(chǔ)上，通過統(tǒng)一接口和協(xié)議，并將這些分布式資源與虛擬電廠進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷資源的有效調(diào)節(jié)，即確保建筑樓宇空調(diào)、新能源汽車等的電力需求得到滿足，節(jié)約電力資源，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。

（二）虛擬電廠在需求側(cè)響應(yīng)中的應(yīng)用

在需求側(cè)響應(yīng)中，虛擬電廠能夠積極響應(yīng)電力系統(tǒng)調(diào)度指令，有效調(diào)整內(nèi)部資源負(fù)荷，保證電力系統(tǒng)高效運(yùn)行。例如，湖北黃石磁湖電廠是湖北省內(nèi)首家參與電力市場(chǎng)實(shí)體化運(yùn)營(yíng)的虛擬電廠，通過開展有序用電實(shí)戰(zhàn)演練，對(duì)黃石地區(qū)空調(diào)、充電樁、5G基站和工業(yè)客戶等可調(diào)節(jié)資源進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，調(diào)節(jié)負(fù)荷達(dá)5.98萬千瓦，充分展示了虛擬電廠在需求側(cè)響應(yīng)中的重要作用。實(shí)際上，虛擬電廠可以結(jié)合先進(jìn)技術(shù)，充分挖掘用戶的用電習(xí)慣和負(fù)荷特性，并制定個(gè)性化的負(fù)荷調(diào)節(jié)方案，以更好地滿足用戶的需求，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行效率。

（三）虛擬電廠在提升系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性中的應(yīng)用

虛擬電廠具有靈活的資源調(diào)度能力，能夠根據(jù)用電需求的變化，靈活調(diào)控電力資源，確保電力供需的平衡，促進(jìn)電力系統(tǒng)安全和穩(wěn)定運(yùn)行。例如，近年來，國(guó)網(wǎng)山西省電力公司積極開展虛擬電廠研究及設(shè)計(jì)工作，建成省級(jí)虛擬電廠運(yùn)營(yíng)管理和統(tǒng)一接入對(duì)外公共服務(wù)平臺(tái)，建立了710萬千瓦可調(diào)負(fù)荷資源庫(kù)，為虛擬電廠建設(shè)運(yùn)營(yíng)提供技術(shù)支撐。該公司建立的虛擬電廠通過整合電動(dòng)汽車與可調(diào)工業(yè)負(fù)荷資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力的靈活調(diào)度。在用電高峰時(shí)段，虛擬電廠可以通過降低電動(dòng)汽車充電功率的方式來削減用電負(fù)荷峰值；在用電低谷時(shí)段，虛擬電廠可以利用電動(dòng)汽車的移動(dòng)儲(chǔ)能屬性為電網(wǎng)提供電力支持，且接入的客戶可享受較低的谷時(shí)電價(jià)。這有助于提升電力系統(tǒng)的穩(wěn)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(tǒng)背景下虛擬電廠的發(fā)展與運(yùn)營(yíng)策略

（一）實(shí)施商業(yè)運(yùn)作和收益模式

“雙碳”政策下，新型電力系統(tǒng)以新能源為主體，但電網(wǎng)尖峰負(fù)荷屢創(chuàng)新高，給電網(wǎng)平衡帶來了巨大的挑戰(zhàn)。作為需求側(cè)靈活性資源集成聚合的主要形式，虛擬電廠可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力資源的靈活調(diào)度，以促進(jìn)電力系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。如今，虛擬電廠的重要性愈發(fā)突出，需要繼續(xù)探索可持續(xù)發(fā)展的運(yùn)營(yíng)策略，比如，探索商業(yè)運(yùn)作和收益模式。其一，探索商業(yè)運(yùn)作模式。在虛擬電廠探索商業(yè)運(yùn)作模式的過程中，構(gòu)建一套完善的軟件系統(tǒng)平臺(tái)顯得尤為重要。通過搭建虛擬電廠云平臺(tái)，構(gòu)建一個(gè)高效、靈活的虛擬運(yùn)營(yíng)環(huán)境。同時(shí)，虛擬電廠憑借其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，可以向市場(chǎng)提供多元化的服務(wù)以獲取經(jīng)濟(jì)回報(bào)。其二，探索收益模式。虛擬電廠參與電力交易市場(chǎng)，將其組合的多種能源接入電網(wǎng)，再通過智能化控制系統(tǒng)，對(duì)這些能源進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度，提升經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，虛擬電廠通過集成先進(jìn)的智能化調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多元化電源類型的精準(zhǔn)調(diào)配與高效協(xié)同。通過借助智能化調(diào)度系統(tǒng)，能夠充分挖掘并最大化利用各類電源的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，提升整體能源系統(tǒng)的運(yùn)行效率，縮減運(yùn)營(yíng)成本。

（二）構(gòu)建虛擬電廠運(yùn)營(yíng)平臺(tái)

伴隨著新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建和運(yùn)行，虛擬電廠在促進(jìn)電力系統(tǒng)綠色、安穩(wěn)運(yùn)行方面發(fā)揮著越來越重要的作用。目前，隨著新型電力系統(tǒng)綠色、安穩(wěn)運(yùn)行需求的不斷提高，有必要加強(qiáng)構(gòu)建虛擬電廠運(yùn)營(yíng)平臺(tái)。其一，為有效應(yīng)對(duì)不同時(shí)間框架下調(diào)控指令與交易、運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)之間的交互需求，在精心構(gòu)建運(yùn)營(yíng)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，虛擬電廠巧妙設(shè)計(jì)了多樣化的數(shù)據(jù)流通渠道。這樣一來，虛擬電廠可以及時(shí)將調(diào)控指令精準(zhǔn)、及時(shí)傳達(dá)至各執(zhí)行單元。同時(shí)，在多道安全防護(hù)措施實(shí)施的情況下，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)平臺(tái)和調(diào)度系統(tǒng)協(xié)同參與進(jìn)來，促進(jìn)數(shù)據(jù)的深度交互，深挖電力系統(tǒng)高效運(yùn)行的實(shí)際需求，進(jìn)一步促進(jìn)調(diào)控信息順利傳遞，推動(dòng)虛擬電廠運(yùn)營(yíng)平臺(tái)有效運(yùn)行。其二，在構(gòu)建虛擬電廠運(yùn)營(yíng)體系過程中，單位依托于先進(jìn)的技術(shù)架構(gòu)，搭建了高效運(yùn)作的平臺(tái)。該平臺(tái)不僅與智慧能源服務(wù)平臺(tái)深度融合，還有效對(duì)接了能源交易系統(tǒng)，形成全方位的數(shù)據(jù)交互網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建市場(chǎng)信息通路。基于上述情況，虛擬電廠可以結(jié)合獲取的市場(chǎng)信息和調(diào)控信息，合理調(diào)度電力資源，確保居民、電動(dòng)汽車等的用電需求得到滿足，以平衡電力，促進(jìn)新型電力系統(tǒng)綠色、安穩(wěn)運(yùn)行[5]。

（三）資源準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)靈活化，提高智能化運(yùn)行水平

隨著新型電力系統(tǒng)的出現(xiàn)和應(yīng)用，虛擬電廠需要不斷提高自身靈活調(diào)節(jié)能力，只有這樣，才能滿足新型電力系統(tǒng)高效運(yùn)行需要。對(duì)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(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)引入“云—群—端”架構(gòu)模式，提高智能化運(yùn)行水平。其一，虛擬電廠從技術(shù)特性、經(jīng)濟(jì)性能、環(huán)境效益等方面出發(fā)，對(duì)要接入的靈活性資源進(jìn)行全面評(píng)估，再根據(jù)評(píng)估結(jié)果，將要接入的資源分為可再生能源、儲(chǔ)能設(shè)備、需求側(cè)響應(yīng)資源等不同類別。在這基礎(chǔ)上，通過制定明確的準(zhǔn)入條件，比如，明確資源的技術(shù)參數(shù)，確立性能指標(biāo)，制定資源準(zhǔn)入的安全標(biāo)準(zhǔn)，確保接入資源的可靠性、穩(wěn)定性和可控性。此外，為了優(yōu)化電廠運(yùn)營(yíng)模式，明確界定資源的接入路徑、交易流程的順暢性和結(jié)算機(jī)制的透明度至關(guān)重要。在這基礎(chǔ)上，虛擬電廠可以引入負(fù)荷聚合商作為關(guān)鍵角色，由其專門負(fù)責(zé)靈活性資源的整合與管理，促進(jìn)資源高效配置，提高虛擬電廠運(yùn)行效率。其二，“云—群—端”結(jié)構(gòu)模式是一種先進(jìn)的分布式智能系統(tǒng)架構(gòu)，其中“云”代表云計(jì)算平臺(tái)，“群”代表協(xié)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(shè)備。在“云—群—端”一體化架構(gòu)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(jī)制或智能聚類算法，自發(fā)地組織成各具特色的資源集群。在這基礎(chǔ)上，這些資源集群將蘊(yùn)含最優(yōu)調(diào)度策略的模型信息精準(zhǔn)上傳至云端處理平臺(tái)，平臺(tái)則憑借其強(qiáng)大的計(jì)算能力，迅速解決較為復(fù)雜的調(diào)度問題，促進(jìn)虛擬電廠安穩(wěn)運(yùn)行。

（四）虛擬電廠試點(diǎn)建設(shè)，制定針對(duì)性激勵(lì)措施

為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)運(yùn)營(yíng)，除了搭建運(yùn)營(yíng)平臺(tái)、運(yùn)營(yíng)模式，還應(yīng)該加強(qiáng)虛擬電廠試點(diǎn)建設(shè)，同時(shí)根據(jù)接入資源的特性，制定針對(duì)性的激勵(lì)措施。其一，政府、電網(wǎng)、社會(huì)投資者構(gòu)建合作關(guān)系。一是以混合投資形式支持虛擬電廠試點(diǎn)建設(shè)。二是政府通過政策扶持、稅收優(yōu)惠等方式，吸引社會(huì)資本參與虛擬電廠試點(diǎn)建設(shè)，電網(wǎng)則發(fā)揮其在技術(shù)和管理方面的優(yōu)勢(shì)，積極推動(dòng)需求響應(yīng)試驗(yàn)。三是采用委托運(yùn)營(yíng)模式，將虛擬電廠的運(yùn)營(yíng)權(quán)委托給專業(yè)運(yùn)營(yíng)公司運(yùn)作，負(fù)責(zé)虛擬電廠的日常運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、調(diào)度等工作，保證虛擬電廠穩(wěn)定運(yùn)行，降低建設(shè)方的運(yùn)營(yíng)壓力。其二，不同聚合資源，其在行為習(xí)慣、響應(yīng)特性等方面都會(huì)存在一定不同。比如，區(qū)別于工商業(yè)，用戶負(fù)荷的資源特性較為獨(dú)特，即單位容量小、總量龐大且能源消耗分布廣泛?；谶@些特性，用戶負(fù)荷能夠充分有效融入虛擬電廠體系中，通過靈活接入實(shí)現(xiàn)高效管理。而且通過精細(xì)調(diào)控峰谷電價(jià)差異，可以有效激勵(lì)用戶調(diào)整其用電習(xí)慣，促進(jìn)電力需求在時(shí)間上的合理分布，提高電網(wǎng)整體運(yùn)行效率。工商業(yè)負(fù)荷具有規(guī)模大、響應(yīng)意愿強(qiáng)以及用能集中的資源特性，可通過協(xié)議的方式接入虛擬電廠，同時(shí)采取“自動(dòng)響應(yīng)，高峰期削減用電需求”的激勵(lì)措施。電動(dòng)汽車具有行為隨機(jī)、具備雙重儲(chǔ)荷性質(zhì)的資源特性，可通過“引導(dǎo)充放電”的方式接入虛擬電廠，同時(shí)采取“以實(shí)時(shí)電價(jià)引導(dǎo)充電，放電根據(jù)高峰期放電功率和成本進(jìn)行補(bǔ)償”的激勵(lì)措施。

四、結(jié)語

近日，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局、國(guó)家數(shù)據(jù)局聯(lián)合發(fā)布《加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動(dòng)方案（2024—2027年）》?！缎袆?dòng)方案》提出，結(jié)合電力保供、新能源發(fā)展等需求，利用當(dāng)?shù)卦春蓛?chǔ)資源，建設(shè)一批虛擬電廠。建立健全虛擬電廠技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，完善虛擬電廠的市場(chǎng)準(zhǔn)入、安全運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)和交易規(guī)則，常態(tài)化參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，提升電力保供和新能源就地消納能力。據(jù)規(guī)劃，到“十四五”末，通過需求響應(yīng)、輔助服務(wù)、電力市場(chǎng)等多元化途徑，虛擬電廠將成為支撐電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定、清潔低碳、經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行的有效載體，進(jìn)而提升電力供應(yīng)保障能力和新能源消納水平。

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作者簡(jiǎn)介：

周海萍（1976），女，江西南昌人，本科，高級(jí)技師、工程師，江西省“雙千”人才，研究方向?yàn)殡娏I(yíng)銷。

饒璐（1977），女，江西南昌人，本科，高級(jí)經(jīng)濟(jì)師，研究方向?yàn)殡娏I(yíng)銷 。