2025虚拟电厂在构建新型电力系统中的实践与思考分析

2025虚拟电厂在构建新型电力系统中的实践与思考分析

背景介绍

关键技术3

政策、市场机制和商业模式

案例和应用背景

“双碳”和新型电力系统■风电■光伏800002030年新能源装机超过12亿千瓦600002025年新能源装机超过8亿千瓦4000020000020202021202220232024202520262027202820292030·

中央财经委员会第九次会议：构建清洁低碳安全高效的能源体系，构建以新能源为主体的新型电力系统。·

我国新能源发展已取得显著成效：电源结构持续清洁

化，截至2021年底，我国新能源发电装机达到6.34·

2020年9月，习近平总书记提出2030年碳排放提前达峰目标与2060年碳中和愿景。·

能源转型是实现双碳目标的主要途径。能源生

产侧，清洁能源替代化石能源；能源消费侧，65%54%s46%43

532%202520352050■工业■建筑■交通■其他各行业电气化率发展趋势233

%2030年新能源占比达38%

核电

燃气4%

8%2030年我国新能源装机占比216%水电构建新型电力系统“碳达峰、碳中和”亿千瓦，占总发电装机容量的26.7%¹。推动电能替代以降低社会整体碳排放。1来源：国家能源局2022年一季虚网上新闻发布会文字实录2来源：国网能源研究院《中国电力供需分析报告2021》我国新能源装机规模(万千瓦)2生物质1%太阳能21%风电

17%煤电3441%54%●新能源占比逐年提高，低谷时段消纳难，尖峰时段保供难，波动时段调节难。●

用户侧灵活异质资源数量多、体量小、总量大，聚沙成塔。

然而，目前大量用户侧可调节资源尚未纳入电力系统可调控范围。系统灵活调节能力70000负荷600007000500005000400004000300002000风

电100000

24

6

8101214161820221

1

0

0

0

万千瓦t000080003

2

4

6

万千瓦

占电网最大负荷的8%4000占

电

网

最

大负荷的3.6%02021

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

2

3

45

6

7

8

9

101112痛点京津唐电网调峰与新能源消纳之间的矛盾日益严峻我国新能源发电量与用电量月度分布(2019年)用户侧可调节资源容量规模*用户侧可调资源容量(万千瓦9000800010000200001200060

00200030006000难以实时控制→如何纳入电网调控?何

网

源缺乏持续激励→如何参与市场交易?能无法有效连接→如何安全高效通信?如何唤醒电网调度看不到、控不了的用户侧海量灵活异质资源，实现从离散动作的需求响应，到连续闭环运营、可调控、可交易的新型"虚拟"电

厂?如何用更经济的方案，解决能源转型中低碳-安全-经济三角矛盾?国内的负荷响

应项目主要解决需求侧管理，主要依赖于补贴，未实现市场化、和与电力系统的连续闭环响应。关键技术政策、市场机制商业模式源能坐进一

-

一

信

息

流道雪、制冷难点

3冷地酒怡原关键问题用户健

储能1能家盛

慧字台楼热能源互联网2分布式光伏电聚合优化“网源荷储”清洁发展的

新一代智能控制技术和互动商业模

式。在传统电网物理架构上，

依

托

互联网和现代信息通讯技术，聚合

分布式电源、储能、负荷等尚未纳

入电网现有调控范围的各类资源，进行协同优化运行控制和市场交易，实

现电源侧的多能互补、负荷侧的灵

活互动、储能侧的柔性调用，对电网连接聚合调控交

易智能家居智

慧楼宇●巷动互联网

◎大数粼人工智能

区块罐物服网

◎云边协◎

云平合边

计智能管控平台X0提供调峰、调频、备用等辅助服务。

A

party

or

system

that

realizesaggregation,optimizationandcontrol

of

decentralizedgenerations,energy

storagedevices

and

controllableIEC电网生产运行和市场运营能量一

一

信

息虚拟电厂解决方案

虚拟电厂定义loads.(Source:IEC

TC8SC8BWG4)不同于微网，可跨地域蓄热式电采暖可调节工商业用户侧

储能电动汽车充电桩虚拟电厂分布式发电2019~今澳洲：特斯拉墙-澳

大利亚能源市场运营

机构

AEMO2019~今：VPP

投运，参与

华北(京津唐电网)调

峰辅助服务市场上海：黄浦智能楼宇，

参与需求侧管理2006~今北美得州：电动汽车北美加州：聚合

型VPP+现货市场

商DERP-VPP欧洲：德国NextKraftwerke-欧洲电力

交易中心EPEX北

美

：聚合可控负荷为主欧

洲

：聚合分布式电源为主澳

洲

：聚合用户侧储能为主2022山西：发布《虚

拟电厂建设运营

实施管理方案》深圳：建成VPP管理平台2022.11IEC首批VPP国际标准

获批发布江苏、上海等：参与需求侧管理、山西等：参与电网调度运行和电

力市场运营2016江苏：开展全球

单次规模最大的需求响应，堂秒

级的快速精准稳

控切负荷。2018~今IEC

首批VPP

国际标准

立

项IECSC8BWG4VPP国际工作组成立199os1997年，虚拟电厂

(VPP)概念

首次提出2000~20062001年起，欧洲多国日益兴起以中

小型分布式发电为

主要目标的VPP研

究项目解决方案虚拟电厂发展历程概念提出研究探索国外实践国内实践

标准制定虚拟电厂主要类型应用模式第1阶段邀约型VPP解决方案主要类型·

江

苏VPP·

上

海VPP·

广

东VPP……需求侧资源型冀

北VPP芬

兰VPP….·

关国得州、加州VPP·英国Piclo

VPP·

关国纽约Edison

VPP·

德国NextKraftwerke

·欧洲Energy2Market·

澳

洲VPP…·

德

国VPP……供给侧资源型·

北美VP

P·

澳

洲VPP·

翼

北VPP

混合资源型….…2提升系统灵活调节

能力3成熟市场环境下长期商业运营服务对象1需求响应第3阶段自主型VPP第2阶段市场型VPP·江

苏VPP

·

上

海VPP·

·监管侧：降低系统运行成本·促进市场多元竞争，保障系统价格稳定·助力分布式能源监管电网侧：服务电网稳定运行·提高可调资源的可控性和实时响应能力，提升系统调节能力

·

提高设备使用效率，减少电网的投资与建设发电侧：促进新能源消纳·缓解传统火电深调压力，提升火电的利用率(减少尖峰电源投资

·

为新能源提供新增调节能力，降低市场总成本费用用户侧：产销结合者，保证优质供电服务·

拓宽资产的盈利方式·

提供移动APP、微信小程序等便捷互动渠道·

用户可以远程开展交易申报、用能监测、实时控制等业务电力监管监管机构电力系统发电企业

电网公司

电力用户运营商虚拟电厂功能和价值运营商侧：引入新兴市场主体·

确立虚拟电厂运营商(负荷聚合商)作为新兴市场主体

·

新商业模式业务模式产业链：创造综合产业收益·

创造全产业链效益·提供衍生增值服务产业链资产拥有者

技术提供商

设备提供商

服务购买商解决方案虚拟电厂运营商

负荷聚合商

辅助服务提供商标准发布2019.10·

明确虚拟电厂概念定义2020~2021·工作组草案/WD·第一版委员会流转稿/CD1·第二版委员会流转稿/CD2标准编制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《虚拟电厂：用

例》国际标准获批发布2022.06·委员会投票稿/DTSm虚拟电厂国际标准■2018.03·IEC

TS

63189-2《虚拟电厂：用例》国际标准提案获批立项2018.04·组建IECTC8SC8B

WG4虚拟

电厂国际工作组解决方案wrgHrt

APPROVEDDocument88/136/0TS2018.09·虚拟电厂国

际标准首次

工作组会c

t

w20标准立项0rs

背景和基本概念

关键技术3

政策、市场机制和商业模式

案例和应用③4G/5G光纤边缘智能网关

②RS485/PLC/RF①电舰炉分布式电源

用户

可调节工商业

电动汽车4G/5G光纤边缘智能网关RS485/PLC/RF攀完五地市关键技术

虚拟电厂④云平台+loT平台(功能)(1、核心应用：聚合优

化调控、交易结算等2、数据分析和挖掘：大

数据、Al3、业务微应用：能源托

管、能源资产组合、运

营监测与评估等4、与其他系统交互)⑤安全体系(安全保障架构、安全

加

固

策

略

等

)其它地区①用户侧智能终端(建模、计星、通讯、

控

制

)②

边缘智能网关(数据存储、分析、

计算)③通信网络(5G、LoRa、

光纤

等异步通讯、网络安

全等)电网调度、营销运营综合分析微应用nloT平台开

放API数据采集订阅、通知设备管理规则引攀

安全与鉴权云平台交易结算聚合调控管

边4G/5G光纤市场交易端④⑤云蓝热式三级架构电力系统VPP电力用户输电网需求上报个

电价激励配电网技术架构

虚拟电厂分布式电源、可调负荷、储能系统等电网看不到、控不了的的可调资源需求上报

电

价激励VPPVPP交易中心

调度中心控制指令/

电价激励控制指令/

电价激励可调资源VPP需求上报状态量测VPP重重重重VPP

参与紧急控制暂态建模响应特性分析精细化划分紧急协同控制系统架构多维度控制策略实施方案实时信息交互技术

安全交互技术分布式资源特征提取调节范围、速率提取调节空间投影理论调峰发电机/储能能量

块/多组功率曲线调压无功参考值设定戴维南等值功能与应用

虚拟电厂VPP三级调控架构电网调度系统调频惯量支持一次：下垂控制

二次：功率分配调节成本提取参数规划理论优化调度实时校正信息整合中长期VPP

示范参与电网调控分布式资源

动态聚合VPP

资源整合优化和控制虚拟电厂可调资源信息上报信息

上报指令

下发指令下发日

前其

它

业

务

-准入、结算→电力交易中心市场信息

华北辅助服务市场市还管理交园管理

结前世理VPP

业务运营商①

②

③

⑫

-王—泛在撞入—VPP

协同调控王智

S

腔-网合性互助负荷分析

行为分析潜力分析架合仿真协同计划状态展知虚拟电厂物联网、大数据专屈云计算-周控指令—虚拟电厂智能管控平台协

同

异

步

通

讯

：基于软件定义网络(SDN)和信息物

理建模技术，支撑平台与系统、用户之间异步柔性互动。精

细

化

建

模

：基于两阶段鲁棒优化算法，在调节空

间投影内寻找内切多面体，实现资源等值聚合。Al

调

控

决

策

：采用A深度学习数据建模技术，提供

多时间尺度的资源动态聚合算法；考虑性能优先、一般均衡、成本最优等多优化目标，提供基于本地调节的负

同指令控制。分

布

式

微

服

务

：基于分布式微服务架构，提供市场

花

运

营

功

能

和

电

网

安

全

调

控

要

求

的

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同

调

度

功

能

。海

量

接

入

：支持多种类型终端和应用接入，支持弹

性扩展亿级连按和百万级消息并发处理的能力。能力

开

放

：具备丰富API开放接口，实现应用高效

集成和业务快速上线。安

全

可

靠

：:云化部器并提供电信级、工业级可靠安

全保障，对业务进行全方位监测和防护。生

态

合

作

：从应用、平台、网关、设备四个层次打

造全方位的生态开放系统。平台研发虚拟电厂智能管控平台VPP

智能管控·⑤

6

⑦电力用户分布式光伏蓄热式电锅炉聚合协同

计划经济湖应优化协河响应优化协间效果

评估核心应用基础支撑虚拟电厂1虚拟电厂2→

务

信息

→

调腔·③

O

⑤川

⑩状态哪知

协司响应

调控目标⑩

OO自②

O重一市场准入-协同目标状态哪知计处中级o平台研发

虚拟电厂智能管控平台■研发了基于公有云和边缘协同的虚拟

电厂智能管控平台

,建立调度、交易

、营销与用户侧的

数据交互接口，实现虚拟电厂持续在线响应电网AGC调控指令。调节目标：549.257kW资源名称：沽源总蓄热资源调令状态：已送达优化计算】

协同指令华北调度

调节中更多

》调令：T0028调节目标：25MW调令状态：分解中按收时间：18:01:56调令：D00151目标：549.257kW资源：沽源总蓄热…调令状态：已送达loT边缘网关虚拟电厂3.1MW虚拟电厂可调资源受控中受控中从市场化运营业务协同角度分为四个阶段，虚拟电厂智能运营管控平台为虚拟电厂运营商提供了分布式资源聚合优化、市场交易、友好协同互动业务支持。系统包括运营监控、终端app

控制以及系统支撑等功能

组成，按照不同的角色划分，不同的角色可以访问不同的功能应用。分布式资源商通过终端APP

与平台的通信

=CD舞

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68.16105255工

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赋节权日场办公榴群楼样

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市场交期中报日W附时中服的服市场公售储息交s.

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性

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同喇应执行的程目的调计新分M-

霞N行自果评也培用的程分布式假源分地算B份17

9

6

度.e核期虚拟电厂智能管控平台功能平台研发实附互对应监度日的词计物管理D互动，实现虚拟电厂与分布式资源的互动响应。虚电厂注及难入rouru⁹5CNPNDAetuL虚

L

厂R合资游管理砌的网饮就聚食附

州GaoU

科日内民化协同没1.H

下

幅运背管控平台厂R汤助冠督roNrB翼

北

痴U吨计

，n公

司Ir⁹aDtr,uPs网名

用

脚8.hr工程建设

虚拟电厂示范工程我国首个以市场化方式运营的虚拟电厂示范工程虚拟电厂

智能管控平台边缘网关

智能终端物联网云平台用户

APP中国电力科技中国电力企业联合会电

进步奖二等奖

力科技创新奖一等奖2021年度电力科被幅新证

书虚拟电厂

成果获奖国家电网有限公司

管理创新成果特等奖荣誉证书国网电力有限公

司科技进步特等奖然禁北京市企业管理现代

化创新成果一等奖文

件2018

2019202020212022中国能源研究会

日内瓦国际

能源创新奖一等奖

发明展金奖河北省企业管理现代

化创新成果一等奖就社行现的委员会件科技奖励管理创新奖励国家电网有限公司

科技进步奖一等奖拒

严DPIOME出

：

:

1特

等

奖羲奖证革妖证7r网Gunh

背景和基本概念

关键技术

政策、市场机制和商业模式

案例和应用2022.6.23山西：《虚拟电厂

建设与运营管理实施方案》(晋能源规

〔2022〕1号)2：.6《

区域电力并网运行管理实施细则》《南方区域电力辅助服务管理实施细则(南方监能市场(2022〕91号)一■

黄北虚拟电厂

上海虚拟电厂

1江苏、山西南方电网■国

家南方.13南网2022020-5国务院参事室向韩正副总理呈报了虚拟电厂

专题报告，

韩正副总理批示至国家能源局章

建

华

局

长

，"大力发展虚拟电厂新业态"。2020.4"十四五"国家能源规划专家委员会、国务院参事室组织10位院士专家，专门听取电力虚拟电厂汇报。政府补贴规〔2021〕]61号)2021.1.18国家能源局关于印发《2021年能源监管工作要点》的通知(国能

发监管规(2021〕2号)改(2022〕118号)2022.1.29《

十

四

五

”

现

代

能源体系规划》(发改能源〔2022〕

210号)办法(征求意见稿)》

“电力市场主体包

括…负荷聚合商、虚

拟电厂.等”2021.12.212022.1.18关于印发《电力辅关于加快建设全国

助服务管理办法》

统一电力市场体系

的通知(国能发监管的指导意见(发改体2022.11.25《电力现货市场基本

规则(征求意见稿)》·《电力现货市场监管上海：《上海市经济信息化

委关于同意开展虚拟电厂参

与需求响应市场化交易试点

工作的批复》(沪经信运京津店：

《华北能源监管局关

于继续开展第三方独立主体参

与华北电力调峰辅助服务市场

试点工作的通知》(华北监能政策机制2019.12.10京津唐：

《第三方独立主体参

与调峰辅助服务市场规则》(华北监能市场〔2019〕315号"202T

20222020.2.25

2020.11.112020.7由华北能源监管

局专门向国家能

源局呈报翼北虚

拟电厂运营评估

报告，得到章

建

华局长批示肯定。20152015.6.15江苏：

《江苏省

电力需求响应实

施细则》(苏经

信电力〔2015〕

368号)我国政策机制VPP-

我国首个市场化运营的VPP示范工程投运〔2020〕113号)

市

场〔2020〕208

号)*2023

市场收益20202019·…政策机制

国外虚拟电厂主要政策机制德国、英国、法国等欧洲国家，美国加州、德州、纽约，日本、澳大利亚等也分别发布政策和市

场机制，鼓励聚合分布式能源达到一定规模，参与主网调度运行和电力市场(提供灵活性，主要

参与辅助服务、平衡市场、现货市场等)。2021年4月，美国联邦能源管理委员会

FERC

2222号命令，要求通过虚拟资源(a

single

virtual

resource)

,将分布式能源DER

(分布式电源、储能、可调节负荷等)智能聚合，参加电力系统

调度和市场，以降低电力系统的整体运行成本。DERCapacityAggregation

ResourceDERAggregation

ResourcosDERAggregator每MarketParticipantComponent

DER三

ACFERC

Order

2222PJMMarkets激励类型案例参与市场类型、

提供服务种类市场收益基于用户、社区英国PowerVault、德国Sonnen等现货能量、平衡、

辅助服务调频、

备用等基于售电公司欧洲、美国、澳大利亚等基于发电英国ecotricity等基于第三方运营商(平台、技术提供商)德国Next

Kraftwerke、英国Piclo

特斯拉公司等政府补贴型基于供电公司美国BYOT项目、日本关西等政策机制

国外虚拟电厂主要商业模式

背景和基本概念

关键技术

政策、市场机制和商业模式

案例和应用消纳保供压力叠加系统灵活调节能力亟需提升要北全年有50天新能源日均出力低于装机容量的10%新型电力系统

面临挑战可持续高质量发展协同高效矛盾突出

市场运营体系亟待加强

■县域高渗透率分布式光伏

10KV

台区电压越线问题突破安全稳定运行安全稳定问题复杂系统运行机理亟需突破山

佳

家口2025年区域火电机组预计释放调峰能力

约占张家口新能源装机容量10%新型力系施月

由mtu

网张北柔直电网展次出现

宽频带振荡现象调节能力提升白市场主体多元发展频率超限次数增加，暂态过电压等问题突出机

容

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