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  （1）國外虛擬電廠發展現狀

  21 世紀初，歐美多國已關注虛擬電廠，在虛擬電廠聚合資源方面類型豐富且各國各有側重，包括了電源側、負荷側和儲能側等各類資源。其中，歐洲各國側重分布式電源+儲能，北美側重可控負荷，澳大利亞以用戶側儲能為主，日本以用戶側儲能+分布式電源為主。

  德國的虛擬電廠已完全商業化，由于《可再生能源法》規定了可再生能源發電直接銷售的要求，德國的虛擬電廠運營商可以在批發市場銷售 100kW 以上中型可再生能源電廠產出的電量，并在日前市場優化其售電。目前，德國虛擬電廠主要有三類運營商：1)獨立虛擬電廠運營商。這類運營商不隸屬于傳統客戶的電力供應商。它們也可以作為電力供應商(主要是裝機在 100kW 以上的大客戶)成為平衡責任方。2)大型電力公司(跨國、地區和市級企業)。將自己的發電資源以及可能的負荷用戶和發電機組聚合到虛擬電廠當中，作為電力公司，也是平衡責任方。3)新型市場參與者，特別是小規模分布式能源資源的制造商，它們主要將其用戶的資源聚合到虛擬電廠當中。

  美國的虛擬電廠以聚焦可控負荷的需求響應為主，其原因主要有兩點：1)美國擁有眾多直接連接到用電側的分布式太陽能(5.780, 0.01,0.17%)資源。2)美國存在眾多競爭性電力市場，電力批發與零售市場相較于歐洲更為活躍，與用戶端聯系緊密。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 8600MW。目前美國虛擬電廠試點項目數量超過20 個，分布在14個聯邦州。主要包括居民社區、工商業園區、分布式光伏、儲能設施和電動汽車。美國的虛擬電廠市場呈一超三強格局，各有側重差異發展：特斯拉為美國虛擬電廠龍頭，深耕加州市場，利用機器學習技術整合優化家庭電池和工業發電兩類虛擬電廠。AutoGrid 則注重平臺服務，不運營自有虛擬電廠，Stem利用 AI 優化能源利用，Sunrun 則注重住宅能源市場。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。

  澳大利亞分布式能源發展勢頭強勁，各州政府相繼推出大力發展家庭儲能電池計劃。澳大利亞能源市場運營商（AEMO）牽頭組織 2019 年 7 月到 2021 年 6 月進行為期兩年的虛擬電廠參與電力市場試點運行示范項目，試點運行虛擬電廠在前四個月參與了 6 個頻率控制輔助服務，以及在 2019 年 9 月 13 日至 2020 年 1 月 12 日期間，參與了五起需要虛擬發電廠干預的重大事件。示范項目運行結果表明由家用太陽能發電系統和電池儲能組合得到的虛擬電廠可以為參與用戶帶來更多收益，同時有助于電力系統的安全穩定運行。

  日本將廣義虛擬電廠的概念和范疇定義為 ERAB（EnergyResource Aggregation Business）商業模式，ERAB 商業模式主要有三大類交易產品：為售電企業提供“正瓦特”，為售電企業提供“負瓦特”，為系統運營商提供“正瓦特或負瓦特”。虛擬電廠具有提供電力供給、備用服務和平衡服務三大基本功能，并分別在批發市場、容量市場和輔助市場實現其價值。日本推廣 VPP/DR 的重點集中在居民住宅、辦公大樓、工廠、商業設施、學校、醫院等公用事業部門以及電動汽車等七大領域，“光伏+儲能”為主要形式。

  （2）國內虛擬電廠發展現狀

  國內虛擬電廠的發展可分為三個階段，分別為邀約型、市場型以及跨空間自主調度型。我國虛擬電廠正處于邀約型向市場型過渡階段，項目以研究示范為主，普遍由政府主導、電網實施，尚未到商業化階段，呈現以下 4 個特點：

  1）相關政策框架仍需進一步完善，亟需制定國家和省級專門政策；

  2）項目開發總體上仍處于試點和示范階段，且在省級范圍內缺乏統一的虛擬電廠平臺；

  3）大多數虛擬電廠試點已實現用戶用能監測的初步目標，但實現虛擬電廠的優化調度和對分布式能源的閉環控制的項目仍然稀缺；

  4）商業盈利模式尚未明晰，仍在探索階段，目前主要通過價格補償和政策引導來參與市場。

  廣東、江蘇、浙江和上海等經濟發達地區主要通過聚合充電樁、商業體等負荷端資源，積極參與需求側響應。而在冀北等其他地區，主要的虛擬電廠模式則是聚合發電側、儲能裝置和可控負荷等多種資源的綜合型虛擬電廠。其原因在于基于城市功能區不同應用場景，負荷類型、通用能源需求、能源典型配置的對應關系不同，虛擬電廠建設需因地制宜，基于現有電力市場與需求側響應市場開展。國網冀北虛擬電廠是國內首個虛擬電廠試點項目，于 2019 年 12月建成投運。該工程實時接入并控制了蓄熱式電采暖、可調節工商業、智能樓宇、智能家居、儲能、電動汽車充電站、分布式光伏等資源。翼北虛擬電廠項目可以提供實時、柔性、連續的能量調節，增強了系統調節能力，參與調峰輔助服務有效促進京津唐電網在低谷時段的新能源消納。2019 年起，冀北虛擬電廠全程參與華北(京津唐)調峰市場出清。已在線連續提供調峰服務超過 5225 小時，累計增發新能源電量 3747 萬千瓦時。資源總容量 358MW，最大調節能力 204MW，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%），調節性能良好。

  上海是全國最先進行虛擬電廠項目建設的城市之一。在工商業用電比例極高的情況下，構建了以商業樓宇為主的調度-交易-運營一體化虛擬電廠運營體系，實現了虛擬電廠直接參與電力市場交易和調度系統優化調控，主要應用場景包括商業樓宇能源管理、削峰填谷等。截至 2023 年 3 月底，上海市級平臺已接入 12 家虛擬電廠，初步形成1000MW 發電能力。所涵蓋資源類型包括工商業樓宇、冷熱電三聯供能源站、電動汽車充換電站、動力照明、鐵塔基站分布式儲能等。試點項目包括黃浦區商業建筑需求側管理示范項目等，黃浦區約 50%商業建筑接入虛擬電廠平臺，響應資源約 60MW。上海虛擬電廠目標為消納能力達到地區最高負荷的 5%，以保障電網的安全穩定運行。目前上海虛擬電廠實現了對負荷資源的監測，但尚未實現對負荷資源的在線自動控制，且總體規模相對于電網負荷規模仍舊較小，還需通過不斷培育負荷聚合商、接入用戶可控資源，以擴大虛擬電廠規模。

  深圳虛擬電廠管理中心于 2022 年 8 月 26 日成立，是國內首家虛擬電廠管理中心。其平臺采用“互聯網+5G+智能網關”的先進通信技術，打通了電網調度系統與聚合商平臺接口，實現電網調度系統與用戶側可調節資源的雙向通信，可滿足電網調度對聚合商平臺實時調節指令、在線實時監控等技術要求，為用戶側可調節資源參與市場交易、負荷側響應，實現電網削峰填谷提供堅強技術保障。目前，深圳區域的虛擬電廠已基本具備實體電廠功能，開始常態化參與電網調節業務，幫助電網在負荷尖峰時段減輕負擔，提升用戶用電可靠性、穩定性。深圳虛擬電廠平臺已成功接入了 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 萬千瓦級可調節能力的虛擬電廠，逐步實現年度最大負荷 5%左右的穩定調節目標。

  城市中市有大量的工商業企業用電負荷資源、可調節負荷、電動汽車充電站以及儲能資源，具有巨大的削峰填谷潛力。在電源側，虛擬電廠可以提供海量分布式電源精益化管理手段，促進新能源消納；在電網側，虛擬電廠可以為電網提供調頻調峰服務、負荷備用服務等，提高電網安全運行水平；在用戶側，電力用戶通過參與需求響應，用能效率大幅提升，在降低電費的同時，還可以獲取需求響應收益。虛擬電廠可以有效消納新能源光伏發電的過剩產能。風電和光伏發電的波動性、隨機性、反調峰特性、極熱無風、晚峰無光等問題，儲能裝置可以有效解決源-荷不匹配問題，在負荷低谷吸納冗余發電能源，在負荷高峰釋放電能，削峰填谷作用顯著。儲能配置于負荷側更有助于提升系統調節性能和保證供電的可靠性，新能源端配置儲能更有助于提升系統安全穩定水平和整體經濟效益。

  虛擬電廠的協調優化控制大大減小了分布式發電機組并網對電網造成的沖擊，降低了分布式電源增長帶來的調度難度，使配電管理更加合理有序，提高了電力系統運行的穩定性，助力“雙碳”目標的實現。

  示范項目建設的虛擬電廠由能量管理云主站（運營平臺）、用戶園區智能能量控制器、分布式資源及其控制終端三部分構成。

  ?虛擬電廠是一種通過先進的信息通信技術和軟件系統，實現分布式電源、儲能、可調負荷等多種分布式資源的聚合和協同優化，作為一個特殊的電廠參與電力市場和電網運行的協調管理系統。它的運行方式主要依賴于信息技術的資源聚合，包括互聯網、大數據等技術的應用，整合、優化、調度、決策來自各層面的數據信息，增強虛擬電廠的統一協調控制能力。虛擬電廠的核心功能在于聚合分散的電力資源，進行優化控制與分配，相當于一個調度控制平臺。

  虛擬電廠的運行不僅涉及技術的聚合和協調，還包括參與電力市場的策略。它可以作為“正電廠”向系統供電調峰，也可以作為“負電廠”加大負荷消納配合系統填谷，通過這種方式，虛擬電廠在電力系統中發揮著重要的調節作用，有助于提高電力系統的穩定性和經濟性，促進可再生能源的消納和利用。

  此外，虛擬電廠的運營還包括資源聚合商的角色，這些資源聚合商在電力交易市場和輔助服務市場分別開展供給側和需求側資源優化。隨著分布式能源種類和數量的增加，部分聚合商將發展成為跨種類、廣域的源網荷儲集成商，在電力行業中發揮舉足輕重的作用。

  虛擬電廠的提出旨在解決分布式電源接入電網所帶來的問題，如容量小、數量大、分布不均等，以及給電網穩定運行帶來的技術難題。對于面臨“電力緊張和能效偏低矛盾”的中國來說，虛擬電廠無疑是一種好的選擇，具有非常大的市場潛力。隨著可再生能源的快速發展和電力市場的逐步開放，虛擬電廠將在智能電網和電力市場中發揮越來越重要的作用?。