隨著新型電力系統(tǒng)建設的快速推進，分布式電源、電動汽車等新興資源發(fā)展迅猛，源荷雙側隨機特性凸顯，傳統(tǒng)“源隨荷動”的電網(wǎng)運行調(diào)節(jié)方式發(fā)生轉變，系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)資源容量嚴重不足，各地迎峰度夏電力保供面臨極大挑戰(zhàn)。據(jù)國家能源局預測，今年度夏期間，全國用電負荷最高負荷預計同比增長超過1億千瓦。“雙碳”目標下，傳統(tǒng)調(diào)節(jié)容量不足，如何挖掘新的靈活性調(diào)節(jié)資源、豐富電網(wǎng)調(diào)節(jié)手段成為當下研究的重點。

虛擬電廠成為電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)的“生力軍”

2023年9月，國家發(fā)展改革委等部門印發(fā)《電力負荷管理辦法(2023年版)》和《電力需求側管理辦法(2023年版)》，提出建立和完善需求側資源與電力運行調(diào)節(jié)的銜接機制，逐步將需求側資源以虛擬電廠等方式納入電力平衡，提高電力系統(tǒng)的靈活性。

當前，需求側可調(diào)節(jié)負荷、電動汽車、儲能等調(diào)節(jié)資源未被充分利用，可調(diào)節(jié)潛力巨大，但需求側各類資源具有點多面廣、單體容量小、電壓等級低、特性差異大等特征，亟須發(fā)揮虛擬電廠在市場環(huán)境下對各類小微資源組織協(xié)調(diào)的主動性，將數(shù)量多、分布廣、單體規(guī)模小的需求側資源“化零為整、聚沙成塔”，通過聚合方式，參與現(xiàn)貨市場、輔助服務市場和市場化需求響應等，在電力供需平衡中實現(xiàn)高效率、規(guī)模化的調(diào)節(jié)，提升電力系統(tǒng)安全裕度，豐富電力安全保供手段。

把握好虛擬電廠的角色定位和概念內(nèi)涵

虛擬電廠是指利用數(shù)字化、智能化等先進技術，將需求側一定區(qū)域內(nèi)的可調(diào)節(jié)負荷、分布式電源、儲能等資源進行聚合、協(xié)調(diào)、優(yōu)化，結合相應的電力市場機制，構成具備響應電網(wǎng)運行調(diào)節(jié)能力的系統(tǒng)。虛擬電廠是新型電力系統(tǒng)的重要組成部分，通過與電網(wǎng)友好交互發(fā)揮作用、產(chǎn)生價值，在服務電力保供、提升新能源消納水平、豐富電力市場經(jīng)營主體，以及優(yōu)化全社會生產(chǎn)生活用能方式等方面發(fā)揮重要作用。

虛擬電廠具備四個核心特征。一是廣域聚合，從對象維度強調(diào)需求側分散靈活資源的跨空間廣域聚合能力。二是可調(diào)可控，從能力維度強調(diào)通過資源協(xié)調(diào)優(yōu)化，形成具有可調(diào)控外特性的集成系統(tǒng)。三是邊界清晰，從管理維度強調(diào)電網(wǎng)調(diào)控邊界，比如山西的虛擬電廠參與不了山東的調(diào)度，同時強調(diào)容量規(guī)模邊界，聚合規(guī)模太小沒有規(guī)模效應。四是共贏互動，從運營維度強調(diào)各方參與，保障虛擬電廠未來可持續(xù)發(fā)展。

虛擬電廠是需求側資源的一種組織方式，不同于常規(guī)電廠。一方面，虛擬電廠與調(diào)度機構直接調(diào)度控制的電源互為補充，對于被納入調(diào)度調(diào)管范圍的各類發(fā)電資源(如小水電、自備電廠)，已有完善的控制和管理機制，其調(diào)節(jié)由調(diào)度直接控制實施，不應再納入虛擬電廠由運營商進行調(diào)節(jié)，否則會造成調(diào)節(jié)效果下降和交叉控制，削弱電網(wǎng)整體調(diào)節(jié)能力。另一方面，虛擬電廠是對分散在不同地理位置和電網(wǎng)接入點的已建成的用戶側儲能、可調(diào)節(jié)負荷等資源進行聚合，對現(xiàn)有“在網(wǎng)”資源優(yōu)化調(diào)控，其發(fā)展由市場決定，盈利空間大時，項目主體多，盈利空間小時，項目主體少，不存在傳統(tǒng)實體電廠建設的規(guī)劃環(huán)節(jié)，無須重復“并網(wǎng)”，只需要根據(jù)相關政策要求接入新型電力負荷管理系統(tǒng)。

虛擬電廠建設應用需要系統(tǒng)性的技術支撐體系

總體來看，虛擬電廠關鍵技術主要包括三類：聚合技術、調(diào)控技術和運營技術。

聚合技術是通過動態(tài)聚合靈活資源，形成統(tǒng)一外特性及可量化的調(diào)節(jié)能力，是虛擬電廠調(diào)控與運營的基礎。比較關鍵的內(nèi)容包括融合“物理—市場—信息”的可調(diào)節(jié)資源動態(tài)聚合技術，強調(diào)分層分區(qū)的動態(tài)聚合過程，還有關于聚合外特性模型構建及調(diào)節(jié)潛力的量化評估、可信評估。聚合技術還面臨較多挑戰(zhàn)，比如如何提升動態(tài)聚合的可靠性和有效性，適應電網(wǎng)復雜調(diào)控場景等要求;如何提高外特性模型的準確性和適應性，持續(xù)跟蹤匹配分布式資源技術形態(tài)的快速變化;如何利用大量多源快變數(shù)據(jù)實現(xiàn)調(diào)節(jié)潛力的動態(tài)評估等。

調(diào)控技術是考慮資源時空互補特性，開展資源的優(yōu)化控制及協(xié)同，從而為精準響應電網(wǎng)運行提供支撐。由于虛擬電廠是分層分區(qū)的聚合過程，因此適合采用“云—邊—端”協(xié)同的調(diào)控架構。另外，因為聚合的是大量離散分布的資源集群，通過自適應分布式控制技術，實現(xiàn)自主響應、就地控制與協(xié)同運行。調(diào)控技術也面臨著許多挑戰(zhàn)，比如如何進行云邊端各層級任務快速分配與決策;如何構建低成本、高適用的虛擬電廠邊緣設備與終端;如何實現(xiàn)實時性調(diào)節(jié)需求下的就地控制與精確跟蹤等。

運營技術是面向多類型市場及多品種交易目標，形成具體的交易策略，實現(xiàn)虛擬電廠的經(jīng)濟低碳運營。比較核心的包括市場預測和成本收益模型構建，以及多元市場環(huán)境下的交易決策，比如最優(yōu)投標策略、定價策略等。運營技術同樣面臨著一系列挑戰(zhàn)，比如如何提高預測和決策準確性，應對市場波動和不確定性;如何基于市場信號更好引導用戶參與電網(wǎng)互動;如何建立科學合理的價值量化評估體系等。

推動虛擬電廠規(guī)范化、常態(tài)化、規(guī)模化、市場化發(fā)展

虛擬電廠規(guī)范化是前提，市場化是手段，規(guī)模化、常態(tài)化是目標，推動虛擬電廠高質(zhì)量發(fā)展需出實招。

加強頂層設計。由政府主管部門出臺虛擬電廠建設運營指導意見等政策，完善運行機制，從國家層面推進虛擬電廠的規(guī)范化、規(guī)模化、市場化、常態(tài)化發(fā)展。

加快標準研制。加快推動資源感知、系統(tǒng)交互、網(wǎng)絡安全防護、入網(wǎng)測試等技術標準體系建設，推進虛擬電廠規(guī)范化發(fā)展。

完善市場機制。推動完善省級現(xiàn)貨市場規(guī)則，逐步完善虛擬電廠資源參與各類市場的運作機制，設計保障各方利益的盈利模式，引導虛擬電廠運營商為用戶提供標準化服務。

加強技術支撐。加強對虛擬電廠調(diào)節(jié)容量可信度評估、電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行影響評估、需求側電力電量分析預測等關鍵技術研究，鼓勵試點應用創(chuàng)新，探索差異化技術路線和商業(yè)模式。

強化宣傳引導。面向各類資源主體宣傳虛擬電廠的作用意義、實施流程等，形成行業(yè)共識，主動引導虛擬電廠相關輿論方向，推動構建虛擬電廠健康可持續(xù)發(fā)展的良好生態(tài)。

(作者單位：中國電力科學研究院)