王宣元，劉 蓁

（國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司，北京市 100054）

0 引言

在“雙碳”戰(zhàn)略指引下，中國(guó)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型全面提速。近年來(lái)，以風(fēng)電、光伏為典型代表的新能源裝機(jī)容量快速增長(zhǎng)。截至2021 年底，中國(guó)新能源發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到634 GW·h，占總發(fā)電裝機(jī)容量的26.7%［1］。但是，新能源能量密度低、穩(wěn)定性差，且具有波動(dòng)性、間歇性、反調(diào)峰性等特征，導(dǎo)致電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力不足［2-3］。以冀北電網(wǎng)為例，風(fēng)電日最大出力約80%以上出現(xiàn)在負(fù)荷低谷期，且統(tǒng)調(diào)供熱火電機(jī)組比例逐年增高。受地區(qū)負(fù)荷、電網(wǎng)外送能力增長(zhǎng)不及預(yù)期的影響，新能源消納空間進(jìn)一步被壓縮，傳統(tǒng)火電資源的調(diào)節(jié)能力已經(jīng)無(wú)法滿足系統(tǒng)需要［4］。因此，亟須挖掘新型調(diào)節(jié)資源，提升電力系統(tǒng)靈活性。

隨著各行各業(yè)信息化、數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型發(fā)展，電力用戶從單一的消費(fèi)者向混合型的產(chǎn)消者轉(zhuǎn)變［5-7］。其中，分布式電源、儲(chǔ)能、蓄熱、電動(dòng)汽車(chē)等資源都能夠相對(duì)靈活地控制自身運(yùn)行狀態(tài)，從而提供相當(dāng)程度的系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，但尚未納入電網(wǎng)調(diào)控范圍（即電網(wǎng)不可觀、不可控），本文將此類(lèi)資源定義為可調(diào)節(jié)資源。截至2021 年底，可調(diào)節(jié)資源容量已超過(guò)37 GW。若能將這些資源納入電網(wǎng)調(diào)控，將有效提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力，擴(kuò)大新能源消納空間［8］。但可調(diào)節(jié)資源具有數(shù)量多、體量小、總量大、地理位置分散等特征，將其納入調(diào)控范圍，對(duì)感知、聚合、調(diào)控、運(yùn)營(yíng)的技術(shù)水平、市場(chǎng)化激勵(lì)機(jī)制和商業(yè)模式等都提出了更高要求［9-10］。

目前，提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力的措施主要包括火電靈活性改造，配置抽水蓄能機(jī)組、燃?xì)廨啓C(jī)等靈活電源，以及配置儲(chǔ)能等，但是這些措施都伴隨著大量基礎(chǔ)設(shè)施新建投資，且建設(shè)周期較長(zhǎng)，而虛擬電廠（virtual power plant，VPP）僅需對(duì)可調(diào)節(jié)資源原有終端設(shè)備進(jìn)行改造，具有低成本、高效率、易推廣的特征［11-15］。虛擬電廠通過(guò)先進(jìn)的控制、信息、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)量等技術(shù)，聚合前述可調(diào)節(jié)資源，并將負(fù)荷側(cè)的調(diào)節(jié)能力納入電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行和市場(chǎng)交易中，可有效提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力。

本文梳理總結(jié)了虛擬電廠的國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷程，給出了虛擬電廠的定義；介紹了澳大利亞、中國(guó)冀北虛擬電廠的運(yùn)營(yíng)情況，給出了虛擬電廠技術(shù)架構(gòu)的建議；探討了聚合調(diào)控、市場(chǎng)交易和信息通信等關(guān)鍵技術(shù)。本文通過(guò)介紹虛擬電廠參與電網(wǎng)調(diào)控與市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，希望能為中國(guó)虛擬電廠建設(shè)提供技術(shù)、工程、市場(chǎng)機(jī)制、商業(yè)模式等方面的綜合解決方案，為“雙碳”目標(biāo)下提升新型電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力提供支撐。

1 虛擬電廠發(fā)展歷程及定義

1.1 國(guó)際發(fā)展歷程

從世界范圍來(lái)看，歐洲、北美、澳大利亞等國(guó)家和地區(qū)均已開(kāi)展了虛擬電廠工程實(shí)踐。歐洲、北美自2005 年起開(kāi)展虛擬電廠的研究實(shí)踐，澳大利亞于2019 年7 月啟動(dòng)虛擬電廠示范工程?？傮w來(lái)看，歐洲虛擬電廠側(cè)重于電源側(cè)，北美側(cè)重于負(fù)荷側(cè)，而澳大利亞側(cè)重于儲(chǔ)能側(cè)。

歐洲虛擬電廠建設(shè)的主要目標(biāo)是提高分布式電源并網(wǎng)友好和智能互動(dòng)性，以及打造持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的商業(yè)模式。在歐盟第六框架和第七框架計(jì)劃下先后開(kāi)展了FENIX 項(xiàng)目和TWENTIES 項(xiàng)目。FENIX 項(xiàng)目旨在將大量的分布式電源聚合成虛擬電廠，提高歐洲電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、可控性和安全性［16-18］。TWENTIES 項(xiàng)目示范的重點(diǎn)在于如何利用虛擬電廠實(shí)現(xiàn)分布式電源的智能管理［19-20］，并對(duì)虛擬電廠在提供電壓控制、備用等輔助服務(wù)方面進(jìn)行了驗(yàn)證。德國(guó)Next Kraftwerke 公司通過(guò)聚合分布式能源提供歐洲電網(wǎng)平衡服務(wù)、參與短期市場(chǎng)交易等，聚合容量已達(dá)10.836 GW。英國(guó)Piclohe 公司、德國(guó)Sonnen 公司等均開(kāi)展了虛擬電廠商業(yè)實(shí)踐，驗(yàn)證了在成熟市場(chǎng)環(huán)境下可調(diào)節(jié)資源參與電網(wǎng)運(yùn)行和市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的必要性。

北美虛擬電廠建設(shè)的主要目標(biāo)是通過(guò)自動(dòng)需求響應(yīng)和能效管理，提高綜合能源的利用效率。ConEd 虛擬電廠項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了用戶側(cè)光伏和儲(chǔ)能系統(tǒng)集群集中并網(wǎng)，提高了電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻和緊急響應(yīng)能力［21］。美國(guó)加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商（California Independent System Operator，CAISO）在加州開(kāi)展了分布式能源的智慧能量管理，通過(guò)分布式能源供應(yīng)商（distributed energy resource provider，DERP）參與電力市場(chǎng)［22］。美國(guó)聯(lián)邦能源管理委員會(huì)（Federal Energy Regulatory Commission，F(xiàn)ERC）發(fā) 布 了 第2222 號(hào)命令，要求將分布式電源、儲(chǔ)能、可調(diào)節(jié)負(fù)荷等聚合后，通過(guò)虛擬資源參加電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行和市場(chǎng)，以降低電力系統(tǒng)的整體運(yùn)行成本。

澳大利亞虛擬電廠建設(shè)的主要目標(biāo)是降低用電成本，為電網(wǎng)提供調(diào)頻輔助服務(wù)。澳大利亞能源市場(chǎng) 運(yùn) 營(yíng) 商（Australian Energy Market Operator，AEMO）與美國(guó)特斯拉公司聯(lián)合開(kāi)展了虛擬電廠項(xiàng)目，該項(xiàng)目聚合分布式光伏和儲(chǔ)能系統(tǒng)參與澳大利亞電力市場(chǎng)［23］，并進(jìn)行了緊急頻率響應(yīng)試驗(yàn)［24］。

1.2 中國(guó)發(fā)展歷程

中國(guó)虛擬電廠的發(fā)展主要經(jīng)歷了能效電廠、緊急切負(fù)荷、基于經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼的需求側(cè)管理、新型“虛擬電廠”4 個(gè)階段，在江蘇省、廣東省、上海市、冀北等省、市、地區(qū)初步開(kāi)展了試點(diǎn)實(shí)踐。

在第1 階段，通過(guò)對(duì)商業(yè)及民用建筑中制冷和照明設(shè)備、工業(yè)電機(jī)設(shè)備、家用器具等高耗能設(shè)備進(jìn)行投資改造，提升這些設(shè)備的用電能效，并收取費(fèi)用償還貸款［25］。該階段主要是對(duì)用電設(shè)備本身進(jìn)行改造，并收取相應(yīng)費(fèi)用，缺少與大電網(wǎng)的互動(dòng)以及經(jīng)濟(jì)激勵(lì)，用戶參與度和積極性不高。江蘇省、廣東省在2005 年、2009 年分別開(kāi)展了能效電廠試點(diǎn)實(shí)踐，實(shí)踐過(guò)程中暴露了配套政策不健全、缺乏持續(xù)穩(wěn)定支持資金、商業(yè)模式不完善等問(wèn)題，導(dǎo)致能效電廠在中國(guó)發(fā)展較慢［26］。

在第2 階段，通過(guò)毫秒級(jí)的快速精準(zhǔn)穩(wěn)定控制切負(fù)荷，解決緊急情況下電力平衡出現(xiàn)大缺口的問(wèn)題，以保障大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。該階段主要是對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制策略的優(yōu)化，從傳統(tǒng)的拉閘限電模式轉(zhuǎn)變?yōu)榫珳?zhǔn)實(shí)時(shí)快速的切負(fù)荷模式。江蘇省在2016 年建成了大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)，針對(duì)特高壓直流閉鎖導(dǎo)致的受端電網(wǎng)頻率跌落問(wèn)題，緊急切除相應(yīng)數(shù)量負(fù)荷，保證電網(wǎng)頻率穩(wěn)定［27-28］。但該模式僅在電網(wǎng)緊急情況下使用，動(dòng)作次數(shù)少、切負(fù)荷量固定且缺乏靈活的經(jīng)濟(jì)激勵(lì)機(jī)制。

在第3 階段，通過(guò)基于經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼、強(qiáng)制法律、營(yíng)銷(xiāo)宣傳等手段的需求側(cè)管理，調(diào)整用戶用電模式，引導(dǎo)用戶科學(xué)合理用電。該階段一般為離線整定，時(shí)間尺度最小為日前，且整個(gè)過(guò)程需人工干預(yù)。上海市、廣東省在2019 年、2022 年分別開(kāi)展了虛擬電廠試點(diǎn)實(shí)踐，針對(duì)電網(wǎng)尖峰負(fù)荷問(wèn)題，通過(guò)短信等方式提前向用戶發(fā)出邀約，引導(dǎo)用戶開(kāi)展需求側(cè)管理［29-30］，降低尖峰期電力負(fù)荷，并給予負(fù)荷相應(yīng)的政策補(bǔ)貼。此階段注重單次、大規(guī)模的調(diào)節(jié)作用，雖然相比第2 階段改善了經(jīng)濟(jì)激勵(lì)機(jī)制，但多由政策補(bǔ)貼支持，社會(huì)成本很高，在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)難以推廣。

在第4 階段，通過(guò)聚合可調(diào)節(jié)資源參與電網(wǎng)調(diào)控和市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)，提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力。該階段虛擬電廠作為類(lèi)似火電機(jī)組的可調(diào)度單元，納入大電網(wǎng)調(diào)控范圍，直接參與電網(wǎng)電力電量平衡，同時(shí)參與電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)。中國(guó)冀北地區(qū)在2019 年開(kāi)展了虛擬電廠試點(diǎn)實(shí)踐，并于2019 年12 月12 日正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)了可調(diào)節(jié)資源的感知、聚合、優(yōu)化、調(diào)控與運(yùn)營(yíng)，為電力系統(tǒng)提供連續(xù)、柔性的靈活調(diào)節(jié)能力，有效促進(jìn)了新能源消納。深圳市在2022年建成了虛擬電廠管理平臺(tái)，運(yùn)行模式類(lèi)似冀北，但缺乏市場(chǎng)機(jī)制［31］。山西省在2022 年明確規(guī)定了虛擬電廠參與現(xiàn)貨市場(chǎng)的運(yùn)行技術(shù)和運(yùn)營(yíng)管理規(guī)范。相比第2 階段和第3 階段，第2 階段主要支撐電網(wǎng)運(yùn)行第二道防線、第3 階段主要支撐基于補(bǔ)貼的需求側(cè)管理，未實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化以及與電力系統(tǒng)的連續(xù)閉環(huán)調(diào)度運(yùn)行，該階段虛擬電廠參與了電網(wǎng)閉環(huán)調(diào)度優(yōu)化，可根據(jù)市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有連續(xù)、柔性、可持續(xù)的特征。

1.3 概念定義

伴隨著國(guó)內(nèi)外虛擬電廠的發(fā)展進(jìn)程，虛擬電廠的概念也在不斷更新。“虛擬電廠”這一術(shù)語(yǔ)早在1997 年就已被提出［32］，文獻(xiàn)［33］認(rèn)為虛擬電廠是與自治微網(wǎng)相同的網(wǎng)絡(luò)。文獻(xiàn)［16，34-37］認(rèn)為虛擬電廠是發(fā)電資源的組合，可基于互聯(lián)網(wǎng)通信，通過(guò)中央控制系統(tǒng)管理這些發(fā)電資源。文獻(xiàn)［38-40］認(rèn)為虛擬電廠是負(fù)荷側(cè)資源的組合，由可接于配電網(wǎng)任意節(jié)點(diǎn)的具有豐富操作模式和可用性的一系列技術(shù)組成。文獻(xiàn)［41］認(rèn)為虛擬電廠是分布式電源、可控負(fù)荷和儲(chǔ)能系統(tǒng)的集群，可聚合成一個(gè)特殊發(fā)電廠運(yùn)行?？梢?jiàn)，上述定義都強(qiáng)調(diào)了虛擬電廠通過(guò)聚合源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)各類(lèi)資源，形成特殊發(fā)電廠參與電力系統(tǒng)運(yùn)行。

2018 年3 月，國(guó) 際 電 工 委 員 會(huì)（International Electrotechnical Commission，IEC）立項(xiàng)首批虛擬電廠國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司牽頭開(kāi)展了虛擬電廠國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)編制。隨后，重新給出了虛擬電廠的標(biāo)準(zhǔn)定義：虛擬電廠是一種聚合電網(wǎng)調(diào)度中原本看不到、控制不了的負(fù)荷側(cè)可調(diào)節(jié)資源，形成可調(diào)控、可交易單元，直接參與電網(wǎng)調(diào)度控制和電力市場(chǎng)交易的智能控制技術(shù)和商業(yè)模式［42］。

2 虛擬電廠的典型實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)

文獻(xiàn)［19，43-45］對(duì)歐洲、北美虛擬電廠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了較為詳細(xì)的描述，本文主要介紹澳大利亞虛擬電廠實(shí)際運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)虛擬電廠正處于快速發(fā)展階段，選取具有新型“虛擬電廠”特點(diǎn)的冀北虛擬電廠介紹相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

2.1 澳大利亞虛擬電廠項(xiàng)目

澳大利亞虛擬電廠項(xiàng)目試點(diǎn)［23-24］的目標(biāo)包括以下5 個(gè)主要方面：1）了解能否可靠地控制和協(xié)調(diào)資源組合，新增與頻率控制輔助服務(wù)（frequency control ancillary service，F(xiàn)CAS）、能源和電網(wǎng)支撐服務(wù)相關(guān)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；2）研發(fā)虛擬電廠運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，以了解其對(duì)電力系統(tǒng)安全、當(dāng)?shù)仉娔苜|(zhì)量的影響，以及如何與市場(chǎng)互動(dòng)；3）評(píng)估虛擬電廠參與后的市場(chǎng)監(jiān)管和運(yùn)營(yíng)管理情況，并酌情對(duì)相關(guān)規(guī)程進(jìn)行新增或修訂；4）了解未來(lái)如何改善電力用戶對(duì)虛擬電廠的體驗(yàn)；5）了解虛擬電廠目前實(shí)施的信息安全措施，以及未來(lái)是否應(yīng)加強(qiáng)這些措施。

截至2021 年，澳大利亞虛擬電廠項(xiàng)目共有7 個(gè)市場(chǎng)主體參與，容量共31 MW，聚合資源以儲(chǔ)能為主，主要提供FCAS。目前，虛擬電廠可以參與緊急FCAS 市場(chǎng)和電能量市場(chǎng)。澳大利亞虛擬電廠結(jié)構(gòu)如圖1 所示。澳大利亞虛擬電廠項(xiàng)目通過(guò)市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)協(xié)調(diào)屋頂光伏系統(tǒng)、儲(chǔ)能和可控負(fù)荷設(shè)備，如空調(diào)或水泵。實(shí)踐結(jié)果表明，虛擬電廠可以有效地響應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行需求和市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)。

圖1 澳大利亞虛擬電廠示意圖Fig.1 Schematic diagram of VPP in Australia

2.1.1 緊急頻率響應(yīng)

2019 年10 月9 日，澳大利亞國(guó)家電力市場(chǎng)中最大的發(fā)電機(jī)組（位于昆士蘭Kogan Creek）意外脫網(wǎng)，當(dāng)時(shí)機(jī)組出力為748 MW，導(dǎo)致電力系統(tǒng)頻率降低至49.61 Hz，低于電網(wǎng)正常運(yùn)行范圍（49.85～50.15 Hz），虛擬電廠在檢測(cè)到頻率跌落后立即響應(yīng)，向電力系統(tǒng)注入功率，支撐頻率恢復(fù)（見(jiàn)附錄A圖A1）。

當(dāng)748 MW 機(jī)組脫網(wǎng)時(shí)，系統(tǒng)頻率跌落至49.61 Hz，虛擬電廠開(kāi)始頻率響應(yīng)；當(dāng)頻率未恢復(fù)到49.85 Hz 時(shí)，虛擬電廠繼續(xù)響應(yīng)直至頻率恢復(fù)至49.85 Hz 時(shí)，停止響應(yīng)，直至頻率再次跌落到49.85 Hz 以下時(shí)，虛擬電廠再次開(kāi)始響應(yīng)。

2.1.2 電能量市場(chǎng)價(jià)格響應(yīng)

根據(jù)澳大利亞市場(chǎng)當(dāng)前的監(jiān)管要求，虛擬電廠不參與電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行過(guò)程。因此，虛擬電廠通過(guò)監(jiān)測(cè)市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)進(jìn)行響應(yīng)。實(shí)踐數(shù)據(jù)表明，虛擬電廠通過(guò)優(yōu)化其控制算法，可實(shí)現(xiàn)在白天持續(xù)充電、在夜間高峰時(shí)段放電，且夜間放電時(shí)段與能量市場(chǎng)價(jià)格高峰時(shí)段相匹配。

2.2 冀北虛擬電廠工程

冀北虛擬電廠在攻克了聚合調(diào)控、市場(chǎng)交易、信息通信等關(guān)鍵技術(shù)后，實(shí)現(xiàn)了參與電網(wǎng)調(diào)控和市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的落地應(yīng)用。虛擬電廠采用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)“云、管、邊、端”體系架構(gòu)，如圖2 所示。

圖2 冀北虛擬電廠架構(gòu)Fig.2 Architecture of Jibei VPP in China

1）云側(cè)設(shè)有虛擬電廠智能管控平臺(tái)。該平臺(tái)部署在公網(wǎng)環(huán)境中，采用成熟的基礎(chǔ)云計(jì)算設(shè)施以及物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）平臺(tái)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)等成熟服務(wù)，研發(fā)了資源建模、智能聚合、調(diào)控優(yōu)化、市場(chǎng)交易、運(yùn)營(yíng)評(píng)估等核心功能算法，并與調(diào)度D5000 系統(tǒng)、電力交易平臺(tái)、營(yíng)銷(xiāo)系統(tǒng)建立了數(shù)據(jù)雙向安全交互接口，實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)資源實(shí)時(shí)連續(xù)柔性調(diào)節(jié)。

2）管側(cè)采用運(yùn)營(yíng)商通信網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)4G、5G 等移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)控制指令、運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)營(yíng)信息閉環(huán)安全傳輸。

3）邊側(cè)設(shè)置即插即用的邊緣智能網(wǎng)關(guān)，通過(guò)云邊協(xié)同、邊緣計(jì)算和多場(chǎng)景業(yè)務(wù)、多網(wǎng)絡(luò)模式自適應(yīng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)資源通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接入平臺(tái)。

4）端側(cè)設(shè)有用戶側(cè)智能終端/用戶側(cè)管理平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)資源狀態(tài)感知、柔性控制，包括直控和分控2 種控制模式。直控是指虛擬電廠智能管控平臺(tái)向用戶側(cè)智能終端/管理平臺(tái)下達(dá)分解后的調(diào)控指令，終端直接對(duì)用戶側(cè)資源設(shè)備進(jìn)行功率控制，這種控制模式適用于自動(dòng)化程度較高的資源，如蓄熱式電采暖、智能樓宇等；分控是指虛擬電廠智能管控平臺(tái)向可調(diào)節(jié)資源下達(dá)分解后的調(diào)控指令，資源根據(jù)自身生產(chǎn)情況對(duì)各設(shè)備進(jìn)行功率控制，這種模式適用于生產(chǎn)過(guò)程需要人為參與、控制目標(biāo)需要考慮人為隨機(jī)因素的資源，如工商業(yè)負(fù)荷等。上述2 種控制模式可以通過(guò)移動(dòng)應(yīng)用程序（application，APP）開(kāi)展。此外，可調(diào)節(jié)資源、虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商、虛擬電廠平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商可以通過(guò)移動(dòng)APP 監(jiān)測(cè)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)信息、系統(tǒng)運(yùn)行情況、虛擬電廠和可調(diào)節(jié)資源運(yùn)行情況及其他功能，以及進(jìn)行代理、運(yùn)行、運(yùn)營(yíng)、分析等。

截至目前，冀北虛擬電廠示范工程接入了張家口、秦皇島、承德、廊坊地區(qū)蓄熱式電采暖、智慧樓宇、可調(diào)節(jié)工商業(yè)等11 類(lèi)可調(diào)節(jié)資源，總?cè)萘繛?58 MW，最大調(diào)節(jié)能力為204 MW，占總?cè)萘康?7%。以冀北虛擬電廠參與華北調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)典型日運(yùn)行情況為例，如圖3 所示，可調(diào)節(jié)資源在參與虛擬電廠聚合優(yōu)化前，其運(yùn)行功率曲線總和與尖峰平谷時(shí)段劃分基本一致，即虛擬電廠集中在平/谷時(shí)段用電，不考慮電網(wǎng)運(yùn)行情況；在參與虛擬電廠聚合優(yōu)化后，冀北虛擬電廠一直投入自動(dòng)發(fā)電控制（automatic generation control，AGC）受控模式，控制期間積極追蹤調(diào)控指令，在電網(wǎng)晚高峰時(shí)期將用電延后，到后半夜低谷調(diào)峰困難時(shí)期（新能源大發(fā)期間），快速抬升低谷用電負(fù)荷。

圖3 冀北虛擬電廠典型日運(yùn)行曲線Fig.3 Typical daily operation curve of Jibei VPP in China

定義虛擬電廠調(diào)節(jié)速率為可調(diào)節(jié)資源響應(yīng)調(diào)度指令的速率，冀北虛擬電廠實(shí)際最大調(diào)節(jié)功率為154 MW，最大調(diào)節(jié)速率為15.7 MW/min，為虛擬電廠額定有功功率的4.4%，調(diào)節(jié)性能良好。

冀北虛擬電廠參與華北調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)（主要參與華北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)京津唐市場(chǎng)，每年11 月至次年4 月開(kāi)展）的流程主要包括注冊(cè)、日前運(yùn)行、日內(nèi)運(yùn)行、結(jié)算4 個(gè)階段。在注冊(cè)階段，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商/負(fù)荷聚合商上報(bào)企業(yè)信息、可調(diào)節(jié)資源明細(xì)等，調(diào)控機(jī)構(gòu)審核虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商/負(fù)荷聚合商入市資格并公布入市名單；在日前運(yùn)行階段，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商/負(fù)荷聚合商申報(bào)功率曲線、價(jià)格、調(diào)節(jié)能力等信息，調(diào)控機(jī)構(gòu)進(jìn)行市場(chǎng)預(yù)出清，并下發(fā)虛擬電廠次日96 點(diǎn)功率計(jì)劃等，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商/負(fù)荷聚合商接收功率計(jì)劃并分解；在日內(nèi)運(yùn)行階段，調(diào)控機(jī)構(gòu)每15 min 完成市場(chǎng)出清并下發(fā)實(shí)時(shí)功率計(jì)劃，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商/負(fù)荷聚合商接收功率計(jì)劃并分解；在結(jié)算階段，調(diào)控機(jī)構(gòu)根據(jù)歷史運(yùn)行功率、電量數(shù)據(jù)等核定虛擬電廠調(diào)節(jié)電量及收益，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商按照合同約定將收益分解至各個(gè)可調(diào)節(jié)資源。

冀北虛擬電廠自2019 年12 月投運(yùn)以來(lái)，全程參與了華北調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)出清，已在線連續(xù)提供調(diào)峰服務(wù)超過(guò)3 200 h，累計(jì)增發(fā)新能源電量34.12 GW·h，單位電量收益為183 元/（MW·h），虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商/負(fù)荷聚合商和用戶總收益為624.2萬(wàn)元。其中，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商/負(fù)荷聚合商收益為395.95萬(wàn)元，用戶側(cè)資源收益為228.25 萬(wàn)元。目前，冀北虛擬電廠智能管控平臺(tái)上已有2 家虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商/負(fù)荷聚合商代理可調(diào)節(jié)資源參與調(diào)峰市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)。

3 虛擬電廠的關(guān)鍵問(wèn)題

虛擬電廠聚合的可調(diào)節(jié)資源呈現(xiàn)總體數(shù)量多、單點(diǎn)容量小、特性差異大、空間分散的特點(diǎn)，這些資源如果直接接受電網(wǎng)調(diào)控中心的集中調(diào)控，會(huì)增加運(yùn)行成本。因此，需要在可調(diào)節(jié)資源和電網(wǎng)之間引入虛擬電廠作為中間層，由虛擬電廠對(duì)可調(diào)節(jié)資源進(jìn)行建模、聚合、調(diào)控和優(yōu)化，電網(wǎng)調(diào)控中心直接對(duì)虛擬電廠進(jìn)行調(diào)控。同時(shí)，引入虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商作為新興市場(chǎng)主體，代理可調(diào)節(jié)資源直接參與電力市場(chǎng)交易。根據(jù)國(guó)內(nèi)外虛擬電廠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在虛擬電廠總體技術(shù)架構(gòu)、聚合調(diào)控、市場(chǎng)交易、信息通信關(guān)鍵技術(shù)方面仍面臨挑戰(zhàn)。

3.1 技術(shù)架構(gòu)

基于冀北虛擬示范工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本文建議采用如圖4 所示的虛擬電廠總體技術(shù)架構(gòu)，該技術(shù)架構(gòu)分為3 級(jí)。第1 級(jí)為可調(diào)節(jié)資源層級(jí)，采集、感知并與上層通信實(shí)時(shí)的運(yùn)行信息，自動(dòng)接收響應(yīng)第2級(jí)下發(fā)的調(diào)控指令和價(jià)格激勵(lì)，并通過(guò)用戶側(cè)終端/用戶側(cè)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)；第2 級(jí)為虛擬電廠級(jí)，負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)聚合各類(lèi)可調(diào)節(jié)資源，在線接收電網(wǎng)調(diào)控中心下發(fā)的調(diào)控指令并分解至虛擬電廠內(nèi)各類(lèi)可調(diào)節(jié)資源，以及接收電力市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)，同時(shí)向電網(wǎng)調(diào)控中心、電力交易中心上報(bào)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，可通過(guò)虛擬電廠智能管控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)；第3 級(jí)為電網(wǎng)級(jí)，虛擬電廠與電網(wǎng)調(diào)控中心、電力交易中心進(jìn)行信息決策互動(dòng)。

圖4 虛擬電廠總體技術(shù)架構(gòu)Fig.4 Overall technological architecture of VPP

3.2 聚合調(diào)控

虛擬電廠需要聚合可調(diào)節(jié)資源參與電網(wǎng)調(diào)控，以發(fā)揮其規(guī)?；?yīng)，而虛擬電廠聚合調(diào)控面臨能量、空間和時(shí)間維度3 個(gè)方面技術(shù)挑戰(zhàn)。虛擬電廠動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性如圖5 所示，從能量維度來(lái)看，為響應(yīng)電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)需求，需要將電、熱、冷、氣各類(lèi)能源系統(tǒng)耦合起來(lái)，提高能源綜合利用效率；從空間維度來(lái)看，可調(diào)節(jié)資源布局分散，需要合理規(guī)劃虛擬電廠的聚合范圍，當(dāng)涉及電網(wǎng)阻塞等問(wèn)題時(shí)，需考慮網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞纫蛩兀粡臅r(shí)間維度來(lái)看，不同種類(lèi)可調(diào)節(jié)資源的調(diào)節(jié)速度、調(diào)節(jié)范圍、調(diào)節(jié)時(shí)間等調(diào)節(jié)特性差異大，而且還需要為電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用等多類(lèi)型多時(shí)間尺度的輔助服務(wù)［43，46］。

圖5 虛擬電廠動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性Fig.5 Dynamic response characteristics of VPP

為應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，需要從可調(diào)節(jié)資源建模、聚合優(yōu)化、協(xié)同調(diào)控幾個(gè)方面開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)研究攻關(guān)，如圖6 所示。

圖6 虛擬電廠聚合調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)Fig.6 Key technologies of aggregation and regulation of VPP

可調(diào)節(jié)資源建模是虛擬電廠參與電網(wǎng)調(diào)控的基礎(chǔ)，由于這些資源大多具有離散性、隨機(jī)性、異質(zhì)性的特點(diǎn)，需要對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的模型描述，便捷刻畫(huà)調(diào)節(jié)成本、范圍、速率等資源模型和參數(shù)，實(shí)現(xiàn)模型交互與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的通用化。之后，將可調(diào)節(jié)資源聚合為滿足實(shí)際控制需求的虛擬電廠等值模型，虛擬電廠對(duì)外等值為類(lèi)似火電機(jī)組的調(diào)節(jié)特性，提取可調(diào)功率上下限、響應(yīng)時(shí)間、爬坡速率等技術(shù)參數(shù)，對(duì)內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的控制策略，涵蓋中長(zhǎng)期、日前、日內(nèi)、實(shí)時(shí)多時(shí)間尺度。同時(shí)，考慮電功率平衡約束、熱功率平衡約束、可調(diào)節(jié)資源運(yùn)行約束等約束條件，實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)資源的優(yōu)化控制。最后，虛擬電廠上報(bào)的聚合模型應(yīng)嚴(yán)格可行，且包含等值模型、基準(zhǔn)功率、成本函數(shù)等部分，進(jìn)而納入電網(wǎng)日前、日內(nèi)優(yōu)化調(diào)度和AGC 閉環(huán)控制，為電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓等運(yùn)行支撐。

虛擬電廠等值模型可考慮隨機(jī)優(yōu)化、魯棒優(yōu)化等技術(shù)，約束條件包括：1）虛擬電廠聚合后的所有變量約束，包括但不限于每個(gè)調(diào)度時(shí)刻有功功率上下限、電量上下限、向上和向下爬坡速率等；2）可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源出力和爬坡范圍約束，包括但不限于每個(gè)調(diào)度時(shí)刻可調(diào)節(jié)負(fù)荷出力上下限、向上和向下爬坡范圍等；3）分布式電源有功功率的范圍約束，包括但不限于每個(gè)調(diào)度時(shí)刻出力范圍等；4）蓄電池運(yùn)行的范圍約束，包括但不限于電池充放電功率上限、電量上下限等；5）能量平衡約束等。

3.3 市場(chǎng)交易

虛擬電廠市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)受到電力市場(chǎng)規(guī)則、電力系統(tǒng)運(yùn)行需求、內(nèi)部可調(diào)節(jié)資源利益3 個(gè)方面驅(qū)動(dòng)。其中，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商/負(fù)荷聚合商作為獨(dú)立的市場(chǎng)主體代理可調(diào)節(jié)資源參與電力市場(chǎng)交易。國(guó)內(nèi)原有虛擬電廠實(shí)踐主要是基于經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼的需求側(cè)管理模式，缺乏對(duì)虛擬電廠參與市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)的框架研究、流程設(shè)計(jì)和商業(yè)實(shí)踐［43］。本文建議虛擬電廠采用如圖7 所示的“對(duì)外統(tǒng)一、對(duì)內(nèi)協(xié)調(diào)”的市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)模式。

圖7 VPP 市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模式Fig.7 Market operation modes of VPP

對(duì)外，需建立虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商參與的電力市場(chǎng)機(jī)制和交易規(guī)則，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商代理可調(diào)節(jié)資源參與中長(zhǎng)期、輔助服務(wù)、現(xiàn)貨市場(chǎng)，進(jìn)行市場(chǎng)注冊(cè)、競(jìng)價(jià)申報(bào)、計(jì)量結(jié)算，接收電力市場(chǎng)出清結(jié)果和相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)“對(duì)外統(tǒng)一”。

對(duì)內(nèi)，需建立虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商代理可調(diào)節(jié)資源的商業(yè)模式，通過(guò)聚合可調(diào)節(jié)資源，形成虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商代理交易基礎(chǔ)，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商通過(guò)考慮各可調(diào)節(jié)資源對(duì)虛擬電廠的價(jià)值貢獻(xiàn)度進(jìn)行價(jià)值分配。其中，需要考慮的因素包括響應(yīng)時(shí)間、調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)電量等，通過(guò)虛擬電廠內(nèi)部可調(diào)節(jié)資源主體的博弈，實(shí)現(xiàn)“對(duì)內(nèi)協(xié)調(diào)”。

3.4 信息通信

可調(diào)節(jié)資源點(diǎn)多面廣、海量分散，如何實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)資源的大規(guī)模安全高效接入，是虛擬電廠參與電網(wǎng)調(diào)控和市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)之一。如果采用光纖接入的方式，雖然能夠保證信息通信的實(shí)時(shí)性和安全性，但通信成本較高；如果采用無(wú)線公網(wǎng)通信的方式，則對(duì)信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、安全性、高效性提出了更高要求。國(guó)內(nèi)虛擬電廠信息通信的主要流程如下。

1）采用光纖接入調(diào)度控制系統(tǒng)［28-29］的主要流程為：省調(diào)控中心?切負(fù)荷中心站?大用戶就近變電站?大用戶10 kV 配電房/智能負(fù)荷控制終端。

2）采用無(wú)線公網(wǎng)接入交易平臺(tái)和營(yíng)銷(xiāo)需求響應(yīng)平臺(tái)［30-31］的主要流程為：電力交易平臺(tái)?用戶側(cè)管理平臺(tái)1/虛擬電廠平臺(tái)1（一般為用戶自建，用于管理其園區(qū)/樓宇等內(nèi)部資源）、用戶側(cè)管理平臺(tái)2/虛擬電廠平臺(tái)2、…?資源計(jì)量點(diǎn)。

可見(jiàn)，在中國(guó)虛擬電廠發(fā)展的前3 個(gè)階段，主要的信息通信方式為光纖、無(wú)線公網(wǎng)［42，46］，其中，光纖通信主要用于緊急切負(fù)荷，采用這種方式，虛擬電廠通信成本較高；無(wú)線公網(wǎng)通信主要用于需求側(cè)管理，調(diào)控中心不直接向虛擬電廠下發(fā)實(shí)時(shí)調(diào)控指令，這種方式下虛擬電廠未納入電網(wǎng)調(diào)度范圍。

基于此，本文建議采用基于無(wú)線公網(wǎng)的電網(wǎng)、虛擬電廠、可調(diào)節(jié)資源信息雙向交互架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)資源的即插即用和安全高效連接，如圖8 所示。信息交互數(shù)據(jù)分為上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)2 種，可采用4G/5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。其中，下行數(shù)據(jù)包括調(diào)控中心校核后的日前/日內(nèi)計(jì)劃值、市場(chǎng)出清結(jié)果、調(diào)控指令、虛擬電廠分解計(jì)劃及指令等相關(guān)信息；上行數(shù)據(jù)包括虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商注冊(cè)信息、上報(bào)信息、虛擬電廠調(diào)節(jié)資源運(yùn)行狀態(tài)等相關(guān)信息。

圖8 虛擬電廠信息交互架構(gòu)Fig.8 Information exchange architecture of VPP

調(diào)度控制系統(tǒng)的AGC 等核心應(yīng)用利用消息轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，將虛擬電廠的調(diào)度計(jì)劃及AGC 指令等下行數(shù)據(jù)發(fā)送到虛擬電廠智能管控平臺(tái)；虛擬電廠智能管控平臺(tái)將計(jì)劃及指令分解后，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)、邊緣智能網(wǎng)關(guān)，將下行數(shù)據(jù)下發(fā)至用戶側(cè)智能終端/用戶側(cè)管理平臺(tái)。用戶側(cè)智能終端將實(shí)時(shí)功率、三相電壓電流等上行數(shù)據(jù)，通過(guò)邊緣網(wǎng)關(guān)、物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)上送至虛擬電廠智能管控平臺(tái)，虛擬電廠智能管控平臺(tái)將聚合優(yōu)化后的結(jié)果上送至調(diào)度控制系統(tǒng)。電力交易平臺(tái)和電網(wǎng)公司相關(guān)系統(tǒng)（營(yíng)銷(xiāo)、財(cái)務(wù)等）與虛擬電廠智能管控平臺(tái)的通信鏈路同理。

此外，虛擬電廠智能管控平臺(tái)與電網(wǎng)以及可調(diào)節(jié)資源終端的通信鏈路需要保證安全性，在互聯(lián)網(wǎng)邊界、業(yè)務(wù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸?shù)确矫嫘枰獜?qiáng)化安全措施。在互聯(lián)網(wǎng)邊界安全方面，需要在原有安全防護(hù)設(shè)備基礎(chǔ)上，增加訪問(wèn)控制、入侵檢測(cè)、日志記錄和審計(jì)等安全策略，強(qiáng)化信息外網(wǎng)安全。在業(yè)務(wù)應(yīng)用安全方面，需要加強(qiáng)用戶角色分類(lèi)，采用獨(dú)立的統(tǒng)一權(quán)限管理實(shí)現(xiàn)用戶身份鑒別和授權(quán)，重點(diǎn)加強(qiáng)外網(wǎng)服務(wù)端應(yīng)用、移動(dòng)應(yīng)用、系統(tǒng)間接口安全防護(hù)，確保數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)的安全性。在存儲(chǔ)方面，需要使用SM2、SM3、SM4 算法進(jìn)行加密。在傳輸方面，需要采用HTTPS 技術(shù)，由國(guó)家認(rèn)證機(jī)構(gòu)頒發(fā)證書(shū)，請(qǐng)求參數(shù)使用SM2 進(jìn)行數(shù)據(jù)加密，SM3 保障數(shù)據(jù)傳輸一致性、完整性。

4 虛擬電廠的發(fā)展展望

引入虛擬電廠后將進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力，對(duì)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)具有重大意義［47-48］。若要充分發(fā)揮虛擬電廠對(duì)電力系統(tǒng)的支撐作用，實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)資源納入新型電力系統(tǒng)調(diào)控運(yùn)行，需要在虛擬電廠控制、交易、信息通信關(guān)鍵技術(shù)［49-50］以及市場(chǎng)機(jī)制與商業(yè)模式方面展開(kāi)深入研究。

4.1 關(guān)鍵技術(shù)展望

1）在聚合調(diào)控技術(shù)方面，需要持續(xù)優(yōu)化虛擬電廠建模聚合、調(diào)控優(yōu)化、分析預(yù)測(cè)等方面核心技術(shù)，完善可調(diào)節(jié)資源參與電力系統(tǒng)調(diào)控運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)體系。研究可調(diào)節(jié)資源、虛擬電廠的建模技術(shù)，如虛擬電廠運(yùn)行基線、虛擬電廠和可調(diào)節(jié)資源可信調(diào)節(jié)能力等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的辨識(shí)，建立可調(diào)節(jié)資源接入的標(biāo)準(zhǔn)體系；研究考慮多重因素的可調(diào)節(jié)資源柔性控制策略，電網(wǎng)、虛擬電廠、可調(diào)節(jié)資源協(xié)調(diào)自動(dòng)功率控制技術(shù)，以及考慮虛擬電廠接入的安全校核方法和動(dòng)態(tài)評(píng)估技術(shù)，提升虛擬電廠運(yùn)行控制的可靠性；考慮歷史運(yùn)行、自然天氣、資源需求等多重因素，研究基于人工智能技術(shù)的負(fù)荷資源預(yù)測(cè)技術(shù)，通過(guò)稀疏建模、集成學(xué)習(xí)、模擬學(xué)習(xí)等方法對(duì)調(diào)節(jié)能力、持續(xù)時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，提升虛擬電廠運(yùn)行效率。

2）在市場(chǎng)交易技術(shù)方面，虛擬電廠交易模型、出清、結(jié)算、計(jì)量等技術(shù)有待深化研究。需要研究?jī)?yōu)化虛擬電廠參與電能量、輔助服務(wù)等多種類(lèi)市場(chǎng)的多時(shí)間尺度交易模型；研究不同種類(lèi)可調(diào)節(jié)資源通過(guò)虛擬電廠聚合參與電力市場(chǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化準(zhǔn)入規(guī)則；研究考慮系統(tǒng)運(yùn)行約束、虛擬電廠運(yùn)行約束等多重約束條件的電力市場(chǎng)聯(lián)合出清技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力、調(diào)節(jié)成本最優(yōu)；考慮邊際成本、運(yùn)行情況等多重因素，研究基于復(fù)雜目標(biāo)的虛擬電廠多元主體動(dòng)態(tài)定價(jià)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型可調(diào)節(jié)資源價(jià)值最優(yōu)分配。在計(jì)量方面，需要對(duì)精細(xì)化智能計(jì)量技術(shù)進(jìn)行研究，提升可調(diào)節(jié)資源/虛擬電廠實(shí)際調(diào)節(jié)量的準(zhǔn)確性。

3）在信息通信技術(shù)方面，隨著可調(diào)節(jié)資源接入規(guī)模的增長(zhǎng)，對(duì)信息網(wǎng)絡(luò)的高效性、安全性等方面提出新的要求，需要建立安全、高效的信息通信體系。需要研究虛擬電廠安全通信、低成本接入技術(shù)，如可調(diào)節(jié)資源設(shè)備直通（device to device，D2D）通信技術(shù)、高效身份認(rèn)證技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化接口技術(shù)等；考慮虛擬電廠海量數(shù)據(jù)通信規(guī)模，研究虛擬電廠網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化和控制技術(shù)、云邊協(xié)同計(jì)算技術(shù)等；考慮可調(diào)節(jié)資源計(jì)量數(shù)據(jù)缺損和失真等問(wèn)題，研究可調(diào)節(jié)資源運(yùn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)、補(bǔ)全和修正等技術(shù)；挖掘虛擬電廠和可調(diào)節(jié)資源數(shù)據(jù)價(jià)值，提高信息網(wǎng)絡(luò)安全性、可靠性。

4.2 市場(chǎng)機(jī)制與商業(yè)模式展望

目前，虛擬電廠商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的應(yīng)用場(chǎng)景以調(diào)峰為主，在無(wú)現(xiàn)貨市場(chǎng)的地區(qū)參與調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)，提升系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力。隨著全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)體系建設(shè)提速，現(xiàn)貨、輔助服務(wù)、容量等市場(chǎng)建設(shè)不斷深化，需進(jìn)一步完善虛擬電廠參與電力市場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)體系［51-53］。

1）在市場(chǎng)機(jī)制方面，完善虛擬電廠參與市場(chǎng)類(lèi)型及機(jī)制設(shè)計(jì)。一是參與電力現(xiàn)貨市場(chǎng)，通過(guò)實(shí)時(shí)市場(chǎng)價(jià)格信號(hào)引導(dǎo)虛擬電廠可調(diào)節(jié)資源進(jìn)行功率調(diào)整，促進(jìn)資源優(yōu)化配置，提升系統(tǒng)運(yùn)行能效。二是參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)，考慮由于光伏等資源大規(guī)模接入導(dǎo)致區(qū)域調(diào)頻資源缺失，亟須挖掘儲(chǔ)能等快速調(diào)節(jié)資源調(diào)節(jié)潛力，為系統(tǒng)提供調(diào)頻能力。三是參與調(diào)壓輔助服務(wù)市場(chǎng)，考慮配電網(wǎng)運(yùn)行問(wèn)題，激活虛擬電廠可調(diào)節(jié)資源提供無(wú)功調(diào)節(jié)服務(wù)。除上述場(chǎng)景外，虛擬電廠還可參與容量市場(chǎng)、中長(zhǎng)期市場(chǎng)等。虛擬電廠可參與的電力市場(chǎng)類(lèi)型及優(yōu)質(zhì)資源如表1所示。

表1 虛擬電廠可參與的電力市場(chǎng)類(lèi)型及其優(yōu)質(zhì)資源Table 1 Types of electricity market for VPP to participate in and its high-quality resources

2）在商業(yè)模式方面，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商/負(fù)荷聚合商可在聚合可調(diào)節(jié)資源參與電力市場(chǎng)的基礎(chǔ)上，拓展虛擬電廠商業(yè)模式。目前，中國(guó)已經(jīng)明確虛擬電廠與儲(chǔ)能等并列成為市場(chǎng)主體，提供系統(tǒng)調(diào)節(jié)服務(wù)。結(jié)合國(guó)內(nèi)外虛擬電廠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商可以按照市場(chǎng)規(guī)則要求與可調(diào)節(jié)資源簽訂代理合同，并與可調(diào)節(jié)資源約定價(jià)值分配比例。后續(xù)，虛擬電廠還可基于聚合可調(diào)節(jié)資源類(lèi)型和參與市場(chǎng)機(jī)制的不同，探索開(kāi)展能源金融、大數(shù)據(jù)增值等多類(lèi)型服務(wù)，拓展虛擬電廠商業(yè)模式。

5 結(jié)語(yǔ)

本文系統(tǒng)回顧了虛擬電廠的發(fā)展歷程，根據(jù)國(guó)內(nèi)外典型項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了虛擬電廠發(fā)展面臨的問(wèn)題挑戰(zhàn)，進(jìn)而歸納出虛擬電廠參與電網(wǎng)調(diào)控與市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)的技術(shù)架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)，主要結(jié)論如下。

1）將中國(guó)虛擬電廠發(fā)展過(guò)程總結(jié)為4 個(gè)階段，即能效電廠、緊急切負(fù)荷、需求側(cè)管理、新型“虛擬電廠”。同時(shí)，提煉出虛擬電廠的標(biāo)準(zhǔn)定義。虛擬電廠為一種聚合電網(wǎng)調(diào)度中原本看不到、控制不了的負(fù)荷側(cè)可調(diào)節(jié)資源，形成可調(diào)控、可交易單元，直接參與電網(wǎng)調(diào)度控制和電力市場(chǎng)交易的智能控制技術(shù)和商業(yè)模式。

2）建議虛擬電廠采用可調(diào)節(jié)資源、虛擬電廠、電網(wǎng)3 級(jí)技術(shù)架構(gòu)。提出虛擬電廠聚合調(diào)控技術(shù)，將虛擬電廠聚合等值為類(lèi)似火電機(jī)組參與大電網(wǎng)運(yùn)行控制；提出虛擬電廠“對(duì)內(nèi)協(xié)調(diào)、對(duì)外統(tǒng)一”的市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)模式，引入虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商作為獨(dú)立的市場(chǎng)主體代理可調(diào)節(jié)資源參與市場(chǎng)；建立基于無(wú)線公網(wǎng)的電網(wǎng)、虛擬電廠、可調(diào)節(jié)資源信息雙向交互流程，實(shí)現(xiàn)虛擬電廠低成本、安全地納入電網(wǎng)閉環(huán)調(diào)控。

3）介紹了澳大利亞虛擬電廠項(xiàng)目和冀北虛擬電廠示范工程的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)情況。

4）隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)程的加速，需求側(cè)可調(diào)節(jié)資源調(diào)節(jié)潛力巨大，為充分發(fā)揮虛擬電廠在電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行和運(yùn)營(yíng)中的作用，需要在虛擬電廠的關(guān)鍵技術(shù)、市場(chǎng)機(jī)制、商業(yè)模式等方面開(kāi)展進(jìn)一步研究和落地應(yīng)用。

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