新能源装机规模持续攀升,风电、光伏的随机性与波动性给电网安全运行带来直接压力,传统调峰手段日渐吃力。虚拟电厂通过信息通信技术把分散的分布式电源、储能、可控负荷聚合起来,作为一个整体参与电力市场与电网调度,正在成为新型电力系统建设中普遍看好的方向。
一、环境背景
新能源发展越来越快,规模越来越大,风能、太阳能等清洁可再生能源都具有随机性、间歇性、波动性特征。电网峰值负荷不断攀升,峰谷差逐步扩大,夏季空调尖峰负荷和冬季热电调度矛盾造成的电力供需不平衡问题相当突出,传统发电机组的调峰能力不足,严重影响电力系统安全稳定运行。
分布式电源传统并网方式也存在局限。目前国内大多采用微网概念作为分布式电源的并网形式,微网以分布式电源与用户就地应用为主要控制目标,受地理区域限制,对多区域、大规模分布式能源的有效利用以及在电力市场中的规模化效益都有明显局限。
大规模、高比例新能源接入电网,给电力系统平衡调节带来一系列新挑战。潮流改变导致线路保护灵敏度降低甚至误动拒动,分布式电源启停带来电压问题,电力电子逆变器并网产生谐波与三相不平衡,输出功率随机性造成电压波动闪变,短路电流、通信计量、孤岛等问题同样不容忽视。
从国内外实践看,虚拟电厂的价值已经得到验证。欧美国家虚拟电厂技术发展较为成熟,自2001年起德国、英国、西班牙、法国、丹麦等国陆续开展以集成中小型分布式发电单元为主要目标的研究项目,德国卡塞尔大学、欧盟FENIX项目等示范工程相继落地。国内方面,冀北电力公司削峰响应和填谷响应发布成交总额度120万千瓦,累计补充成本约700万元,形成占年度最大用电负荷超3%的需求侧机动调峰能力;上海黄浦区商业建筑虚拟电厂、江苏源网荷智能电网系统也先后投入运行,天津、安徽、山东等地都在推进相关建设,为规模化推广积累了经验。
二、解决方案
总体架构。虚拟电厂运营管理平台按作业层、管理层分层建设,向上对接调度系统、智慧能源服务平台、电力交易系统,向下通过物联接入体系连接楼宇、园区、储能、光伏、充电桩等各类终端,实现能源监测、数据汇集、管理决策、能源控制的全链路贯通。
关键技术。协调控制技术聚合多样化分布式电源、储能、可控负荷,保证电能质量并提高发电经济性。靶向精准决策技术针对冬季填谷、夏季削峰两类典型场景,根据短期负荷预测误差带约束需求响应资源参与量,为日内调整修正日前计划偏差。智能计量技术实现自动测量读取用户信息,远程掌握实时数据。指令自动分配技术基于负荷短时、超短时响应可信容量预测,自动分解调控指令;多元资源组合优化技术以最小影响用户生产生活为目标分解调控容量,体现公平分摊原则。
业务规划。需求响应业务覆盖响应预案、资源管理、能力分析、申报执行、效果评价、补贴管理全环节,主站侧完成能力汇总与需求分解,厂站侧评估能力后上报并执行策略分发。能源交易业务分市场交易代理与分布式交易两类,前者参与省级交易平台批量市场交易,后者开展分布式能源零售交易,支持隔墙售电。辅助服务业务围绕调频场景,覆盖资源上报、能力分析、事件执行、收益计算全流程。能效管理业务面向中央空调、照明等柔性可调负荷,制定能效优化控制策略并远程下发执行。
平台功能。调度中心侧提供综合看板、辅助服务、检修计划校核、安全校核与结算功能,需求发布分日前、日内、实时三条业务线。电厂侧提供系统结构管理、数据管理、机组组建、基准曲线校核与综合看板,支持发电资源潜力预测、负荷资源潜力预测与虚拟电厂整体发电预测。
安全防护与部署。平台依据《电力二次系统安全防护规定》要求,按照分区分域、安全接入、动态感知、全面防护策略,从物理、边界、应用、数据、主机、网络、终端各层次设计防护体系。平台按内外网隔离部署,内网承载平台内部管理功能,外网面向外部用户提供服务,边界采用强隔离装置与入侵防御系统防护,确保平台安全可靠稳定运行。
三、方案价值
建设虚拟电厂后,分散资源可整体参与市场化交易,获得规模经济与议价能力。通过多能互补稳定能源输出,参与需求响应与辅助服务获取补贴,借助用能监测、用能分析、用能优化提升能效水平,实现保障电网安全运行与市场资源优化的双重目标。
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碳达峰、碳中和目标下,构建以新能源为主体的新型电力系统已成既定路径,发电侧波动性增大与灵活性资源匮乏的矛盾日益凸显。虚拟电厂凭借轻资产、短周期、强调节的特性,把用户侧沉睡资源激活为可调能力,正在成为平衡电力供需、支撑新能源消纳的关键机制。
一、环境背景
电力碳中和的路径已经明确,能源生产清洁化、能源消费电气化是基本方向。根据预测,现有路径下实现碳中和,发电侧需要安装超过50亿千瓦新能源。大量煤电机组退出后,源随荷动模式难以为继,发电侧波动性越来越大,新能源生产与消费空间分布的不均衡决定了西电东送格局不会改变。
灵活性资源匮乏是电力系统安全经济运行的长期挑战。风电装机超过5吉瓦的电力系统,每秒1米的风速变化就可能造成超过500兆瓦的装机变化,可再生能源本质不可调度,系统必须依靠其他单位快速响应。如果电力系统不够灵活,巨大的变化就会导致弃风弃光、电网拥塞甚至威胁系统安全。
负荷侧沉睡资源还没充分开发。储能、综合智慧能源单元、电动汽车、分布式能源迅速发展,需求侧资源已具备发挥更大价值的技术条件。新能源调控特性随机性和波动性强,新型电力系统调节需求剧增,传统调节性资源占比减少、调节成本增高,调节资源缺口持续扩大。到2030年,全国预计发展至3亿千瓦灵活性资源,虚拟电厂总运营资产潜力将超越目前五大发电集团规模,这一判断已在电力行业形成共识。
从资源形态看,分布式光伏、工商业储能、电动汽车、楼宇空调、工业可调负荷都具备可调潜力,只差一套机制把它们组织起来。虚拟电厂解决的核心问题,就是用市场化方式把这些分散资源变成电网可调用的统一能力。
政策环境已经就位。从2015年江苏需求响应细则,到2022年电力现货市场基本规则明确市场主体包括储能、分布式发电、负荷聚合商、虚拟电厂,再到各地虚拟电厂建设运营管理实施方案陆续出台,虚拟电厂参与电力市场交易的政策通道逐步打通。
二、解决方案
平台架构。按照资源层、网络层、平台层三层建设,资源层通过智慧能源单元设备直采或云云对接方式与用户侧资源交互,网络层支持光纤专网、无线专网、互联网等多种方式连接,平台层部署虚拟电厂应用服务及物联服务,向上对接新型电力负荷管理系统、电力交易平台与调度系统。
调控体系。虚拟电厂建立三级调控架构,调峰通过发电机、储能、能量块多组功率曲线实现削峰填谷、负荷平移,调频采用一次下垂控制、二次功率分配,调压依托无功参考值设定,正常态与紧急态下分别执行中长期、日前、实时校正,满足电网不同运行场景调控需求。
资源聚合。围绕负荷资源摸排与分析、典型用户负荷接入实施、可调负荷资源深化应用三个步骤,分步建设面向全业务、全区域、全时间尺度的电力负荷资源池。客户侧储能、分布式光伏、电采暖锅炉、铁塔基站、工业负荷、中央空调、充电桩等资源按行业分类聚合,按响应时间分为七级,从秒级紧急控制到小时级可中断负荷,满足电网不同时间尺度调控需求。
市场运营。虚拟电厂可参与多时间尺度多类型电力市场,中长期、日前、实时电能量市场进行电量交易,调频、调峰等辅助服务市场获取辅助服务收益,需求响应市场削峰填谷获取激励补贴。AI算法支撑负荷预测、发电预测与交易策略优化,根据市场预测选择合适交易时段和价格,提高经济效益。分布式光伏进入电力市场已成大势所趋,光伏加储能加负荷构成的自平衡单元将更大程度开放配电网新能源并网容量。
典型案例。欧洲以电源侧聚合为主,Next Kraftwerke运营13930个分布式能源单元,接入装机容量10613兆瓦,相当于4座核电站。美国以负荷侧为主,特斯拉与加州PG&E、佛蒙特州GMP合作开展虚拟电厂项目,Autobidder平台在全球提供千兆瓦时电网服务。国内兆瓦云运营覆盖14个省级区域电网,签约用户1000余户,签约容量达10吉瓦。山西虚拟电厂2024年实现虚拟电厂加电力现货日滚动自动交易,西北虚拟电厂聚合负荷侧容量超2吉瓦,京能集团平台接入100余户用户、并网容量1626兆瓦,蒙西大用户结合现货分时价格优化生产计划,控制电价上涨风险约度电2分。
三、方案价值
虚拟电厂对内联通源、储、荷实现协同优化,对外参与电力市场交易增收。削峰填谷缓解电网压力,提升新能源消纳能力,带动分布式资产稳定收益。南向服务分布式资产,北向响应电网调度,一体两面共同促进新能源发展,为新型电力系统建设提供可落地的市场化机制。
方案PPT内容如下展示,2026虚拟电厂解决方案(39页 PPT).pptx




























