當前，在能源緊缺、環境惡化的嚴峻形勢下，全球能源正處在以油氣為代表的傳統化石能源系統向以可再生能源為代表的現代能源系統轉型的關鍵期。然而，隨著能源轉型的不斷深入，對電網的功能作用、運行方式提出了前所未有的考驗。

風能、太陽能等可再生能源，都具有隨機性、間歇性、波動性特征，大規模、高比例接入電網，將帶來巨大調峰調頻壓力，導致系統轉動慣量弱化，給電力系統平衡調節和電網安全穩定運行帶來一系列新的挑戰。

如何協調這種平衡?

虛擬電廠應運而生。

虛擬電廠是什么？

虛擬電廠，并不是傳統意義上的實體發電廠，而是一種實現分布式能源(DER)大規模接入電網的區域性多能源聚合模式，可實現對大量分布式電源的靈活控制，從而保證電網的安全穩定運行。

對于虛擬電廠的定義，看看幾位專家怎么說。

多年致力于能源轉型戰略研究的中國工程院原副院長杜祥琬院士指出，虛擬電廠不是傳統意義上的電廠，它相當于一個電力“智能管家”，站在電網角度，把風電、光伏發電等分布式能源通過儲能裝置組織起來，形成穩定、可控的“大電廠”，便于處理與大電網之間的各種關系。

IEC副主席、原國家電網董事長舒印彪(現任華能集團董事長)表示，“虛擬電廠”實質上是新一代電力系統的升級，將為破解清潔能源消納和綠色能源轉型提供解決方案。

國網冀北電力交易中心副總經理王宣元解釋，所謂虛擬，體現在它并不具有實體存在的電廠形式，卻真有一個電廠的功能，而且是遠超傳統實體電廠的功能，因為它打破了傳統電力系統中發電廠之間、發電側和用電側之間的物理界限。王宣元如此定義虛擬電廠：它是互聯網+源網荷儲售服一體化(即電源、電網、負荷、儲能、銷售、服務的聚合體)的清潔智慧能源管理系統，是對多種分布式能源進行聚合、優化控制和管理，為電網提供調頻、調峰等輔助服務，并能夠參與電力市場交易的技術和商業模式。

虛擬電廠與微網有什么區別

虛擬電廠和微網是目前實現分布式電源并網最具創造力和吸引力的2種形式。

對于微網的定義，國內一般認為：微網是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、相關負荷和監控、保護裝置匯集而成的小型發配電系統，是一個能夠實現自我控制、保護和管理的自治系統，既可以與外部電網并網運行，也可以孤立運行。它能夠很好地協調大電網與分布式電源的技術矛盾，并具備一定的能量管理功能，但微網以分布式電源與用戶就地應用為主要控制目標，且受到地理區域的限制，對多區域、大規模分布式電源的有效利用及在電力市場中的規模化效益具有一定的局限性。

虛擬電廠并未改變每個分布式電源并網的方式，而是通過先進的控制、計量、通信等技術聚合分布式電源、儲能系統、可控負荷、電動汽車等不同類型的分布式能源并通過更高層面的軟件構架實現多個分布式能源的協調優化運行。虛擬電廠能夠聚合微網所轄范圍之外的分布式電源，更有利于資源的合理優化配置及利用。

虛擬電廠的三大關鍵技術

1 協調控制技術

實現分布式能源的協調優化，以達到對系統高要求的電能輸出在分布式能源中占主要部分的可再生能源發電站，如風力發電站、光伏發電站等，由于他們的間歇性和波動性使得發電電能質量和發電經濟性成為難點，因此在虛擬電廠控制各種分布式能源發電設備、儲能系統以及可控負荷的過程中，對他們的協調控制是最關鍵的部分，主要有三種控制方式：集中控制方式、分散控制方式和完全分散控制方式。

虛擬電廠采用集中控制方式時，所有單元的信息都需要通過控制協調中心進行處理和雙向通信，采用能源管理系統(EMS)協調機端潮流、可控負荷和儲能系統，找到最佳加爵方案，優化電網運行。集中控制方式最容易實現虛擬電廠的最優化運行，但其擴展性和兼容性受到很大局限。分散控制方式能使虛擬電廠模塊化，改善集中控制方式下的通信堵塞和兼容性差的問題。完全分散控制方式使得虛擬電廠具有很好的擴展性和開放性，更適合參與電力市場。

2  智能計量技術

虛擬電廠優化和控制的重要基礎

智能計量技術是虛擬電廠發展中設備應用技術的重要環節，是實現虛擬電廠控制技術的基礎。智能計量最基本的作用是自動測量和讀取用戶住宅內的電、熱、氣、水的消耗量和生產量，即自動抄表技術，以此來作為虛擬電廠提供電源盒需求側的信息來源。

3  信息通信技術

實現分布式能源聚合的關鍵；虛擬電廠要采用融合能源流與信息流的雙向通信技術，控制中心不僅可以接受各單元的當前狀態信息，而且能夠向控制目標發送控制信號。應用于虛擬電廠中的通信技術主要基于互聯網的技術，如互聯網協議的服務、虛擬專用網絡、電力線路載波技術和無線技術。根據不同場合和要求，虛擬電廠要應用不同的通信技術。在歐洲進行的一些虛擬電廠項目中，主要應用有互聯網虛擬專用網絡技術、移動通信技術、GPRS 技術和 IEC104 協議通信技術等。

虛擬電廠發展現狀

虛擬電廠概念自1997年提出以來，受到了歐洲、北美和澳洲多國廣泛關注。近年來，隨著信息通訊技術(ICT)、分布式協調控制技術和智能計量技術的提高，分布式電源、儲能、電動汽車的快速發展，工業領域逐漸表現出對虛擬電廠的極大需求并付諸工程實踐。

從世界范圍來看，歐洲虛擬電廠聚焦于“源”，主要目標是提高分布式電源并網友好智能互動性和打造持續穩定發展的商業模式，先后在歐盟第六、第七框架計劃下開展了FENIX項目和TWENTIES項目，前者旨在將大量的分布式電源聚合成虛擬電廠，提高歐盟電力系統的經濟性、可控性和安全性，后者的示范重點在于如何利用虛擬電廠實現熱電聯產、分布式電源和負荷的智能管理。

北美虛擬電廠起源于“荷”，通過自動需求響應和能效管理，提高綜合能源的利用效率。比如，美國紐約州在能源改革愿景(REV)戰略指導下開展了ConEd VPP項目，旨在將用戶側“太陽能+儲能”系統集群友好并網，降低居民用電成本，提高電網調峰調頻和應急響應能力;加利福尼亞州探索分布式光伏的管理方式，包括虛擬電廠和分布式能源供應商(DERP)如何參與電網運營和電力市場。

澳洲近年投運了多項虛擬電廠示范工程，主要目標是降低用電成本，促進清潔能源消納，提高澳洲電網穩定性，并與特斯拉公司聯合打造AGL VPP示范工程，旨在聚合大量光伏電源和儲能設備，應對分布式電源高滲透率帶來的挑戰，降低基礎設施投資成本。

在我國由于能源體制中發電、輸配電、用電三方的相對獨立，國內尚未形成相關成熟的虛擬電廠成套解決技術，虛擬電廠基本處于前期試點研究階段。

2015年由眾多分布式儲能設備集合而成的上海黃埔區商業建筑虛擬電廠正在有序推進中。根據規劃，今年上海黃浦區將建成預期具有5萬千瓦容量、1萬千瓦自動需求響應能力、0.2萬千瓦二次調頻能力，年虛擬發電運行時間不少于50小時的商業建筑虛擬電廠，總“發電”能力將達到5萬千瓦。

2017年首套針對清潔能源大規模消納的“源網荷智能電網”系統在江蘇投運，相當于世界首個最大規模"虛擬電廠"誕生。這套系統通過“互聯網+電網”的技術，實現調控電廠發電的同時，也能調控用戶用電，讓兩邊都在不停變化的天平達到毫秒級的瞬時平衡。

2018年9月，由國家電網主導發起的兩項“虛擬電廠”標準獲得國際電工委員會(IEC)批準立項，成為全球該領域首批國際標準，標志著中國正式主導虛擬電廠這一能源轉型熱門領域的國際最高話語權，這也是中國在能源轉型和綠色發展領域國際標準化方面取得的又一突破。

虛擬電廠未來發展

隨著國家對清潔能源和新興技術的發展的大力推動，虛擬電廠將成為智能電網和全球能源互聯網建設中重要的能源聚合形式，在分布式電源、北方清潔供暖、用戶側需求響應、電動汽車等方面都將具有廣闊的應用前景。虛擬電廠可以“串聯”起分布式光伏、儲能設備、蓄熱鍋爐和可控負荷，實現冷、熱、電整體能源供應效益最大化。在繁華的城市樓宇群，虛擬電廠可以實時監測中央空調、電動汽車等柔性可控負荷，環境參數以及分布式能源出力，圍繞用戶和系統需求，自動調節并優化響應質量，減少電源和電網建設的投資，在創造良好舒適的生活環境的同時，實現用戶和系統，技術和商業模式的雙贏。

虛擬電廠還可以參與多種市場進行優化調度和競價。虛擬電廠通過對多個分布式單元進行聚合成為一個整體參與電力市場運營，既可以發揮傳統電廠出力穩定和批量售電的特點，又由于聚合了多種發電單元而具有較好的互補性。虛擬電廠所參與的電力市場包括日前市場、實時市場、輔助服務市場等，由此可建立日前市場、雙邊合同、平衡市場及混合市場等多種市場模型。考慮虛擬電廠中可再生能源出力、負荷和實時電價等不確定因素，在不同市場環境下建立調度和競價模型，使虛擬電廠具有更廣泛的適用性。

在國外，虛擬電廠已成為售電公司提供服務的創新模式。大范圍虛擬電廠建立的基礎在于擁有眾多分布式可再生能源發電設備的控制權、分布式儲能設備等一系列靈活性設備、可再生能源的市場化銷售機制和一套精準的軟件算法。基于此類虛擬電廠的電力共享池系統提供了更加新型的售電模式。在該模式下，加入電力共享池的終端用戶能夠便捷的互相交易電力，通過各自的分布式儲能設備最大化的使用分布式可再生能源的電力，減少外購電，從而顯著減低用電成本。

德國有一家公司推出的虛擬電廠包月售電模式，用戶只需要每個月支付一定額度的電費就能在一個比較大的范圍內自由用電。在與客戶簽訂包月套餐后，售電公司會幫助客戶安裝屋頂光伏設備、家用儲能設備和電力監控設備，通過將地區內分散的用戶和集中式的電力生產設備相連，利用IT專業建模軟件以及內建的智能軟件優化算法調配各家屋頂光伏設備所發電力的消費、剩余發電量的購買和各個儲能設備的充放策略，最終在最經濟條件下實現電力生產和消費在一定范圍內的平衡。這是一種利用虛擬電廠技術的商業模式創新，用戶通過包月套餐節省電費，而且用上了清潔的電力。不過作為售電公司，并不準備通過售電服務獲取利潤，而是通過設備的銷售取得盈利。

在能源轉型的道路上，需要政府、企業、用戶等各方共同努力，在市場機制建設、商業模式創新、核心技術推廣以及用戶廣泛參與等方面積極探索，而被稱為能源轉型“詩和遠方”的虛擬電廠技術和商業模式，無論是在海外還是中國，都還很年輕，但正在加速到來。