虚拟电厂建设运营“三板斧”

编者按

虚拟电厂是一种新型电力系统，可对大规模新能源电力进行高效利用，是电力行业未来极具潜力的发展方向。虚拟电厂现阶段发展状况如何？如何发挥虚拟电厂的价值？虚拟电厂如何建设运营？······聚焦行业热点，我们的“朋友圈”在畅聊。

2月初，我们刊发了【走进虚拟电厂】系列，作者邓庆安对虚拟电厂商业逻辑、技术能力需求以及社会化企业布局的商业策略进行了分析探讨，受到诸多关注与好评。本期，我们将欢迎“虚拟电厂大家谈”第二位作者，他将聚焦虚拟电厂建设运营，从新的角度，再谈虚拟电厂。

导语

2022年7月，在严峻的能源电力保供形势下，“虚拟电厂”火了起来，它不仅成为了行业从业者关注的“热点”，还站上了资本市场的“风口”。

一千个读者眼中有一千个哈姆雷特，虚拟电厂也如此。不同行业大咖和专家学者站在不同的视角，对这个现象级热词给予了不同的诠释。图1 虚拟电厂百度热词指数

从百度热词指数曲线可以看出，无论是作为新的广域分散式能量控制技术，还是作为源网荷储互动的商业创新业态，亦或是解决高比例新能源下电力系统灵活性问题的一剂良药，当前产业界都正在以一种更加务实的视角去看待虚拟电厂，并积极推动虚拟电厂的建设和运营。

商业模式、资源开发、技术平台是虚拟电厂运营商面对的三类关键问题。化繁为简，本文结合实践探索，向虚拟电厂发展关键问题挥出“三板斧”，谈谈虚拟电厂建设运营中无法规避且需深入剖析的三个方面——能量运营、可调可控和多跨协同。

虚拟电厂业务开展的核心是要把握能量运营

不管是电网企业、能源集团等大型央企，需要作为核心企业，推动建设新型能源生态系统，发挥虚拟电厂对产业发展的“压舱石”作用；还是第三方市场主体需要将虚拟电厂打造成企业利润第三极，虚拟电厂的建设运营者都要注重本身的业务目标，在业务开展中，把握好能量运营的本质。

当前，虚拟电厂的主要业务是参与系统平衡，即满足和提升系统灵活性，主要涉及需求响应、辅助服务市场、电能量现货市场等。

首先需要强调的是，本文提出的“能量”，核心在于，虚拟电厂是通过对需求侧资源的“能量”聚合，来解决新型电力系统建设过程中面临的电力电量平衡性问题以及频率、电压等稳定性问题。

把握能量运营，一是要了解资源的“能量特性”。

储能电站、分布式燃气电站等源性资源主要是通过电网提供“灵活出力”来响应电网平衡需求的，具有实时、快速启停能力，通常能够实现毫米级、秒级响应。负荷资源重点通过自主调节负荷行为来响应电网供需平衡需求，容易受负荷主体或企业主体行为影响，不同类型负荷资源的能量特性不同，如工业可调节负荷和电动汽车充电负荷。

二是要熟悉系统的“能量需求”。

新能源在电力系统中的占比持续提升，系统的稳定可靠供应面临巨大挑战，供需平衡和确保电力安全稳定供应成为系统的关键需求。平衡类、稳定性问题主要涉及需求响应、一次调频、二次调频、三次调频，调峰、无功优化、爬坡、黑启动以及清洁能源消纳需求等。

三是要构建丰富的“能量产品”。

如根据资源类型构建的电动汽车充电负荷机组（公交车、出租车、私人用车等不同类型的充电负荷）、分布式光伏集群机组（配储、不配储）、分布式储能电站机组、工业可调节负荷机组等产品体系；根据响应能力构建的覆盖毫秒级、秒级、分钟级、小时级的多时间尺度调控产品等。

值得注意的是，几类市场的推进程度进程不一。虚拟电厂运营商需要结合市场规则的成熟度，开发不同的“能量产品”参与不同的平衡类业务。

以辅助服务市场为例，可调节负荷资源参与电力辅助服务市场正在快速推进，但多以参与调峰业务为主。随着现货市场的全面推进，调峰市场将会被现货电能量市场替代，调峰业务盈利空间进一步受到影响。

调频收益则优于调峰。尽管当前调频的市场化程度总体上低于调峰，但随着需求侧资源参与调频辅助服务市场的不断成熟，虚拟电厂运营商亟需构建“毫秒级、秒级”的时间尺度调控产品来参与系统调频业务，调频业务将会获得更高收益。

其次，要用好“运营”思维。“运营”则意味着能够深度理解“客户”，采用灵活的手段来形成“流量”。

虚拟电厂的运营需要对资源对象的成本、可靠性和灵活性等方面进行深入细分和灵活组合，以适应需求方的多元化需求；还需要采用共赢的方式，引导用户主动参与，而不是被动选择。

一方面可以结合不同地区的资源禀赋，从电源结构、常规机组与新能源机组的出力特征、负荷特征等角度，来设计虚拟电厂的产品体系。如吉林、辽宁等东北地区以清洁能源消纳需求为主，虚拟电厂的产品设计可以围绕清洁能源曲线追踪消纳、新能源装机带来的调频资源缺少等方面开展。

另一方面，在需求侧资源聚合运营方面，市场化的第三方主体（这里也包括电网企业的产业单位，如综合能源服务公司、电动汽车充电服务公司等）可采用类似于“批发商+渠道商”的多级运营模式，来不断扩大资源聚合规模和品类。由于需求侧资源接入并网大多处于配网侧低电压等级网络，可以通过省、地、县纵向多级运营的模式扩大资源聚合网络；还可以对外协同社会化的第三方公司来进行二级&三级的资源聚合。以电动汽车为例，很多社会化的充电场站运营商掌握大量的充电桩资源，可以联合电网企业综服公司或者电动汽车充电服务公司来进行资源聚合，参与虚拟电厂业务。

当然，除了能量运营、参与电力系统平衡类业务外，虚拟电厂还存在其他几类业务方向。

一方面是投资建设储能电站，通过容量补偿机制或未来可以通过容量电价机制来增加营收；另一方面是通过聚合用户侧的分布式光伏、风电等资源，以碳资产聚合的模式获得国际绿证，在市场上进行交易，获得收益。

此外，随着分布式能源零售交易（隔墙售电）政策的进一步完善和落地，虚拟电厂运营商还可以在电力零售市场中发现更多的盈利空间。

虚拟电厂的资源开发要注重可调可控

近年来，需求侧资源参与需求响应、辅助服务等市场的数量和类型在不断拓展。从高压大用户到中小用户，再到分布式电源、 电动汽车、储能等各种类型的资源，可调规模不断增大。

但规模扩大并不意味着实际响应的能力增强。从各省能源局对外公示的2019年需求响应的补贴数据来看，实际参与需求响应的负荷仅占最大负荷的2%左右，从经营角度看，资源实际响应情况直接影响虚拟电厂运营商的营收。因此，资源精准开发就显得尤为重要。

首先要选择可调潜力较大的资源。

结合实际，从负荷侧资源参与辅助服务市场的试点省级电网企业来看，这个层面的资源选择，初期主要是各省市按照自身用电产业比重选择需求侧响应资源。例如上海黄浦区的虚拟电厂资源以建筑空调为主；山西以铸造、采矿、有色金属冶炼加工等工业用户为主；华北辅助服务市场多以电动汽车聚合商、楼宇等负荷开展调峰辅助服务试点。

据南方某省的调研结果来看，空调资源、供热资源（如煤改电）、水泥、陶瓷等行业的用电设备（如电炉设备、生料磨机等）、电动汽车充电负荷等几类资源的可调潜力相对较大。

其可调节潜力如何量化评估呢？以电动汽车站桩充电负荷为例，首先要掌握区域的负荷曲线以及尖峰平谷时段，其次要对电动汽车总体充电负荷曲线特征、站内充电行为进行分析，并结合车辆出行行为和充电行为的模拟，量化评估高峰时段可调节的空间。

其次是要选择可控能力高的资源。

如何评估资源的可调潜力和可控能力呢？国家能源局颁布了《可调节负荷并网运行与控制技术规范》，文件从可观、可测、可调、可控四个方面对资源的可调潜力和可控能力进行了明确。

“可观”强调的是采集和监测能力，“可测”更多地是针对不同类型资源可调节潜力的测算，“可调”重点是聚合资源的响应能力，“可控”强调是对调度指令的跟随控制。可调可控更多呈现的是虚拟电厂或者虚拟机组作为一个整体进行响应的“外特性”，评测多时间尺度调控量和不同调度和控制方式下的调控能力，重点从可调度区间、可调速率、连续性、跟随性、中断性、时延性等角度进行评估。这些都可以为虚拟电厂的资源精准开发提供很好的评估视角。

虚拟电厂运营商在资源开发时，可以参考上述对资源评估的角度，提前进行评估测算。除此之外，从生态赋能的角度来看，政府主管部门也可以定期开展虚拟电厂运营数据统计分析并对外发布评估报告，为各类虚拟电厂市场主体资源开发提供指导。

虚拟电厂的平台建设要适配多跨协同

工欲善其事，必先利其器。建设发展虚拟电厂更需要稳定高效的运营调控平台来支撑保障。在平台的实际建设过程中，系统架构、通信控制、能力开放和最优调控是运营商重点关注的几个方面。结合对虚拟电厂平台的资源聚合和能量运营的角度来看，虚拟电厂平台的建设需要综合考虑跨区信息交互、跨平台业务交互和跨系统可靠通信等多跨协同的不同场景。

（一）多平台业务集成

从当前发布的《可调节负荷并网运行与控制技术规范（征求意见稿）》可以看出，虚拟电厂建设是按照“资源级”、“电厂级”、“电网级”的典型架构来思考的。实际建设运营中，由于主导方和运营主体能力等方面的差异性，虚拟电厂的调控体系涉及电网调度、电网营销、电力交易等业务系统。虚拟电厂统一调控平台和第三方虚拟电厂运营商自行建设的平台间业务流、能量流、信息流的交互，具有“跨平台互联、跨区数据交互”等特点。

（二）跨系统通信控制

《南方电网虚拟电厂分布式资源并网技术规范（征求意见稿）》中提到，“纳入一次调频控制的可控资源，启动时间要在3秒内，响应时间要在12秒内、调节时间要在30秒内。”

虚拟电厂并网调控响应要求从指令的下发、响应调节时限要求达到“秒级”，需要根据控制模式（直控、非直控）、资源类型、环境现状、调控层级和资源设备条件等多因素进行综合考虑和选择。以空调为例，中央空调、VRV空调、居家家用空调的互动控制需要采用不同的通信链路和技术。此外，当前一些新区城市也在积极推进城市级虚拟电厂建设，这种场景下还需要综合考虑符合城市物联网体系的建设标准和技术要求。

（三）多目标最优调控

由于虚拟电厂对外是作为一个整体来进行调节的，需要在满足调控范围、响应时间、调节速率等指标的前提下，对内部参与响应的各类资源制定相应的调度策略，基本的约束涉及内部不同资源的调节上下限、调节速率和所处末端电网稳定运行以及运营商与聚合资源之间的利益分配底线等。

此外，在高度市场化的交易规则下，虚拟电厂参与市场交易要求报量报价出清，因此还要考虑在对价格变化趋势、负荷变化趋势的预测基础上进行调控。同时还需要具备针对不同交易场景、不同时间调节尺度、不同收益水平的交易策略和调度策略推演能力。

结语

未来，随着市场机制的逐步完善和细化，通信控制技术的不断发展，虚拟电厂参与电力电量平衡、调频调压等业务将常态化开展，虚拟电厂的商业模式会“百花齐放”，越来越多的资源类型将会被挖掘、聚合，虚拟电厂必将呈现规模化发展趋势。

作者：杜杰

部门：朗新科技集团业务研究中心