中國儲能網訊：虛擬電廠可對大規模新能源電力進行高效利用，是電力行業未來極具潛力的發展方向。虛擬電廠現階段發展狀況如何？如何發揮虛擬電廠的價值？虛擬電廠如何建設運營？······聚焦行業熱點，我們的“朋友圈”在暢聊（往期推薦：“虛擬電廠大家談”）。本期，第三位作者胡倩將從現階段需求響應面臨的關鍵問題切入，分析虛擬電廠可以提供的解決方案，歡迎您的交流和互動。

導語

著眼于“碳達峰、碳中和”戰略下中國新型電力系統的發展走向，需求響應業務被賦予了如新能源消納、電力輔助服務市場發展支撐等全新的使命。盡管目前需求響應服務試點工程已經為需求響應服務發展累積了大量寶貴的經驗，但大規模復制和推進還面臨諸多瓶頸。

以“實現用戶側可調負荷精準管控、提高用戶參與需求響應積極性”為出發點，強化負荷調控能力、促進可再生能源消納的“虛擬電廠”是推進需求響應業務發展的有效手段。

本文從“虛擬電廠”對電力需求響應的應用價值入手，分析“虛擬電廠”如何進一步支撐電力需求響應業務的推廣建設。

電力需求響應的現狀和問題

電力需求響應通過采取補貼和價格激勵等措施，讓可調節、可轉移、可削減的用戶負荷主動削減用電高峰時段用電負荷，增加低谷時段用電負荷，實現平抑峰谷用電負荷，提高新能源消納能力，保障供電可靠性的目的。

隨著電力市場化改革的推進，電力需求響應業務豐富了電力市場化交易種類，從緊急需求響應向常態化的調峰、調頻和清潔能源消納轉型，向無感知柔性調控、供需友好互動階段發展。雖然近年來我國電力需求響應業務的發展累積了豐富的經驗，但要執行大規模推廣和應用還存在一些問題。主要表現在以下方面：

（一）參與需求響應用戶的種類和數量較少

隨著我國市場化售電逐步推進，需求響應業務的參與者將逐漸豐富，如電網公司、政府監管機構、負荷聚合商、服務廠商、代理商、系統運營商、第三方機構、各用戶等。

但從現階段來看，參與主體仍為部分大工業大用戶和企業用戶，儲能用戶、分布式光伏運營商、園區物業等仍亟待加快入場。整體來說，參與需求響應的用戶種類和數量仍然偏少。

在此背景下，需要盡快判斷哪些類別的用戶適合參與需求響應，評估其響應的頻次和響應容量的潛力，以便能夠定向地宣傳，推動用戶更加積極主動地參與需求響應。

（二）參與需求響應用戶的參與動力不足

現階段參與需求響應的企業用戶整體參與度較低，積極性不足。主要原因在于宣傳力度不夠，潛力分析和挖掘不足，沒有讓用戶看到利益點。

與此同時，目前我國大多是依托半行政化的有序用電體系開展需求響應項目，對于較為分散的各類小負荷還無法有效進行統籌聚合，該部分用戶的參與主動性也明顯不足。

以居民用戶為例，由于居民用戶用電負荷整體不高，缺乏參與的主動性。如果存在一個有效的體系，能把一定區域內的居民負荷都聚集起來，共同參與需求響應，亦可達到超出預期的效果。

總體來說，參與需求響應用戶動力不足的原因還在于為用戶提供的業務功能不夠精細，用戶可選擇的業務種類不多，難以滿足各種用戶因自身用能習慣所產生的不同需求。

（三）削峰填谷能力不強

目前，除了調度部門根據用電容量下發的緊急需求外，其他需求響應執行依賴于電力單位規定的峰谷時間段，響應的及時性難以保證。如一些特殊氣候突發情況導致峰谷發生了轉移，而需求響應還在迎合未發生變化的人為制定的峰谷時段，顯然就發揮不了應有的作用。

與此同時，執行的需求響應項目類別多，對需求響應信息化項目的建設廠商也提出了較大的挑戰，各類信息化系統和各方交互管理也需要在不斷地優化和完善中，逐步支撐需求響應更高效、更經濟、更穩定。

通過對當前需求響應存在的問題的總結分析，我們發現，虛擬電廠對于解決需求響應推廣難的問題有著諸多優勢，是一種落實需求響應較好的選擇。

什么是虛擬電廠

傳統模式下，電廠通過緊急啟用備供的發電資源，同時強制停止部分用戶用電，以保證電網安全穩定運行?，F在可通過“虛擬電廠”，聚集分布式電源、可轉移、調節、削減負荷和儲能裝置等資源。

在用電高峰期或出現緊急負荷需求時，通過相關信息化聚合平臺將分布式電源、可調節、可轉移、可削減負荷和儲能裝置聚合成一個虛擬的“電廠”，將分散的大量可中斷、可轉移的用電負荷聚合起來，實行精細化統一管理，進行供用電的運行和調度，解決電力供需平衡的矛盾，消納分布式能源并降低供用電成本，帶來更高的經濟效益和社會效益。圖片

虛擬電廠在電力需求響應的價值

虛擬電廠在支撐電力需求響應方面，可在供電負荷高的時間段，自動發起需求響應指令，通知參與響應的用電戶調節負荷，大工業園區、一般工商業、社區居民等用電戶自動接收需求響應指令后，通過虛擬電廠制定的需求響應策略控制調整用電設備，并自動反饋需求響應結果。

虛擬電廠能夠對可調負荷設備實現精準、快速、高效的動態調控，助力用戶快速完成需求響應，有效解決可再生能源發電的不穩定性給大電網帶來的安全隱患，高效消納能源，節能省錢。應用價值體現在以下方面：

（一）挖掘需求響應用戶

1、基于大數據挖掘潛力用戶

虛擬電廠在組建時，首要的任務就是利用大數據分析各類用戶的用電習慣，然后與當前需求響應的執行標準進行匹配，挖掘出合適的用戶種類，定向與具體的用戶開展聚合談判，爭取用戶成為虛擬電廠的負荷資源。

2、多維負荷資源庫搭建

面向虛擬電廠平臺覆蓋區域，聚合區域內多元可調負荷，搭建多維負荷資源庫，完成簽約用戶的可調節負荷資源的入庫建檔工作，接入用戶側資源主要包括四部分，分別是商業樓宇、工業大用戶、分布式能源和電動汽車充電設施等。支撐電力用戶需求響應、電網公司調峰調頻實時應急控制等服務，規?；_展多元可調節負荷參與電網尖峰負荷削峰，引導電力用戶調整用電方式、用電時間、用電行為，節約用電成本的同時收獲一部分補貼。

（二）提高用戶參與的動力

1、通過聚合用戶提高居民用戶參與積極性

虛擬電廠通過聚合居民用戶，發揮規模效益，讓參與的用戶享受到以大平臺放大作用引起的聚合效果，提高用戶參與的動力，解決需求響應在小用戶方面的動力不足問題。

2、實現負荷資源的精細化管理

目前的需求響應模式中，有海量零散的可轉移、可調節的負荷資源能夠聚合起來統一管理，可根據用戶負荷特性，更精準的分析和刻畫需求側的負荷基線，準確評估出用戶的實際響應潛力并制定高效的需求響應策略，分析和評估需求響應的收益情況，在需求響應決策制定過程中，實現負荷資源的精細化管理，優化需求響應項目的結構及效率，為每一種類型的需求響應組合最優負荷資源。

（三）培養用戶削峰填谷的能力

1、將分散的海量可調節用電負荷聚合并進行精細化統一管理

虛擬電廠通過接入商業樓宇、大工業園區、分布式能源、電動汽車等可轉移、可中斷的海量負荷資源，通過信息化手段、數字化技術實現統一集中管理，精準實時控制，最大程度提高區域內需求響應效率。

2、靈活的機制能夠隨時影響負荷變化需求

虛擬電廠可以隨著負荷變化隨時啟停，避免了需求響應時因行政確定的峰谷與實際負荷脫節引起的發力錯位，對需求響應執行效果進行了有效彌補。

3、發揮平臺作用

（1）精細管理。虛擬電廠通過平臺來放大需求響應用戶的能力，起到事半功倍的效果，放大了用戶的收益，也放大對負荷調節的作用。

虛擬電廠可在需求響應決策制定過程中實現負荷資源的精細化管理，優化需求響應項目的類型及頻次，為每一種類型的需求響應組織相應的負荷資源；更精準地分析和刻畫需求側的負荷基線，準確地評估出用戶的實際響應潛力并制定高效的需求響應策略，分析和評估需求響應的收益情況。建立實時性事務處理模塊，逐步縮短需求響應項目通知的時限，提高需求響應效率。

（2）精準預測。虛擬電廠平臺通過大數據對經營區域的可再生能源發電能力進行預測，提前制定參與需求響應的策略，提供響應精度。

（3）實時邀約?；谔摂M電廠平臺開展邀約型需求響應服務，處理包括參與需求響應申請、需求響應競價、需求響應執行和補貼發放等流程，支撐電力用戶參與電網削峰填谷、調峰調頻，提高電網運行經濟性、穩定性，從而降低用戶用能成本并獲取補貼收益。

虛擬電廠助力負荷資源需求響應場景

針對不同的響應模式，虛擬電廠能夠實現資源管理、響應能力分析、申報、執行、效果評估、補貼申辦等，在響應接入、響應過程管理中更加方便快捷。

（一）負荷資源庫搭建的關鍵技術應用

完成簽約用戶的可調節負荷資源的入庫建檔工作，接入用戶側資源主要包括以下幾個部分：

1、商業樓宇

此類型用戶可調負荷主要是中央空調，因此將中央空調作為主要參與需求響應對象。虛擬電廠可根據氣溫等氣象信息開展空調負荷預測，實現空調負荷調度管理、批量化聚合等功能，規?；瘜崿F需求響應。

商業樓宇參與需求響應方案如下圖3“多維負荷資源庫構建方案圖”所示。

在用戶的空調控制室機房安裝虛擬機組控制器，虛擬機組控制器通過4G/5G專用VPN通道與虛擬電廠平臺進行數據交互；在虛擬機組控制器旁安裝運行狀態采集與分析模塊，與虛擬機組控制器網絡互聯，通過遠程控制或本地控制，實現空調負荷的柔性調節；增加空調機組負荷采集模塊，包含智能電能表及配套的電流互感器等；增加空調運行控制模塊，以實現遠程調度管理。

2、工業園區

工業企業可調負荷接入虛擬電廠管控平臺，可實現工業負荷柔性調控，支撐虛擬電廠平臺開展清潔能源消納、調度應急控制和需求響應調控。

此類型用戶可調負荷主要包括工業企業生產設備、生產線、空調負荷等，為了參與實時需求響應調控，工業企業需實時監測具體可調設備及產線，設置用戶分路用電監測及可調設備監控。

工業企業參與需求響應方案如上圖3“多維負荷資源庫構建方案圖”所示.

虛擬機組控制器可根據當前設備運行負荷、運行狀態、各類時間變量，運用邊緣計算能力，實時計算該工業企業的各可調負荷資源設備的需求響應能力以及總的需求響應能力，包含可調容量數據、需求響應準備時間、需求響應可持續時間等，并上報給虛擬電廠平臺。虛擬電廠根據負荷預測和峰谷時段預測等，生成需求響應策略，促進企業用戶需求響應更高效。

3、分布式能源

開展分布式能源接入虛擬電廠管控平臺，實現分布式光伏可觀可測可調可控，同時優化采集終端程序，實現低壓光伏用戶和專變光伏用戶的分鐘級數據采集，實現光伏用戶的剛性和柔性控制。

此類型用戶參與需求響應方案如上圖3“多維負荷資源庫構建方案圖”所示。需安裝虛擬機組控制器和數據采集設備，虛擬機組控制器通過4G/5G專用VPN通道，實現分布式能源數據和虛擬電廠平臺互動傳輸，支撐多能互補，輔助電網調峰調頻。

4、電動汽車

對于安裝在居民社區中的“聯網通辦”私人充電樁，通常是可調負荷的慢充充電樁，依據峰谷分時電價等經濟措施和智能控制措施，將電動汽車充電負荷引導到配電變壓器負荷低谷時段充電，提升配電電源利用率，降低充電費用，降低電網調峰壓力。

對于充電場站等公用充電樁，通過充電電流批量調節等手段，形成虛擬負荷體，參與電網需求響應。

此類型充電樁用戶參與需求響應方案如上圖3“多維負荷資源庫構建方案圖”所示。需安裝虛擬機組控制器和數據采集設備，虛擬機組控制器通過4G/5G專用VPN通道，實現電動汽車充電樁數據和虛擬電廠平臺的互動傳輸，使得用戶具備負荷調控響應需求的能力。

（二）虛擬電廠平臺開展邀約需求響應

基于虛擬電廠平臺開展邀約型需求響應服務，支撐電力用戶參與電網削峰填谷、調峰調頻，提高電網運行經濟性、穩定性，從而降低用戶用能成本并獲取補貼收益。負荷聚合商成立專門的運營機構來負責需求響應業務，處理包括參與需求響應申請、競價、執行和補貼發放等流程。

虛擬電廠平臺需求響應模塊接收調控需求指令后，制定調控策略、分解調控容量并下發給各負荷聚合商或者直接需求響應用戶來執行指令。

調控執行完成后，向需求響應主站反饋執行結果信息和參與用戶明細信息等?；谔摂M電廠平臺開展邀約型需求響應服務，其主要業務場景可以分為以下兩部分：

1、日常管控類

需求響應日常管控類業務主要是基于需求響應的事前準備階段的業務場景，主要包括響應預案管理、負荷資源管理（接入、監測等）、響應能力分析、響應策略等幾大模塊。

電網公司發起需求響應預案并接入和監管負荷資源，政府審核電網公司發起的需求響應預案，直接需求響應用戶和負荷聚合商對響應能力進行分析并制定響應策略，按照策略來執行需求響應，滿足約定削峰、實時削峰、約定填谷、實時填谷。

2、事件執行類

需求響應事件執行類業務主要是基于需求響應事中執行、事后優化迭代的業務場景，主要包括響應事件管理、響應執行、響應效果評估、響應補貼管理等幾大場景。

電網公司根據虛擬電廠平臺的負荷預測情況，發起需求響應邀約，響應事件包括向電網用戶推送響應潛力分析情況、策略輔助決策等，電網用戶邀約執行響應；和電網公司就直接需求響應用戶和負荷聚合商的響應執行情況來評估響應的有效性，政府相關機構審核補貼，審核通過后電網公司發放補貼。

結語

“虛擬電廠”既可以輔助消納大量可再生能源，亦可以支撐電網供電和用電達到供需平衡，從而解決需求響應削峰填谷的問題，支撐多能互補、最大程度提升能源利用率、緩解電力緊張和能效偏低矛盾。

隨著新型電力系統的改革浪潮和電力數字化技術發展，我國以虛擬電廠為生態的新模式、新技術將迅速崛起，筆者相信，虛擬電廠的高速發展將在十四五期間迎來高光時期。

【參考文獻】

[1] 李彬,陳京生,李德智,石坤,等. 我國實施大規模需求響應的關鍵問題剖析與展望.華北電力大學電氣與電子工程學院,北京市 昌平區 102206，LI Bin, CHEN Jingsheng, LI Dezhi, SHI Kun,et al.Analysis and Prospect of Key Issues in China’s Demand Response for Further Large Scale Implementation.School of Electric and Electronic Engineering, North China Electric Power University, Changping District, Beijing 102206, China