虚拟电厂发展模式与技术形态思考

中国电力科学研究院

二零二五年四月

1. 背景与形势

新型电力系统建设快速推进，分布式电源、电动汽车等新兴资源发展迅猛，源荷双侧随机特性凸显，系统灵活性调节资源容量严重不足，预计到2030年极端情况下电网灵活性调节资源缺口为71亿干瓦。

口国家高度重视虚拟电厂建设发展，在相关政策文件中提出将需求侧资源以虚拟电厂等方式纳入电力平衡，实施需求侧协同能力提升行动，建设一批虚拟电厂，支持虚拟电厂、智能微电网等新型经营主体创新发展。

<table><tr><td rowspan=1 colspan=2>单位：亿干瓦</td><td rowspan=1 colspan=1>2020</td><td rowspan=1 colspan=1>2025</td><td rowspan=1 colspan=1>2030</td><td rowspan=1 colspan=1>2050</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=2>波动性可再生能源发电规模</td><td rowspan=1 colspan=1>5</td><td rowspan=1 colspan=1>16</td><td rowspan=1 colspan=1>25</td><td rowspan=1 colspan=1>45</td></tr><tr><td rowspan=5 colspan=1>传统调节手段</td><td rowspan=1 colspan=1>灵活煤电机组</td><td rowspan=1 colspan=1>1</td><td rowspan=1 colspan=1>7</td><td rowspan=1 colspan=1>13</td><td rowspan=1 colspan=1>20</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>天然气发电机组</td><td rowspan=1 colspan=1>1</td><td rowspan=1 colspan=1>1.5</td><td rowspan=1 colspan=1>1.8</td><td rowspan=1 colspan=1>2.3</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>抽水蓄能</td><td rowspan=1 colspan=1>0.32</td><td rowspan=1 colspan=1>0.62</td><td rowspan=1 colspan=1>1.2</td><td rowspan=1 colspan=1>1.7</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>电化学储能</td><td rowspan=1 colspan=1>0.03</td><td rowspan=1 colspan=1>0.75</td><td rowspan=1 colspan=1>2</td><td rowspan=1 colspan=1>6.1</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>合计</td><td rowspan=1 colspan=1>2.35</td><td rowspan=1 colspan=1>9.87</td><td rowspan=1 colspan=1>18</td><td rowspan=1 colspan=1>30.1</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=2>灵活性调节资源缺口</td><td rowspan=1 colspan=1>2.65</td><td rowspan=1 colspan=1>6.13</td><td rowspan=1 colspan=1>7</td><td rowspan=1 colspan=1>14.9</td></tr></table>

1.依据《“十四五”现代能源体系规划》国家能源局电力工业数据等预测

2. 概念来源

1997年，欧洲经济学家西蒙·阿韦布赫(ShimonAwerbuch)首次提出虚拟公共设施概念“独立且以市场为驱动的实体开展灵活合作，无需拥有相应资产便可为消费者提供所需服务”，并对应对不确定性的聚合形态电力产业结构进行了详细描述；21世纪初，欧洲国家基于此概念开展了虚拟电厂实践。目前，虚拟电厂主要分布在欧洲、美国和澳大利亚等地，但各国虚拟电厂形态各有侧重。

The Virtual Utility

欧洲：以分布式电源、储能资源为主，主要针对分布式电源可靠并网和电力市场运营

Overview

Editors: Shimon Awerbuch, Alistair Preston

美国：聚焦负荷资源聚合调配，推动小规模分布式电源参与电力市场

《虚拟公共设施：新兴产业的描述、技术及竞争力》

澳大利亚：以用户侧储能为主，提供频率控制辅助服务

1.虚拟电厂(Virtual Power Plant) 概念在2003年由戴尔曼在《虚拟电厂-一种能源生产新观点？》中首次明确提出，描述为“旨在将分散的单元耦合起来，由名为能源管理系统的中央能源单元进行管理和调节”；定义首次明确，是在2023年发布的国际标准《IEC63189虚拟电厂：第1部分》中，“实现分布式发电、储能设备和可控负荷的聚合、优化和控制的组织或系统”。

省级虚拟电厂专项政策发布情况

3. 国内发展

•2025年3月，国家发改委、国家能源局印发《关于加快推进虚拟电厂发展的指导意见》，在明确定义定位、因地制宜发展、提升建设运行水平、参与电力市场、提高安全运行水平、推动技术创新和标准规范建设方面进行了任务部署。

•各地政府出台支持政策，完善电力市场交易规则，加速推动虚拟电厂项目落地，通过市场化方式参与系统调节。全国已有11个省份出台省级虚拟电厂专项政策，9个省份现货规则、10个省份辅助服务规则设计了虚拟电厂参与机制。

国家发展改革委国家能源局关干加快推进虚拟电厂发展的指导意见

各量、自活区、主辖作、新提业户建设兴因发展改集备、货测通。北当市诚市管理类责业，天津作工业和信总化府，过宁省工金和位患化行。上海节经济和指芯化类热会。重求市经港和指息化基质会。量建省工金和信惠化片，国家能源身各测出机构。答能进村有限公司，中国确方地用有挥责任公司。有关中央企业：

关于加快推进虚拟电厂发展的指导意见

4. 虚拟电厂定义

中国电科院：虚拟电厂是指利用数字化、智能化等先进技术，将需求侧一定区域内的可调节负荷、分布式电源、储能等资源进行聚合、协调、优化，结合相应的电力市场机制，构成具备响应电网运行调节能力的系统。

多元聚合

由需求侧分布式电源、分散式储能和可调节负荷等资源组成，实现需求侧灵活资源的多元聚合。

协同高效

虚拟电厂在一定的电网管理边界范围内聚合资源，并达到一定的容量规模要求才能与电网协同高效运行。

可调可控

以数字化、智能化技术为基础，通过对各类资源进行监测、控制，实现对需求侧灵活资源协调优化。

《关于加快推进虚拟电厂发展的指导意见》虚拟电厂是基于电力系统架构，运用现代信息通信、系统集成控制等技术，聚合分布式电源、可调节负荷、储能等各类分散资源，作为新型经营主体协同参与电力系统优化和电力市场交易的电力运行组织模式。

共赢互动

负荷聚合商、售电公司等市场主体，利用虚拟电厂参与电力市场实现盈利，同时为新型电力系统运行提供平衡资源。

《关于支持电力领域新型经营主体创新发展的指导意见》

虚拟电厂是运用数字化、智能化等先进技术，聚合分布式电源和可调节负荷等，协同参与系统运行和市场交易的电力运行组织模式。

《电力需求侧管理办法（2023年版）》虚拟电厂，是依托负荷聚合商、售电公司等机构，通过新一代信息通信、系统集成等技术，实现需求侧资源的聚合、协调、优化，形成规模化调节能力支撑电力系统安全运行。

5. 规则分析

9月13日，国家能源局广泛征求意见后，正式印发《电力市场注册基本规则》，在国家层面确立新型储能虚拟电厂、分布式电源、充电设施等新型主体在各类市场的经营主体地位。通过分析基本条件、市场注册、变更与注销规则，可以看出虚拟电厂聚合非统调需求侧资源，近似售电公司，以提供调节能力为主的功能定位。

基本条件

与电网企业签订协议，接入系统；

具备分时计量与传输条件，数据准确可靠；

具备聚合需求侧资源的能力；

具备聚合资源调控能力，有软硬件系统；

聚合范围、调节性能等条件应满足相应市场的相关规则规定。

市场注册

售电公司市场注册条件和流程按照《售电公司管理办法》规定执行，虚拟电厂（含负荷聚合商）初期参照《售电公司管理办法》执行。

具有多重主体身份的经营主体，应当按经营主体类别分别进行注册。

变更与注销

售电公司、虚拟电厂（含负荷聚合商）资产总额发生影响年度代理电量规模或调节能力的变化、企业高级或中级职称专业人员变更、配电网运营资质变化、业务范围变更等。

虚拟电厂（含负荷聚合商）市场注销条件和流程初期参照《售电公司管理办法》执行。

6. 相关概念比较

近年来各类新兴概念不断涌现，根据其发展诉求和业务形态，虚拟电厂、分布式电源集群、负荷聚合、源网荷储一体化系统、微电网的资源类别、目标定位、资格要求以及参与电网运行的方式有明显差异。

6. 相关概念比较

<table><tr><td rowspan=1 colspan=1>概念比较</td><td rowspan=1 colspan=1>相同</td><td rowspan=1 colspan=1>区别</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>负荷聚合</td><td rowspan=1 colspan=1>聚合需求侧资源；为电网提供调节能力。</td><td rowspan=1 colspan=1>◆负荷聚合一般不含分布式电源，数据监测要求低；虚拟电厂可聚合分布式电源，监测、调节控制等技术要求高，是负荷聚合的高级形态。</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>微电网</td><td rowspan=1 colspan=1>属于电网需求侧。</td><td rowspan=1 colspan=1>◆微电网可并网或孤岛运行，区域边界、并网点清晰，侧重就地平衡；虚拟电厂全部资源在网运行，主动为电网提供调节支撑能力，可聚合并网型微电网。</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>源网荷储一体化系统</td><td rowspan=1 colspan=1>属于电网需求侧。</td><td rowspan=1 colspan=1>源网荷储一体化系统，强调绿电直供，可离网建设运行；并网时，有产权分界点，原则上不占用电网调峰资源；虚拟电厂是逻辑上的需求侧资源聚合，有管理边界，全部资源在网运行。</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>分布式电源集群</td><td rowspan=1 colspan=1>聚合资源都包含分布式电源。</td><td rowspan=1 colspan=1>分布式电源集群向电网送电，有明确并网点，规模较大的集群应按供给侧资源纳入调度直控；虚拟电厂侧重负荷资源聚合，主要为电网提供平衡调节服务。</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>需求响应</td><td rowspan=1 colspan=1>均强调为电力系统提供需求侧灵活性调节能力。</td><td rowspan=1 colspan=1>需求响应是一个业务名词，一般在迎峰度夏（冬）局部时段实施，该概念已纳入负荷管理业务范畴，依赖政府试点政策获取运行资金疏导渠道；虚拟电厂是一个系统的名称，主要通过电力市场参与运行，具备常态化运营能力。</td></tr></table>

2. 功能和技术要求

目前暂无国家、行业标准具体规范虚拟电厂功能要求、技术指标，各地试点要求差异较大。7月，国网公司营销部在《加快推动虚拟电厂建设运营工作指引》中提出，初期虚拟电厂聚合容量不低于10MW，持续调节时间不小于1小时；采用节点电价的省份，单一调节单元容量不低于1MW。国家能源局提出5MW的调节能力要求。

<table><tr><td rowspan=2 colspan=1>地区</td><td rowspan=2 colspan=1>参与市场</td><td></td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>技术要求</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>山西</td><td rowspan=2 colspan=1>日前现货</td><td rowspan=1 colspan=1>调节容量：不低于20MW，且不低于最大用电负荷的10%；响应时长：不小于2小时；调节速率：不低于（调节容量*3%)/分钟，且不低于0.6兆瓦/分钟；响应时间：120秒内跨出调节死区；调节精度：每15分钟考核偏差率，“负荷类”虚拟电厂不超过±15%，“一体化”虚拟电厂不超过±10%。</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>山东</td><td rowspan=1 colspan=1>可调节能力暂定为不低于10兆瓦、连续调节时间不低于1小时。</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>冀北</td><td rowspan=2 colspan=1>调峰</td><td rowspan=1 colspan=1>第三方独立主体约定时段调节容量不小于2MW，调节总量不低于2MWh。</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>浙江</td><td rowspan=1 colspan=1>具备时长1h以上、容量5MW以上负荷削减/调增能力。</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>上海</td><td rowspan=1 colspan=1>需求响应</td><td rowspan=1 colspan=1>调节容量：不小于1兆瓦；响应时长：不小于2小时，其中连续保持最大可调节能力的时间不小于1小时；调节速率：不小于最大调节容量的1%/分钟；响应时间：不大于30分钟；调节精度：不大于最大调节容量的10%。</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>南方区域</td><td rowspan=1 colspan=1>二次调频</td><td rowspan=1 colspan=1>响应时间(调节至指令值90%)不长于2分钟；调节速率不低于可调节负荷容量的1%/分钟；调节范围不小于在运功率的50%；调节精度不超过可调节负荷容量的5%。</td></tr></table>

3. 系统架构

虚拟电厂接入电网侧系统的技术架构主要分为两类：一是接入新型电力负荷管理系统，并与交易、营销、调度系统进行交互；二是直接接入电力调度自动化系统，虚拟电厂参与调频时需具备秒级响应能力。参与现货、辅助服务市场的虚拟电厂接入调度系统，或通过负荷管理系统参与部分交易品种。

4. 全景技术图谱

虚拟电厂全景技术图谱主要包含感知监测、资源聚合、调节控制、市场交易、通信与安全、仿真与评估6大类、16中类、41小类技术。其中13小类已有较为成熟的技术方案或产品，22小类仍有较大优化提升空间，6小类亟需攻关突破。

成熟技术

优化提升

虚拟电厂全景技术图谱

重点突破

仿真与评估技术

通信与安全技术

市场交易技术

调节控制技术

感知监测技术

资源聚合技术

资源规划拟仿真调节效果评估方法效果评估指标体系

运行控制仿真

资源特性仿真

隐私保护技术

网络与数据安全技术

通信传输技术

本地组网技术

信息交换模型

资源信息模型

面向聚合商的运营决策技术面向电网的交易决策技术

成本与收益分析技术

结算套餐设计技术

面向用户的资源优化调配技术面向电网的资源组合优化技术交易品种设计技术

分散式聚合控制技术

有源负荷构网运行控制技术有源负荷跟网运行控制技术主动响应技术

负荷柔性控制技术集中式聚合控制技术

资源动态聚合技术

负荷资源分析预测

机理驱动的特性辨识技术数据驱动的特性辨识技术

分布式计算技术

多智能体技术

低延时采集技术变周期采集技术

高频采集技术

流体传感技术

1.国际及国外标准制订

国际上未形成虚拟电厂标准体系。德国、美国、澳大利亚结合各自实际，制定并采用相关国际标准或本国国家标准。为填补虚拟电厂领域国际标准空白，2018年，中国电科院、冀北公司分别主导编写IEC标准《虚拟电厂：第1部分架构与功能要求》和《虚拟电厂：第2部分用例》，并于2023年10月正式发布。

<table><tr><td rowspan=1 colspan=1>标准</td><td rowspan=1 colspan=1>标准名称</td><td rowspan=1 colspan=1>规范内容</td><td rowspan=1 colspan=1>采用国家</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>IEC 62746</td><td rowspan=1 colspan=1>客户能源管理系统与电源管理系统之间的系统接口</td><td rowspan=1 colspan=1>实施双向信号系统促进电力服务提供商、聚合商和最终用户之间的信息交换</td><td rowspan=2 colspan=1>德国</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>IEC TS62939</td><td rowspan=1 colspan=1>智能电网用户交互</td><td rowspan=1 colspan=1>定义需求侧和电网之间的智能设备/系统之间的信息交换接口的架构</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>OpenADR</td><td rowspan=1 colspan=1>开放式自动需求响应通信规范</td><td rowspan=1 colspan=1>提供开放、安全的双向信息交换模型</td><td rowspan=1 colspan=1>美国</td></tr><tr><td rowspan=1 colspan=1>AS/NZS4755</td><td rowspan=1 colspan=1>电气产品的需求响应能力和支持技术系列标准</td><td rowspan=1 colspan=1>规范了设备和各级平台接口功能</td><td rowspan=1 colspan=1>澳大利亚</td></tr></table>

国外主要采用标准

第一部分架构与功能要求第二部分用例

2. 国内标准体系构建

在国标委指导下，2021年中电联组织国网、南网和高校等多方专家，开展国内虚拟电厂标准体系研究工作，形成预研报告。近期由9家全国、行业和团体标委会成立联合工作组，形成涵盖六大类、15小类、31项的新版标准体系。截至目前，2项国标已发布，于25年2月生效；1项国标计划已公示，3项行标已立项并推动编写。

1. 面临的困难及问题

虚拟电厂建设运营仍存在管理体系有待完善、市场机制仍需深化建设、技术和标准亟需深化应用等问题严重制约其规模发展、功能发挥。

◆政府管理：政府主管部门、发电企业、运营商、投资方等对虚拟电厂作用、架构认识不统一，概念泛化，导致无法合理衡量虚拟电厂建设运营成本及发挥的价值；

管理体系

服务引导：虚拟电厂业务需要能源企业营销、调度、交易、发展、数字化、科技等多部门及部门内部细分专业协同推进，工作界面和流程正在逐步明确。

市场机制

◆运行中的市场机制：交易模式单一、交易次数少或者盈利空间有限，运营商投资积极性不高，用户参与意愿不足；

探索中的市场机制：交易模式缺少透明度、社会开放性不足，技术要求较高、建设成本高。

技术研发：为保障高水平的运行效果，虚拟电厂聚合资源可见性、可信性、可靠性，尚缺少有效、经济的技术手段，仿真验证能力亟待建设；

技术和标准应用

标准应用：标准体系建设实施、标准应用监督水平不高；标准对于新业务发展、新技术应用的引导作用亟待发挥。

2. 相关建议

优化业务顶层设计。积极促请政府部门出台虚拟电厂相关政策与市场规则，能源企业各部门统筹设计和优化服务虚拟电厂建设运营全链路工作流程，明确协同机制。

加强科研技术攻关。充分依托国家和行业企业的重大项目及重大实验能力建设，攻克关键问题、提升技术水平，为常态化运行提供基础。

加快核心标准研制。持续推动虚拟电厂标准体系完善，结合业务需求加快资源感知、系统交互安全防护、入网测试等重要技术标准制定，引导虚拟电厂规范化发展。

打造优质示范工程。结合地区资源条件和类型推动虚拟电厂建设，通过优质工程和先行示范区建设，形成先进技术应用和业务模式创新的“头雁效应”，带动虚拟电厂规模化发展。

营造产业发展生态。推动形成行业共识，引导虚拟电厂相关舆论方向，推动虚拟电厂全方位、立体式融入新型电力系统现代产业链，构建虚拟电厂产业健康发展的良好生态。

虚拟电厂发展模式与技术形态思考