国网：虚拟电厂与电力市场

虚拟电厂技术、应用与标准化需求随着世界能源紧缺、环境污染等问题的日益突出，世界各国都在致力于解决能源问题。

分布式电源具备可靠、经济、灵活、环保的特点，可以有效缓解能源问题，被越来越多的国家所采用。

然而，分布式电源还具有容量小、数量大、零散分布的特点，导致其直接接入大电网体系时会影响到大电网的稳定运行。

由此，虚拟电厂概念应运而生。

一、虚拟电厂的技术解析1.核心特点通信与聚合：虚拟电厂的核心可以总结为“通信”和“聚合”。

它通过信息通信技术将各种DER连接起来，并通过软件系统实现这些资源的聚合和协调优化。

特殊电厂：虚拟电厂作为一个特殊的电厂参与电力市场和电网运行，它既可以作为“正电厂”向系统供电调峰，也可以作为“负电厂”加大负荷消纳配合系统填谷。

2.关键技术协调控制技术：实现DER之间的协调运行，确保电力系统的稳定性和优化性。

智能计量技术：对DER进行实时监测和计量，为协调控制提供数据支持。

信息通信技术：确保虚拟电厂内部以及与其他电力系统之间的信息交换和通信。

3.市场潜力虚拟电厂的提出是为了解决分布式电源接入电网所带来的问题，如容量小、数量大、分布不均等，以及给电网稳定运行带来的技术难题。

对于面临“电力紧张和能效偏低矛盾”的中国来说，虚拟电厂无疑是一种好的选择，具有非常大的市场潜力。

4.结构组成虚拟电厂主要由发电系统、储能设备、通信系统构成，没有实体，所有的电都来自已有的电力资源。

相当于一个调度控制平台，其核心功能是聚合分散的电力资源，并进行优化控制与分配。

5.与传统电厂的区别虚拟电厂没有实体，其“电厂”实际上是一个调度控制平台。

传统电厂依赖实体发电设备，而虚拟电厂则依赖于已有的电力资源和先进的信息通信技术进行资源的聚合和优化。

6.应用前景随着可再生能源的快速发展和电力市场的逐步开放，虚拟电厂将在智能电网和电力市场中发挥越来越重要的作用。

通过聚合和优化DER，虚拟电厂将有助于提高电力系统的稳定性和经济性，促进可再生能源的消纳和利用。

电力系统中的虚拟电厂技术及其应用研究1. 引言随着能源需求的增长和可再生能源的普及，电力系统正处于发展的转型期。

传统的中心化电力系统面临着诸多挑战，如能源供应不稳定、能源生产分散、能源需求波动等。

虚拟电厂技术作为一个新兴的解决方案，为电力系统的可持续发展提供了机遇。

本文旨在探讨虚拟电厂技术的原理、特点和应用，以及其对电力系统的影响和未来发展趋势。

2. 虚拟电厂技术概述2.1 虚拟电厂的定义虚拟电厂是指将多个分布式能源资源（包括可再生能源、储能设备、柔性负荷等）通过智能化系统进行集成和管理的电力系统。

虚拟电厂能够提供可靠的电力供应，同时实现能源的灵活调度和优化。

2.2 虚拟电厂的组成和运行原理虚拟电厂由分布式能源资源、虚拟电厂控制系统和与电力系统相互作用的界面组成。

分布式能源资源包括太阳能发电、风能发电、储能设备等。

虚拟电厂控制系统能够对这些资源进行实时监测、调度和优化。

与电力系统的界面可以用来交换信息、实现能源的买卖和与电力系统进行协作。

2.3 虚拟电厂的特点虚拟电厂技术具有以下特点：灵活性、可靠性、可扩展性和可持续性。

虚拟电厂能够根据电力系统的需求进行能源调度，提高能源利用率和供电可靠性。

虚拟电厂还能够根据需求扩展能源资源的规模，以适应不断增长的能源需求。

此外，虚拟电厂以可再生能源为主，具有低碳排放和环境友好的特点。

3. 虚拟电厂在电力系统中的应用3.1 虚拟电厂与能源市场的整合虚拟电厂技术能够将分布式能源资源整合到能源市场中，实现能源的买卖。

通过与电力系统的界面，虚拟电厂可以根据市场价格和电力需求灵活地调整能源生产和消费。

虚拟电厂的参与使市场运行更加高效，同时也促进了可再生能源的发展。

3.2 虚拟电厂与电力系统的互动虚拟电厂作为一个智能化系统，能够与电力系统实现双向交互。

虚拟电厂可以根据电力系统的需求进行能源调度，同时也可以向电力系统提供灵活的电力支持。

虚拟电厂通过电力系统的互动，提高了电力系统的可靠性和稳定性。

在国家“3060”战略的指引下，我国以风光为代表的新能源发电发展极为迅猛，除了大规模集中式新能源快速发展，分布式新能源发电也进入了快速发展通道，据国家能源局统计，截至2023年9月，全国户用分布式光伏累计装机容量突破1亿kW，达到 1.05亿kW，助推我国光伏发电总装机规模超5亿kW，达到5.2亿kW。

仅以江苏为例，2022年以来，分布式光伏装机容量每月增长100万kW。

新能源发电出力的随机性、间歇性问题是新时期困扰电力系统运行的关键问题。

如何管理海量分布式发电，充分挖掘分布式资源电力电量平衡能力，应对大规模新能源接入，已经成为目前较为紧迫的现实问题。

“虚拟电厂”已经成为“双碳”目标下解决该问题的重要抓手。

国家层面已经颁布大量的虚拟电厂政策支持文件，同时在现实中也有大量的虚拟电厂建设案例，在现有政策文件中明确了虚拟电厂作为发掘用户侧资源的重要手段，如在2021年年底国家发展和改革委员会、国家能源局颁布的《电力并网运行管理规定》（国能发监管规〔2021〕60号）和《电力辅助服务管理办法》（国能发监管规〔2021〕61号）中明确了虚拟电厂的市场主体地位。

虚拟电厂通过应用先进的信息通信和控制技术，优化聚合大量的分布式资源参与系统优化运行，充分挖掘原先闲置的分布式资源，使其可观测、可管理，将有效助力新型电力系统运行。

据不完全统计，我国有数百家虚拟电厂正在规划、建设或运行中，其中绝大多数虚拟电厂的主要业务是参与需求响应。

从业务层面来说与常规的负荷或者负荷聚合商无异。

目前国内的虚拟电厂研究和应用存在一些基本概念的问题：如虚拟电厂与需求响应是什么关系；虚拟电厂与负荷聚合商有什么区别；虚拟电厂是否可以常态化运行；既然分布式光伏没有调节能力，虚拟电厂为什么要聚合分布式光伏。

这些问题给虚拟电厂领域的研究、建设和运行人员造成了一定的困扰，同时也影响了相应的市场交易或系统接入的规则制定。

本文从基本概念出发，力求厘清虚拟电厂、需求响应、负荷聚合商的基本概念及各概念间的联系和区别，同时围绕虚拟电厂资源分类、聚合和资源配置，建立对虚拟电厂的基本认知。

第52卷第7期电力系统保护与控制Vol.52 No.7 2024年4月1日Power System Protection and Control Apr. 1, 2024 DOI: 10.19783/ki.pspc.230934基于主从博弈的虚拟电厂参与多元竞争市场投标策略研究彭超逸1，徐苏越2，顾慧杰1，周华锋1，胡 荣1，聂涌泉1，孙海顺2，陈文哲2(1.中国南方电网电力调度控制中心，广东 广州 510530；2.强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院)，湖北 武汉 430074)摘要：虚拟电厂(virtual power plant, VPP)可以聚合多元异构分布式能源(distributed energy resource, DER)灵活参与电力市场，但受市场多元主体投标行为不确定性的影响，VPP在日前电力市场面临着潜在的投标需求流标风险。

为解决多元竞争电力市场中电价电量不确定性影响下VPP的优化申报问题，提出一种VPP灵活分段投标策略。

首先，基于分布式能源运行特性构建了虚拟电厂聚合可调节能力评估方法，在考虑电力平衡需求的基础上，提出按可调节能力划分区间的VPP灵活分段投标策略。

然后，构建了虚拟电厂参与日前电力现货市场投标的主从博弈模型，以实现VPP收益及社会效益的最大化。

最后，采用强对偶理论和大M法将该均衡约束规划问题(equilibrium problems with equilibrium constraints, EPEC)转化为混合整数线性规划问题(mixed integer linear program, MILP)求解。

算例结果表明，VPP采用灵活分段投标策略参与日前电力市场，可以充分利用其可调节能力，保障其投标需求有效中标，有效提升了VPP收益及社会效益。

关键词：虚拟电厂；聚合算法；投标策略；主从博弈Bidding strategy for a virtual power plant participating in a multiple competitivemarket based on the Stackelberg gamePENG Chaoyi1, XU Suyue2, GU Huijie1, ZHOU Huafeng1, HU Rong1, NIE Yongquan1, SUN Haishun2, CHEN Wenzhe2(1. China Southern Power Grid Dispatching & Control Center, Guangzhou 510530, China; 2. State Key Laboratory of AdvancedElectromagnetic Engineering and Technology (School of Electrical and Electronic Engineering,Huazhong University of Science and Technology), Wuhan 430074, China)Abstract: Virtual power plants (VPP) can aggregate multiple heterogeneous distributed energy resources (DER) to flexibly participate in the energy market. However, because of the uncertainty of bidding strategies of market participants, VPPs face potential risks of bidding failure in the day-ahead energy market. To solve the problem of VPPs’ optimal bidding strategy given the uncertainty of electricity price and quantity in the multiple competitive electricity market, a VPP flexible segmented bidding strategy is proposed. First, VPPs’ aggregated regulation capacity estimation method is constructed based on the operational characteristics of DERs, and a flexible segmented bidding quantity range of VPP is proposed considering power balance demand. Then, a VPPs’ day ahead energy market bidding model based on the Stackelberg game is established to realize the maximization of VPP profit and social welfare. Finaly, strong duality theory and the ‘big-M’ method are introduced to transfer the equilibrium problems with equilibrium constraints (EPEC) into a mixed integer linear program (MILP). The results of case studies indicate that the adoption of the flexible segmented bidding strategy in the day ahead electricity market can fully exploit VPP regulation capacity, ensure the effective bidding of electricity quantity demand, and increase VPP profit and social benefit.This work is supported by the Science and Technology Project of China Southern Power Grid Co., Ltd. (No.000000KK52200035).Key words: virtual power plant (VPP); aggregation algorithm; bidding strategy; Stackelberg game0 引言随着“双碳”目标的提出和我国电力市场建设基金项目：中国南方电网有限责任公司科技项目资助(000000KK52200035) 的不断推进[1-2]，大力发展面向高比例新能源的电力市场已成为我国能源转型的必然要求。

面向新型电力系统的虚拟电厂商业模式与关键技术一、概述随着全球能源结构的转型和电力市场的深化改革，新型电力系统正逐渐成为能源领域的重要发展方向。

新型电力系统以清洁、低碳、高效、安全为主要特征，致力于实现能源的可持续利用和电力市场的优化运营。

在这一背景下，虚拟电厂作为新型电力系统的关键组成部分，其商业模式与关键技术的发展显得尤为重要。

虚拟电厂是一种通过先进的信息通信技术和智能控制技术，将分散的、不同类型的电源和负荷资源进行聚合、优化和协调控制的电力管理系统。

通过虚拟电厂的运营，可以实现资源的优化配置、提高电力系统的灵活性和可靠性，降低电力市场的运营成本，促进可再生能源的消纳和利用。

在商业模式方面，虚拟电厂具有多种创新模式。

它可以作为独立的运营商，在电力市场中提供灵活的能源管理服务，满足用户多样化的用电需求另一方面，虚拟电厂也可以与电力用户、能源设备制造商等合作，共同构建能源互联网生态圈，实现资源的共享和互利共赢。

关键技术方面，虚拟电厂的发展离不开先进的通信技术、大数据分析技术、人工智能技术等的支撑。

这些技术可以帮助虚拟电厂实现高效的信息收集、处理和分析，优化资源配置和运营策略，提高电力系统的智能化水平。

随着技术的不断进步和创新，虚拟电厂在商业模式和运营模式上也将不断拓展和创新，为新型电力系统的发展注入新的活力。

面向新型电力系统的虚拟电厂商业模式与关键技术是当前能源领域研究的热点和难点。

通过深入研究和探索，可以推动虚拟电厂的快速发展，为新型电力系统的建设和运营提供有力支持。

1. 新型电力系统的发展趋势与挑战随着全球能源结构的转型和电力需求的持续增长，新型电力系统的发展已成为必然趋势。

新型电力系统以其独特的技术优势，正逐步改变传统的能源供应和消费模式，为社会的可持续发展提供了强大的动力。

在发展的新型电力系统也面临着诸多挑战，需要不断克服和解决。

从发展趋势来看，新型电力系统正朝着更加高效、智能、绿色和可靠的方向发展。

随着我国能源结构的不断优化和新型电力系统的逐步构建，虚拟电厂作为一种新型的电力系统运行模式，已经在实践中取得了显著的成效。

以下是对虚拟电厂实践的一次总结，旨在梳理经验、发现问题，为未来虚拟电厂的发展提供参考。

一、虚拟电厂实践概述虚拟电厂是一种通过先进的信息通信技术和软件系统，实现分布式能源资源（DER）的聚合和协调优化，以参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。

其主要功能包括：1. 聚合分布式能源资源，提高能源利用效率；2. 参与电力市场，提供辅助服务，增强电网稳定性；3. 响应市场需求，降低用户用电成本；4. 促进可再生能源消纳，助力实现碳达峰、碳中和目标。

二、虚拟电厂实践成果1. 提高了可再生能源消纳能力。

虚拟电厂通过聚合分布式能源资源，实现了可再生能源的规模化利用，提高了电网对可再生能源的消纳能力。

2. 增强了电网稳定性。

虚拟电厂通过实时监测、协调控制，有效应对了电网波动，提高了电网的稳定性。

3. 降低了用户用电成本。

虚拟电厂通过参与电力市场，实现了用户用电成本的优化，降低了用户用电负担。

4. 推动了能源行业转型升级。

虚拟电厂的发展，促进了能源行业的技术创新、产业升级和商业模式创新。

三、虚拟电厂实践经验1. 政策支持：政府出台了一系列政策，为虚拟电厂的发展提供了良好的政策环境。

2. 技术创新：虚拟电厂的发展离不开信息通信、大数据、人工智能等技术的支持，技术创新是虚拟电厂实践的关键。

3. 市场机制：完善的市场机制是虚拟电厂发展的保障，包括电力市场、辅助服务市场等。

4. 人才培养：加强虚拟电厂相关人才的培养，为虚拟电厂的可持续发展提供人才支撑。

四、虚拟电厂实践问题1. 市场机制不完善。

目前，我国虚拟电厂参与电力市场的机制尚不完善，市场主体尚需培育。

2. 技术标准不统一。

虚拟电厂涉及多个领域，技术标准不统一，影响了虚拟电厂的推广应用。

3. 人才培养不足。

虚拟电厂相关人才的培养滞后，制约了虚拟电厂的发展。