虚拟电厂能够聚合分布式发电、储能、可控负荷资源，利用通信技术和软件算法优化电力调度，参与需求侧响应或电力交易从而最大化收益，较其他形式的电厂具有成本低、效率高的优势，投入成本约为火电厂的 1/8，是全球智能电网发展的重要技术之一。
据相关数据，预计每年广东省内虚拟电厂的收益空间约为83亿元，对应预计全国虚拟电厂收益空间约为870亿元。
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虚拟电厂的概念
目前虚拟电厂被广泛的认为是一种利用软件系统和信息通信技术，将分布式发电、需求侧和储能资源聚合并统一协调控制，从而参与电力市场和电网辅助服务并获取收益的物联网技术。
虚拟电厂运作模式示意图
我国虚拟电厂市场
我国虚拟电厂目前处于从零到一的起步阶段，参与者通过参与电网公司邀约，获取相应响应补贴。随着电力交易市场化的推进，我国虚拟电厂将向以现货交易为主要获益方式的交易型虚拟电厂转变。
从各省电力现货交易试点情况和缺电情况来看，预计广东、浙江、江苏有望最先发展虚拟电厂；虚拟电厂项目也将从以聚合可控负荷为主，逐渐向聚合多种分布式发电、储能资源的综合型项目发展。
以广东电力现货交易和需求侧响应的情况为参考，我们测算，需求响应退补后，预计每年广东省内虚拟电厂的收益空间约为83亿元，对应预计全国虚拟电厂收益空间约为870亿元。
我国涉及虚拟电厂业务的企业包括：
1）虚拟电厂聚合商，相关标的：恒实科技；
2）虚拟电厂软件平台服务商，相关标的：国能日新、国电南瑞、国网信通、东方电子、远光软件、朗新科技。
产业链
虚拟电厂的产业链由上游基础资源、中游系统平台和下游电力需求方共同构成。
分布式电源、储能、可控负荷的发展共同构成了虚拟电厂上游的基础资源，重点应用于包括工业、建筑和居民领域。在实践中各类资源混合杂糅，发展出微网、局域能源互联网等形态，作为虚拟电厂的次级控制单元。
中游资源聚合商主要依靠物联网、大数据等技术，整合、优化、调度、决策来自各层面的数据信息，实现虚拟电厂核心功能——协调控制，是虚拟电厂产业链的关键环节。
产业链下游为公共事业企业（电网公司）、能源零售商（售电公司）及一切参与电力市场化交易的主体，实现电力交易、调峰调频和需求侧响应的参与并获取收益。
虚拟电厂产业链结构
虚拟电厂的技术
各国开发的虚拟电厂各有特色，但总结各国虚拟电厂项目的运作模式和架构后，可以发现，各国虚拟电厂所运用的核心技术具有很强的相似性。
计量、通信、智能调度决策算法以及信息安全防护技术是虚拟电厂的技术支撑：
1）计量技术：精确地计量用户侧电、热、气、水等耗量，建立精准的能源网络供需平衡，为虚拟电厂的调度、生产提供依据；
2）通信技术：控制中心接收各子系统的状态信息、电力市场信息、用户侧信息等，并根据这些信息进行决策、调度、优化；目前可利用包括互联网、虚拟专用网、电力线路载波、无线通信等技术，在此基础上还需要开发虚拟电厂专用的通信协议和通用平台；
3）智能调度决策技术：各子系统的统筹优化调度是虚拟电厂实现分布式能源的消纳及保障电网安全、高效、稳定运行的关键；
控制中心需要收集、处理的信息包括：用户的需求信息、各子系统运行信息、电网调度信息、电力市场价格信息以及影响分布式电厂的天气、风能、太阳能等信息；
根据收集的信息，控制中心需要建立完善的数学模型及优化算法；
4）信息安全防护技术：虚拟电厂与各个分布式能源站的工业控制系统、面向用户的用电信息系统、公开的市场营销信息系统、电网的调度信息系统都存在接口，需要做好系统安全防护、强化边界防护、提高内部安全防护能力，保证信息系统安全；
在当前针对工业控制系统的安全防护技术和面向用户的用电信息系统防护技术基础上，发展与虚拟电厂相适应的大型综合用电信息系统安全技术也是未来虚拟电厂发展的关键。
虚拟电厂关键技术和研发探索
虚拟电厂的分类
虚拟电厂主要分为三大类：负荷型虚拟电厂、电源侧虚拟电厂和源网荷储一体化虚拟电厂。
（1）负荷型：虚拟电厂运营商聚合其绑定的具备负荷调节能力的市场化电力用户（包括电动车、可调节负荷、可中断负荷等）作为一个整体（呈现为负荷状态）组建成虚拟电厂，对外提供负荷侧灵活响应。
（2）电源侧虚拟电厂：顾名思义，在分布式电源发电侧建立虚拟电厂。
（3）源网荷储一体化虚拟电厂：集合发电电源和负荷用电用户，作为集中式电厂，作为独立市场主体参与电力市场，原则上不占用系统调峰能力。当前我国虚拟电厂试点的多为负荷型虚拟电厂，冀北试点的虚拟电厂为国内鲜有的源网荷储一体化虚拟电厂试点。
虚拟电厂交易机制
虚拟电厂的作用
削峰填谷、减轻日益增加的电网负荷
（1）电网侧：为电网提供削峰填谷、减轻电网负荷。
碳中和的大背景下，随着风电和光伏的大量接入、电力电子装备增加、对电力系统的平衡调节造成了巨大压力，将需求侧分散资源聚沙成塔，发展虚拟电厂，与电网进行灵活、精准、智能化互动响应，有助于平抑电网峰谷差，提升电网安全保障水平。
（2）用户侧：降低用户侧用能成本。从江苏等地试点看，参与虚拟电厂后用户用能效率大幅提升，在降低电费的同时，还可以获取需求响应收益。
如江苏南京试点项目平均提升用户能效20%；无锡试点项目提高园区整体综合能源利用率约3个百分点，降低用能成本2%，年收益约300万元。
（3）发电侧：促进新能源消纳。部分时段部分地区的弃风弃光现象仍比较严重，发展虚拟电厂，将大大提升系统调节能力，降低“三弃”电量。
虚拟电厂调度优化机制
虚拟电厂的经济性
虚拟电厂是解决电网负荷的最具经济性选项之一
根据国家电网的测算，通过火电厂实现电力系统削峰填谷，满足5%的峰值负荷需要投资4000亿，而通过虚拟电厂仅需投资500-600亿元，虚拟电厂的成本仅为火电厂的1/8-1/7。
火电厂与虚拟电厂投资对比图
在电力市场运营方面，参与的市场交易类型与火电厂相同，在资源分布特点与促进分布式能源并网消纳方面，与微电网相似，但在环境保护、系统结构、功能特点等方式具有根本区别。
虚拟电厂与火电厂、微电网相比，是一种通过市场机制聚集分布式发电、柔性负荷、储能等分布式能源参与电力市场运行的运营机制，提升虚拟电厂及参与虚拟电厂各成员的整体收益，提高可再生能源的市场参与积极性与系统运行友好型，促进电力系统实现低碳、高效的多赢市场化运营。参与虚拟电厂的各成员灵活性、参与性强。
具体来看，虚拟电厂相比火电厂与微电网，在低碳运行、物理结构以及控制模式3个方面存在差异。
以案例解读虚拟电厂的通用架构
FENIX项目在探索适合欧洲电力系统的虚拟电厂这一目标上实现了重大突破，因此我们以FENIX项目为例，解读虚拟电厂的通用架构。
FENIX将分布式能源（DER）整合入大型虚拟电厂（LSVPP），并对其进行分级管理，由代理系统提供分布式能源的成本曲线和其他运行特性（发电和负荷容量、爬坡率、启停时间等），并形成竞标曲线，进一步发送至电力交易系统并参与市场交易。
FENIX包括3个核心元素：FENIX盒（FENIXbox）、商业型虚拟电厂（CVPP）以及技术性虚拟电厂（TVPP）。
➢FENIXbox：与DER控制系统相连接，以实现远程监测和控制；
➢TVPP：在配电管理系统（DMS）中运行，主要功能包括实施发电调度、管理DER，并控制电压和缓解电网阻塞。
TVPP主要为所在地区的配电网运营商（DSO）和输电网运营商（TSO）提供平衡服务和其他配套服务，其功能包括为VPP运营者提供可视化的DER信息，优化DER运行，并根据当地电网的运行约束提供配套服务。
➢CVPP：负责DER的调度和能源优化，提供的服务包括在电力批发市场中进行交易，平衡交易组合，以及通过提交出价和要价，为TSO提供辅助服务，其功能包括对用户需求和发电潜力进行预测，以优化和调度用电量。
FENIX是全球首个集成了技术目标和市场目标的虚拟电厂项目，开发了可扩展和分层流动的信息和通信架构，提供了成本收益分析，量化了VPP的经济效益，证明了欧洲应用VPP的可行性，为完善现行的大型虚拟电厂提供了宝贵的经验。
FENIX项目虚拟电厂结构
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