随着新型电力系统建设的快速推进，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，传统“源随荷动”的电网运行调节方式发生转变，系统灵活性调节资源容量严重不足，各地迎峰度夏电力保供面临极大挑战。据国家能源局预测，今年度夏期间，全国用电负荷最高负荷预计同比增长超过1亿千瓦。“双碳”目标下，传统调节容量不足，如何挖掘新的灵活性调节资源、丰富电网调节手段成为当下研究的重点。
虚拟电厂成为电力系统调节的“生力军”
2023年9月，国家发展改革委等部门印发《电力负荷管理办法(2023年版)》和《电力需求侧管理办法(2023年版)》，提出建立和完善需求侧资源与电力运行调节的衔接机制，逐步将需求侧资源以虚拟电厂等方式纳入电力平衡，提高电力系统的灵活性。
当前，需求侧可调节负荷、电动汽车、储能等调节资源未被充分利用，可调节潜力巨大，但需求侧各类资源具有点多面广、单体容量小、电压等级低、特性差异大等特征，亟须发挥虚拟电厂在市场环境下对各类小微资源组织协调的主动性，将数量多、分布广、单体规模小的需求侧资源“化零为整、聚沙成塔”，通过聚合方式，参与现货市场、辅助服务市场和市场化需求响应等，在电力供需平衡中实现高效率、规模化的调节，提升电力系统安全裕度，丰富电力安全保供手段。
把握好虚拟电厂的角色定位和概念内涵
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。虚拟电厂是新型电力系统的重要组成部分，通过与电网友好交互发挥作用、产生价值，在服务电力保供、提升新能源消纳水平、丰富电力市场经营主体，以及优化全社会生产生活用能方式等方面发挥重要作用。
虚拟电厂具备四个核心特征。一是广域聚合，从对象维度强调需求侧分散灵活资源的跨空间广域聚合能力。二是可调可控，从能力维度强调通过资源协调优化，形成具有可调控外特性的集成系统。三是边界清晰，从管理维度强调电网调控边界，比如山西的虚拟电厂参与不了山东的调度，同时强调容量规模边界，聚合规模太小没有规模效应。四是共赢互动，从运营维度强调各方参与，保障虚拟电厂未来可持续发展。
虚拟电厂是需求侧资源的一种组织方式，不同于常规电厂。一方面，虚拟电厂与调度机构直接调度控制的电源互为补充，对于被纳入调度调管范围的各类发电资源(如小水电、自备电厂)，已有完善的控制和管理机制，其调节由调度直接控制实施，不应再纳入虚拟电厂由运营商进行调节，否则会造成调节效果下降和交叉控制，削弱电网整体调节能力。另一方面，虚拟电厂是对分散在不同地理位置和电网接入点的已建成的用户侧储能、可调节负荷等资源进行聚合，对现有“在网”资源优化调控，其发展由市场决定，盈利空间大时，项目主体多，盈利空间小时，项目主体少，不存在传统实体电厂建设的规划环节，无须重复“并网”，只需要根据相关政策要求接入新型电力负荷管理系统。
虚拟电厂建设应用需要系统性的技术支撑体系
总体来看，虚拟电厂关键技术主要包括三类：聚合技术、调控技术和运营技术。
聚合技术是通过动态聚合灵活资源，形成统一外特性及可量化的调节能力，是虚拟电厂调控与运营的基础。比较关键的内容包括融合“物理—市场—信息”的可调节资源动态聚合技术，强调分层分区的动态聚合过程，还有关于聚合外特性模型构建及调节潜力的量化评估、可信评估。聚合技术还面临较多挑战，比如如何提升动态聚合的可靠性和有效性，适应电网复杂调控场景等要求;如何提高外特性模型的准确性和适应性，持续跟踪匹配分布式资源技术形态的快速变化;如何利用大量多源快变数据实现调节潜力的动态评估等。
调控技术是考虑资源时空互补特性，开展资源的优化控制及协同，从而为精准响应电网运行提供支撑。由于虚拟电厂是分层分区的聚合过程，因此适合采用“云—边—端”协同的调控架构。另外，因为聚合的是大量离散分布的资源集群，通过自适应分布式控制技术，实现自主响应、就地控制与协同运行。调控技术也面临着许多挑战，比如如何进行云边端各层级任务快速分配与决策;如何构建低成本、高适用的虚拟电厂边缘设备与终端;如何实现实时性调节需求下的就地控制与精确跟踪等。
运营技术是面向多类型市场及多品种交易目标，形成具体的交易策略，实现虚拟电厂的经济低碳运营。比较核心的包括市场预测和成本收益模型构建，以及多元市场环境下的交易决策，比如最优投标策略、定价策略等。运营技术同样面临着一系列挑战，比如如何提高预测和决策准确性，应对市场波动和不确定性;如何基于市场信号更好引导用户参与电网互动;如何建立科学合理的价值量化评估体系等。
推动虚拟电厂规范化、常态化、规模化、市场化发展
虚拟电厂规范化是前提，市场化是手段，规模化、常态化是目标，推动虚拟电厂高质量发展需出实招。
加强顶层设计。由政府主管部门出台虚拟电厂建设运营指导意见等政策，完善运行机制，从国家层面推进虚拟电厂的规范化、规模化、市场化、常态化发展。
加快标准研制。加快推动资源感知、系统交互、网络安全防护、入网测试等技术标准体系建设，推进虚拟电厂规范化发展。
完善市场机制。推动完善省级现货市场规则，逐步完善虚拟电厂资源参与各类市场的运作机制，设计保障各方利益的盈利模式，引导虚拟电厂运营商为用户提供标准化服务。
加强技术支撑。加强对虚拟电厂调节容量可信度评估、电网安全稳定运行影响评估、需求侧电力电量分析预测等关键技术研究，鼓励试点应用创新，探索差异化技术路线和商业模式。
强化宣传引导。面向各类资源主体宣传虚拟电厂的作用意义、实施流程等，形成行业共识，主动引导虚拟电厂相关舆论方向，推动构建虚拟电厂健康可持续发展的良好生态。
(作者单位：中国电力科学研究院)
