随着近年稳定的火电等优质发电资源的发电占比下降、发电功率及电能质量具有波动性的新能源发电占比提升，我国电网出现调控能力下降的问题，亟需调峰调频等灵活资源以保证电力系统的安全稳定运行。

对分布式能源、各类可中断（如充换电站）、可调负荷资源（如楼宇空调系统）等可调节的资源的调控需求，催生了具备分布式资源聚合调控能力的虚拟电厂。

虚拟电厂收益模式：可参与多品类全周期的电能交易，我国现行机制下主要是电网辅助服务、需求响应市场。

电网调峰辅助服务市场：目前我国华北、华中、上海、山东、浙江、甘肃等地区已有相关政策文件，对虚拟电厂参与调峰市场的准入条件（可调容量、信息采集能力、持续响应时间等）、报价与出清（包括日前、日内市场，部分地区涵盖中长期、实时市场）、结算方式（华北、浙江市场考核偏差电量）等做出了规定。

电网调频辅助服务市场：目前浙江、江苏两个地区明确虚拟电厂可分别作为第三方独立主体、综合能源服务商的身份参与电网调频辅助服务市场，并获得收益。浙江地区可参与一次调频&二次调频；江苏地区可参与一次调频。

需求响应市场：从用户的需求侧引导调节电力负荷、促进新能源消纳。根据2023年5月国家发改委发布《电力需求侧管理办法（征求意见稿）》，到2025年各省需求响应能力达到最大用电负荷的3%-5%，其中年度最大用电负荷峰谷差率超过40%的省份达到5%或以上。据国家电网测算，通过虚拟电厂满足5%的峰值负荷，在建设、运营、激励等环节的投资需求约500-600亿元。

横向对比海外虚拟电厂，目前国内虚拟电厂的交易规则相对缺乏多样性，且针对性不足，未来可期待电力市场交易机制进一步多样化、市场化，带动国内虚拟电厂收益能力的进一步提升。

德国、美国等地的虚拟电厂可参与电能量、辅助服务、容量等多个市场，更健全的市场交易机制构建了海外更为完备的虚拟电厂商业模式和市场生态链。其中：德国虚拟电厂交易机制更多为促进新能源机组（尤其是100KW以上的分布式机组）的消纳。《可再生能源法》明确规定所有100KW+可再生能源发电项目必须参与电力市场交易销售，分布式可再生能源项目倾向于选择交由虚拟电厂运营。

美国鼓励虚拟电厂等灵活性资源参与电网调度，从而提高综合能源利用效率。美国虚拟电厂商业模式主要是作为需求相应资源，通过社区、工商业区等形式实现用户侧光伏、储能设施、电动汽车等能源汇集，为电网提供服务。

市场参与主体：国内以电网、发电集团为主导，海外市场已涌现出形成规模的独立第三方运营商。

在政策法规、市场机制、技术手段等方面普遍相对更完善的背景下，海外虚拟电厂运营主体更加多元化、市场化。当前海外虚拟电厂的市场参与主体主要包括：

1）虚拟电厂平台建设方：独立第三方运营商、电网公司、大型电力公司等；

2）虚拟电厂参与方：包括大型电力公司（具备发电、负荷资源）、装备制造商（具备分布式能源资源）、社区用户等。

目前海外虚拟电厂已涌现成规模的独立第三方运营商，最具代表性的分别是德国的Next Kraftwerke、美国特斯拉的Autobidder。

德国-Next Kraftwerke：公司并网发电装机容量从2018年的4600MW增加至2022年4月的万兆瓦，目前在德国、比利时、奥地利、法国、波兰、荷兰、瑞士、意大利运营13000多个分布式能源单元，运用的电力设备涵盖生物质、风电、太阳能、电池储能、电动汽车等。

美国-特斯拉智慧能源平台Autobidder：2017年推出的智慧能源管理平台，旨在实现“车+桩+光+储+荷+智”生态系统整合，当前涵盖功能包括电力交易的数字化软件、分布式能源交易管理系统、虚拟电厂交易和控制平台，开源复杂算法库等。

相较之下，现阶段国内虚拟电厂市场建设仍处初期探索阶段，形成区域级规模的市场参与主体主要为电网公司主导的示范项目。目前国网、南网均有电网公司主导的虚拟电厂示范工程，形成了一定规模的的区域性虚拟电厂交易平台。

南网区域：2023年7月，南方电网公司分布式源荷聚合服务平台在广东广州、广东深圳、广西柳州三地同步开展虚拟电厂多功能联合调控，在多省区同步实现了调频、直控等快速响应。目前该平台已聚合广东、广西区域内新型储能、电动汽车充换电设施、分布式光伏、非生产性空调、风光储充微电网等各类分布式资源，聚合分布式资源规模10751MW，其中可调节能力1532MW。

国网区域：当前国网体系下多个市场主体均已开启虚拟电厂应用（包括省级电网公司、国网子公司等），如华北电网开展了虚拟电厂参与辅助服务市场交易、国家电网浙江综合能源公司智慧虚拟电厂平台、国网冀北公司建设的泛在电力物联网虚拟电厂示范工程等。如23年8月，国网信通产业集团信通研究院联合高邮市政府、国网扬州供电公司、国电投中能合纵公司共同策划和参与的江苏“绿心”高邮县域城市虚拟电厂正式投运，截至23年8月，高邮市一期“绿心”虚拟电厂已初步接入11家工商业用户，负荷总计356MW，其中楼宇负荷41MW、工业负荷280MW、电动汽车充电桩3.3MW。4

关键技术：完成各类资源的“聚合”和“解聚”，作为统调并网对象参与电力市场交易。

虚拟电厂系统主要分为三层逻辑结构：站控层、过程层和资源层，由下往上看：

1）资源层：可调节资源；

2）过程层：各类智能终端（包括协议转换接口、微型纵向加密及通信模块）；

3）站控层：即虚拟电厂系统管理平台。

虚拟电厂参与需求侧响应、辅助服务市场等电力市场交易，应用功能的实现需要各个逻辑层级纵向协调配合。

上行-聚合分布式资源、对用户资源的功率及可调节能力进行预测并上报至电力调控中心，考验虚拟电厂对个用户资源的功率预测能力。

涉及技术包括机器学习和改进算法等，对电厂运行情况、 天气数据、市场价格信号、电网数据等进行预测，从而实现更准确的电力市场预测，帮助发电机组和工业用户更灵活、更快地响应价格变化。

下行-解聚分布式资源，分配调节功率需求并完成对用户资源设备的控制，考验虚拟电厂尽可能减少通信延时的能力，进而提高系统负荷控制和响应能力。

虚拟电厂系统站控层接收电力调控中心下发计划及需求后，若能缩短从站控层指令下发到数据返回测试时间，更快速地执行优化计算及指令分解，可实现更快速的负荷控制、提高虚拟电厂的调频性能。