虚拟电厂如何解决调频难题？深圳的答案是5G网络切片

虚拟电厂可以实时调度分布式资源，但参与电网调频一直都是技术上的难点，近期深圳虚拟电厂管理中心通过5G专用切片技术突破了这一技术瓶颈，这是国内首次验证虚拟电厂调频技术。

这意味着虚拟电厂在支撑电网调节方面的能力大大提升。这也为日后虚拟电厂参与辅助市场服务获取更多收入奠定了技术基础。

01 实现调峰调频，虚拟电厂变“实体电厂”

5月19日至30日，深圳供电局联合南网科研院运用5G专用切片技术，在国内首次验证了虚拟电厂调频技术。此次技术验证以蔚来换电站作为试点，10秒内完成调频，调频功率达到200千瓦。

这标志着深圳虚拟电厂基本具备了实体电厂功能，将有助于提升深圳供电可靠性、稳定性以及新能源消纳能力。

调频技术时延要求很高，需要达到秒级的响应速度。调频的时延要求是虚拟电厂所有响应控制中要求最高的。例如虚拟电厂参与大电网调频时要求传输时延小于100 ms甚至是50ms以内。突破调频的挑战，一直是虚拟电厂产业界所期盼的事情。

图片来源：CNKI

为了满足虚拟电厂参与电网调频时的通信时延要求。集中式的新能源电站和储能电站一般通过光纤直连的方式实现精准时延控制，400 V 以下电压等级的户用能源及电动汽车还需要通过5G网络连接。

此次，深圳供电局运用了5G专用切片技术，相当于在虚拟电厂参与调频时，开辟了一条信息传输的专用通道，可以满足调频所需的响应要求。

据深圳虚拟电厂管理中心总经理程韧俐介绍，深圳虚拟电厂已启动常态化削峰填谷工作，此次针对深圳整体尖峰负荷、变压器过载、配网馈线过载等场景开展负荷调控过程中，吸引到特来电、泛美能源、小桔能源等13家负荷侧用户自动降低其充电桩、建筑楼宇等用电负荷，*有效调节电力约5.6万千瓦，累计调节电量5.8万千瓦时。

02 高灵活性、低成本是虚拟电厂参与电网调度的优势

图片来源：CNKI

虚拟电厂是通过数字技术对各类分布式电源、分布式储能系统、工商业可控负荷、电动汽车等分布式能源资源进行聚合协同，作为一个“虚拟化”的、无实体的电厂参与电力系统运行和电力市场交易。

随着新能源接入电网比例越来越高，电网频率和电压的波动加剧，电力系统稳定性受到的挑战越来越大。传统的火力发电机组越来越难以针对电网的瞬时变化进行实时响应，且响应成本也非常高昂。

相较于火电、抽水蓄能、新型储能等其他灵活性调节资源，虚拟电厂可以对范围内的可调节资源进行自由组合，调节容量可大可小，响应速度甚至更快。而且虚拟电厂的调节可以更贴近用电负荷的变化曲线，更快实现电力供应的供需平衡。

调节成本低是虚拟电厂的另一个重要优势。根据国家电网测算，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，在建设、运营、激励等环节的总投资成本仅为400-570亿元，成本仅为火电调节的1/7至1/10。

因此，虚拟电厂作为新型电力系统中重要的调节方式，凭借其灵活性、经济性正在得到产业界越来越多的关注。

作为国内首家虚拟电厂管理中心，深圳虚拟电厂一直积极探索虚拟电厂的发展模式，包括多种资源接入、增强电网互动能力、完善商业模式等措施。

深圳供电局研究团队曾在分享深圳虚拟电厂建设经验时表示，以新能源汽车为代表具有可调度潜力新增大容量负荷的快速发展，在给电网平稳运行带来挑战的同时，也为虚拟电厂这类综合能源技术的发展提供了土壤。

2022年12月，深圳虚拟电厂管理中心与36家虚拟电厂聚合商企业签约，其中就包括南网电动、特来电、星星充电、普天新能源、奥特迅、小桔新能源和蔚蓝快充、小蓝快充等充电企业。

据了解，港华能源也在积极响应深圳市加快虚拟电厂建设的要求，在宝安区佳利工业园附近布局建设沙井充电站。沙井充电站总装机规模8MW，可调节负荷约400千瓦。

据港华智慧能源副总裁胡武华博士介绍，沙井充电站作为新建充电基础设施，依托港华智慧能源生态平台“碳汭星云TeraPlanet”及其所提供的虚拟电厂服务，可实现有序充电能力，提高电网对新能源的消纳能力。

沙井充电站将在今年6月通过港华虚拟电厂平台参与深圳虚拟电厂的需求响应调度，并参与辅助服务市场中的调峰服务。此举一方面可以充分利用深圳分布式资源的调节潜力，帮助电网削峰填谷，另一方面也可获得充电服务之外的补贴收入。

03 除了调频、调峰，虚拟电厂运行需要数字化、智能化技术支撑

虚拟电厂的运行也并非易事，除了调频、调峰，还有一些其他技术问题需要解决。

整体上来看，运营虚拟电厂需要具备智能化的预测能力，虚拟电厂需要对电网的需求有一个很好的感知能力。

具体从预测范围来看，虚拟电厂需要综合电价预测、负荷预测、储能运行状态预测、分布式光伏发电功率预测等多个维度。从预测时间尺度的角度来看，虚拟电厂既需要日前、日内和实时在内的短期预测甚至是超短期的预测能力，还要具备中长期预测能力。

除此之外，电价等边界条件会对虚拟电厂调度结果产生重要影响，因此虚拟电厂还需要考虑收益*化等目标，运用多种智能算法对多个运行调度场景的结果进行预测。

除去对电力市场的预测技术之外，虚拟电厂的聚合管理能力也十分关键。虚拟电厂在进行负荷调度平衡过程中，需要综合考虑不同负荷的用电特性、不同电池状态数据、不同储能的功率分配等多方面因素。

总体来说，异构资源状态感知与动态聚合、信息预测与容量估计、市场交易与优化决策、补偿结算与效益评估等多方面的数字化、智能化技术算法作为支撑。这也是接下来产业参与方需要解决的技术问题。

04 商业模式、政策机制仍待完善

一方面，运营好虚拟电厂需要调频调峰方面的电网技术、智能化预测等多种技术的支持。另一方面，虚拟电厂的良好运行更离不开商业模式的完善。

目前国内的虚拟电厂还没有完全实现电力现货交易，进入辅助服务市场获利也只是刚刚起步，主要收入仍然来自于用电高峰时期需求响应服务的补贴。

以深圳虚拟电厂为例，主要是通过三个来源获得激励：首先是广东省的市场化需求响应补贴，二是深圳市政府建立的本地补贴，对充电设施、园区智能化改造、虚拟电厂资源聚合平台建设提供财政补贴，三是通过南方区域两个细则规定的辅助服务的补贴。

据业内人士介绍，深圳虚拟电厂中的市场主体在广东电力市场里通常是赔钱的，但在深圳的市场里可以赚到钱。

从商业模式上来看，虚拟电厂可以通过参与电能量市场、需求响应、辅助服务、电力现货交易等途径来实现商业获利。

虚拟电厂参与需求响应的市场吸引力较大，原因在于参与需求响应获得的度电补贴额度很高。比如夏季用电高峰时期，在电网供需关系非常紧张的时候，用户每响应一度电，国内各省政策补贴价格基本在2-10块钱左右。这个价格基本上接近当地电网公司在用电高峰期从省间电力现货市场上购电的价格。

清能互联CTO 赖晓文表示聚合资源的虚拟电厂配合电网调度实现一次调频、二次调频、调峰在技术方面是非常有吸引力的。但是从电力市场交易情况来看，调频这部分的市场应用空间并不是很大。调频市场和备用市场虽然已有相应规则支撑，但在实际应用中只能算是刚刚起步。

赖晓文认为如果虚拟电厂能够用一种低成本投资的方式把用户侧的负荷快速地聚合起来参与辅助服务市场，将是一个很好的应用场景。

杭州数元电力科技有限公司董事长俞庆也曾表示，虚拟电厂真正的价值是在用户侧的调度平衡方面，能够充分发挥其成本的经济性优势。

俞庆表示虚拟电厂要想实现商业化，一方面取决于电力交易市场化的推进，让资源聚合起来之后可以到现货市场上实时交易获取利润。

更重要的是，虚拟电厂首先需要将用电消费者的用户侧资源管理好，帮助用电消费者们管理好他们的负荷，帮助用户建立数字化的能源管理系统。

用户侧的配电网就相当于整个电网中的毛细血管，园区配电系统、分布式光伏储能、充电桩等都属于这一层级。将毛细血管里的资源管理好是虚拟电厂走向商业化的前提。

用户端能源的数字化管理本质是一种服务。通过数字化的服务才能真正掌握各类用电负荷的实时状态，这将是虚拟电厂商业模式可持续发展的产业基础，也将是虚拟电厂从邀约制模式走向市场化自主交易模式的奠基石。

目前国内虚拟电厂参与电力市场交易主要通过单独设立的调峰市场，并未完全融入电力现货市场交易，价格出清等市场机制尚不成熟。国外虚拟电厂则是直接通过电力现货市场进行交易的。未来国内虚拟电厂参与电力市场交易的政策机制方面，值得参考借鉴国外的部分成熟经验。

南科大校长薛其坤曾在今年两会上建议，支持深圳试点依托虚拟电厂建立城市级电力批发市场、零售市场、分布式交易相融合的新型电力市场，进一步明确虚拟电厂在电力市场体系中的定位。

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