国际虚拟电厂市场机制典型经验分享

国际虚拟电厂市场机制

典型经验分享

1

S

T

N

E

T

N

O

C目1虚拟电厂的定义

录2美国加州虚拟电厂

3英国虚拟电厂

4德国虚拟电厂

5经验总结

2

虚拟电厂的定义

01

3

》》虚拟电厂定义

虚拟电厂核心概念虚拟电厂是一种电力能源新生态

虚拟电厂，是一种通过物联网技术和软件系统，实现分布式发电

1

、储能系统、可控负荷、电动汽车等资源的聚合和协调优化，作

为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。

核心要素：通信——实时数据交互与协调

2

聚合——整合分散资源形成统一可控单元

3关键技术：协调控制技术、智能计量技术以及、信息通信技术

4核心功能：参与电力市场交易、提供电网调峰、调频等管理服务

》》虚拟电厂定义

虚拟电厂组成部分

分布式能源资源能源管理系统（EMS）

涵盖光伏、风电、储能（锂电/液流电池等）

及小型燃气机组等资源。这些分布式资源基于数据分析与预测算法，实时监测资源

相对分散，广泛分布于屋顶、建筑周边、状态并优化调度，控制能源生产、转移与

风电场等区域。消耗，最大程度提高能源利用效率。

通信与智能控制系统负载侧管理技术

用于实现虚拟电厂内部各个组件之间的信息

负载侧管理技术：集成智能家居、充电桩

交换和协调，以及与外部电网和能源市场之

等设备，依据电价、负荷及可再生能源出

间的连接，根据EMS指令实时调整资源运行

力灵活调节用电模式，实现用户侧能源智

状态和输出功率，确保供需匹配与电网稳定

能消纳。

。

5

》》虚拟电厂定义

虚拟电厂资源大致分类

虚拟电厂赖以发展起来底层资源主要有三类：一是可调负荷，二是分布式电源，三是储能。这是三类基

础资源，在现实中，不同的资源类型往往也会聚合在一起，形成新层次的资源参与虚拟电厂。由于其聚合资源的

不同，又可分为同构虚拟电厂和异构虚拟电厂。

•可调负荷：工业（连续性工业和非连续性工业）；建筑包括公共、商业和居民等，建筑领

域中空调负荷最为重要；交通有岸电、公共交通和私家电动车等。

底层资源•分布式电源：指的是在用户现场或靠近用电现场配置较小的发电机组；

•储能：机械储能、电化学储能、电磁储能等。

同构虚拟电厂将同一种类型的分布式能源资源（如多个太阳能板）聚合在一起，以提供统一的电力服务。

将不同类型的分布式能源资源（如太阳能、储能、需求响应等）组合在一起，以提供多样化

异构虚拟电厂的电力服务的资源类型。

6

美国加州虚拟电厂

02

7

》》美国加州虚拟电厂

政策背景美国虚拟电厂业务起源于需求响应

允许非发电资源提供辅

能源效率和可再生能源办公助服务，拓宽能源市场

随着中央空调普及，夏季电

室发布需求响应报告。多元化路径。

力负荷急剧增加，需求响应

模式应运而生。

推动需求侧资源进入批发市

场，赋予负荷资源与传统资

《能源政策法案》要求能源《能源独立与安全法源同等竞价权，允许聚合商

部报告需求响应优势，并推案》进一步推进全国

代表零售客户参与市场。

动相关计划实施。需求响应行动计划。

8

》》美国加州虚拟电厂

政策背景美国虚拟电厂业务起源于需求响应

打破分布式能源资源（DERs）美国能源局指出，2030年虚拟电厂

规模增加到80-160GW，将提升电网

参与市场壁垒，支持聚合模式

承载能力，年削减100亿美元电网

《两党基础设施法》提供650,与传统资源公平竞争，助推

运营成本。

亿美元清洁能源投资，支持虚拟电厂发展。

虚拟电厂技术研发。

确立需求响应补偿机制，对《通胀削减法案》通过税收抵免与

平衡供需且具成本效益的资补贴，降低分布式能源部署成本，

源提供市场价格报酬。推动VPP关键资源的普及。

9

》》美国加州虚拟电厂

加州虚拟电厂发展历程

01020304

早期基础概念引入与试点市场机制完善与扩展未来布局

（2000年代）（2010-2022年）（2022-2024年）（2025年及以后）

2000-2001年加州电力加州通过可再生能源投资加州持续优化市场规则，加州计划进一步完善政

危机暴露电网脆弱性，组合标准（RPS）等政策推2023年CEC批准全州VPP策与技术，提高电网灵

引发对分布式能源和电动清洁能源发展。2015年计划，目标覆盖15%峰值负活性和VPP渗透率，助

网灵活性的关注。此后起，CAISO和CPUC陆续推荷。2024年CPUC出台新规力实现2045年100%零

,加州大力发展可再生出PDR和DERP机制，允许,缩短分布式资源并网时间碳电力目标，推动新型

能源，如太阳能和风能VPP资源参与电力市场。,降低VPP参与门槛。截至电力系统建设。

,为虚拟电厂（VPP）2021年，特斯拉与PG&E2024年，加州占全美

奠定基础。合作测试住宅储能VPP，探25%VPP项目，储能与电动

索VPP商业模式。汽车资源占比大幅提升。

10

》》美国加州虚拟电厂

加州虚拟电厂资源类型

FERC2222号法案推动了分布式能源资源（DER）进入电力市场。加州依托其丰富的分

布式能源资源，建立了代理需求响应资源（PDR）和分布式能源供应商（DERP）两大

市场机制，使虚拟电厂（VPP）通过这两种模式参与CAISO市场。

01PDR模式02DERP模式

需求响应资源可通过代理需求响应资储能和分布式电源可通过分布式能

源（PDR）模式参与CAISO电力市场源供应商（DERP）模式进入市场。

,PDR将需求响应资源聚合后参与批DERP对分布式资源的类型没有特殊

发市场，侧重经济性。要求，并且支持双向调节（即既可向

加州主要是PDR模式。市场提供电力，也可减少负荷），更

符合虚拟电厂的概念。

11

》》美国加州虚拟电厂

加州虚拟电厂准入条件

加州VPP聚合与准入条件如下：

PDR模式准入要求DERP模式准入要求

1.需在同一子负荷聚合点（Sub-LAP）内聚合，1.需通过调度协调机构（SC）投标。

以避免电网阻塞问题，不要求由同一本地服务2.需要在同一负荷聚合点内聚合。

机构提供。。3.聚合容量≥0.5MW，单个DER≤1MW，整

2.参与能量市场：最小聚合容量≥0.1MW。体不超过20MW。

3.参与辅助服务市场：最小聚合容量≥0.5MW。

12

》》美国加州虚拟电厂

参与市场

VPP参与现货市场

PDR模式：VPP通过负荷削减参与市场。

DERP模式：聚合多个分布式能源资源进入市场，需遵守分布式能源供应商协议并接受ISO定价。

VPP参与旋转备用市场

CAISO要求旋转备用资源与电网同步，并在10分钟内响应，需具备遥测功能，满足市场监控需求。

PDR模式：竞标容量≥500kW，持续时间≥30min。

DERP模式：聚合容量≥500kW，若跨多个P-Node，总容量≤20MW。

13

VPP参与非旋转备用市场

非旋转备用资源无需与系统同步，但须10分钟内响应，持续运行至少2小时，一般高于非旋转备用价格。

PDR方式：同旋转备用市场，需满足竞标容量和持续时间要求。

DERP方式：符合CAISO相关的分布式能源供应商协议和价格规定。

》》美国加州虚拟电厂

典型案例

特斯拉VPP在加州的实践：

010203

1.政策驱动2.参与方式3.具体成效

2017年GMP合作VPP：Powerwall

FERC2222号法案降低DER进入批PDR模式：用户Powerwall储能系

用户提供部分电力资源削峰填谷，55

发市场门槛，推动VPP发展。统在电网紧张时释放电力，减少负

美元/月×10年或一次性5500美元

可再生能源渗透率上升，电网波动荷，用户获得经济补偿。DERP模

购电池，降低电网压力，用户获经济

加剧，VPP成为灵活性资源。式：聚合Powerwall、Megapack

收益。2022年PG&E合作ELRP：

传统燃气电厂退役+电力危机频发、太阳能屋顶、电动汽车充电网络

Powerwall用户向电网供电，每释放

→CAISO引入PDR和DERP机制，,不仅削减负荷，还可向电网供电

1kWh获2美元补偿（高于住宅电价

支持VPP发展。,提升调节能力。

0.25美元/kWh），极端高温期间提

供20MW可调度容量，助力电网稳定14

英国虚拟电厂

03

15

》》英国虚拟电厂

政策出台情况

2035年：电力系统100%清洁能源，依靠储能提供调度支持。

《零碳战略》

（2021）2030年：海上风电装机40GW，提升可再生能源占比。

2045年：实现零碳电力，推动智能电网与需求响应。

促进本土能源生产与储能技术发展，提高电网灵活性。

《能源安全法案》

（2023）设立专项补贴，鼓励VPP、分布式储能、光伏、智能家居发展。

允许DER便捷参与批发电力市场，增强电力调度能力。

16

》》英国虚拟电厂

英国虚拟电厂发展历程

01020304

早期探索试点与市场构建商业化扩展未来发展

（2010-2018）（2018-2022）（2022-2024）（2025+）

英国推动可再生能源发展，2019年，英国启动VPP2022年，Ofgem发布《灵VPP深度融入电网，目

但储能与负荷管理不足，电试点，OVOEnergy和活市场规则》，允许VPP参标80GW规模，拓展氢

网稳定性问题突出。2017Centrica率先实践本地与电力市场。2023年设立能、EV等新技术。AI智

年，英国国家电网（NG能源聚合。2021年，政VPP专项基金，目标2025年能调度与V2G（车网互

ESO）启动EFR市场，鼓励府推出“智能系统与灵削峰能力达10GW。2024动）实现精准负荷管理

储能调节电网。2018年，活性计划”，促进VPP年，30%分布式储能纳入,优化电网运行。

Ofgem发布白皮书，提出进入电力市场，推动EVVPP，EDFEnergy、

需求响应、储能、VPP提与储能深度融合。OctopusEnergy等加速商

升电网灵活性。业化。

17

》》英国虚拟电厂

英国虚拟电厂资源类型

与美国加州类似，英国的虚拟电厂主要以负荷型虚拟电厂（Load-basedVPP）为主，同时也包含一定

比例的发电型虚拟电厂（Generation-basedVPP）。整体而言，英国的VPP发展更侧重于需求侧管理

、储能调度和电动汽车（EV）负荷灵活性，而非仅依靠分布式发电资源。

英国虚拟电厂管理模式

•管理架构：依托国家电网ESO和电力市场机制，VPP通过灵活性市场（FlexibilityMarkets）和需

求侧响应（DSR）促进DER参与市场。

•市场机制：由电力聚合商协调不同类型的分布式资源，提供灵活性服务并优化电网调度

•对比美国模式：英国VPP侧重灵活性服务市场，而美国加州采用PDR（代理需求响应）和DERP（分

布式能源供应商）模式，更注重供应侧资源整合。18

》》英国虚拟电厂

英国VPP的市场参与方式与准入条件

0102

1.参与方式2.准入条件

分布式能源聚合（DERAggregation）：VPP通分布式能源聚合（DERAggregation）：英国未

过聚合商（Aggregator）进入市场，可直接向设最低容量门槛，聚合商可整合储能、风电等资

国家电网ESO投标或通过调度协调机构（SC）代源，以“多节点单节”的形式进入市场，按技术

理参与，主要提供频率响应和平衡服务。类别（储能、负荷等）灵活准入。

需求响应（DSR）模式：VPP利用工商业负荷、需求响应（DSR）模式：强调标准化通信协议(

智能家电、电动汽车（EV）等资源进行负荷调控如PAS1878/1879），确保设备适配性和消费者

,通过Aggregator参与市场，实现削峰填谷、授权，无统一容量限制，依靠智能家电和负荷资

19

提高电网灵活性、支持可再生能源消纳。源的高效调度提升电网灵活性。

》》英国虚拟电厂

参与市场

1.能量市场（现货市场）2.辅助服务市场

•DER聚合模式：VPP聚合太阳能、风能、电•DER聚合模式：VPP通过聚合分布式能源

池储能等资源，以虚拟电厂形式提供电力资源，提供频率响应、平衡服务、备用服

或削减负荷，遵循市场规则并接受ESO调度务，增强电网稳定性。

管理。•DSR模式：通过动态负荷调节、负荷跟踪

•DSR模式：VPP通过调节负荷参与市场，削提供辅助服务，提高电网调节能力。

峰填谷，提高电网灵活性，支持可再生能源

消纳，涉及工商业负荷、住宅用户、电动

汽车（EV）、智能家电等资源。

20

》》英国虚拟电厂

参与市场

3.容量市场

•DER聚合模式：VPP通过聚合风能、太阳能、储能形成大规模容量资源，以整体投标方式进入市场

,提供可靠容量。

•DSR模式：VPP聚合工业负荷、电动汽车、智能家电参与容量拍卖，通过负荷削减确保电网稳定。

•多市场虚拟投标：在英国现有规则下，注册市场参与者可进行多市场虚拟投标，虚拟电厂（尤其含储

能）具有调节能力，能通过资源调度优化风险并修正市场偏差，减少惩罚。然而，这也带来监管挑战

,如多个市场的准入门槛难以平衡，容易引发市场操控问题。同时，不同市场之间需有效协调，防止

一个市场崩溃引发连锁反应。

21

》》英国虚拟电厂

典型案例Flexitricity虚拟电厂（分布式能源聚合模式应用）

1.政策驱动2.参与方式3.具体成效

•通过聚合分布式资源，Flexitricity在多个市场爱丁堡大学合作案例：2015年，

政府激励：Flexitricity受

中提供灵活的服务，主要包括容量市场、频率Flexitricity与爱丁堡大学合作，

益于英国政府对可再生

响应和电网负荷管理。为大学提供短期运营储备(

能源和灵活性服务的补

•市场参与方式：Flexitricity通过参与容量市场STOR）和Triads管理服务。通过

贴政策。这些政策支持

竞标、提供频率响应服务和其他辅助服务，在此合作，Flexitricity帮助大学在

可再生能源项目，促进

多个市场获得收入。三峰段期间获得超过5万英镑的

了分布式能源资源的整

•峰值负荷管理：通过灵活调度分布式资源，Triads账单返还。这一案例展示

合和虚拟电厂的运营发

Flexitricity响应电网需求高峰，并在三峰段(了虚拟电厂在分布式资源整合和

展。

Triads）期间优化用电计划，帮助用户降低电电网负荷管理方面的实际效益，

费，提升电网效率。同时也体现了政策支持和市场参

与的双重优势。

22

》》英国虚拟电厂

典型案例OctopusEnergy（DSR模式）

1.政策驱动2.参与方式3.具体成效

•用户付费模式：通过智能电价服务、需求响电动汽车充电服务：Octopus

政府激励：Octopus

应（DSR）服务和电动汽车充电管理，Energy通过提供智能电价服务和

Energy的运营受益于政府对

OctopusEnergy通过用户支付费用获得收入充电管理，鼓励电动汽车车主在

可再生能源的政策支持，尤

。用户通过参与电网调节、充电管理等，支低谷时段充电，从而获得充电费

其是在虚拟电厂和智能电价

付灵活的费用，这些收入为OctopusEnergy用收入。这种服务不仅减轻了电

技术方面；通过政府对需求

的运营提供了支持。网高峰时段的压力，还帮助车主

响应（DSR）服务的政策支

•需求响应（DSR）服务：通过聚合用户负荷节省了电费，每年能够节省约

持，OctopusEnergy能够

资源，OctopusEnergy为电网提供灵活性服760英镑（约合7000元人民币）

将分散的用户负荷资源聚合

务，赚取相应的调节服务支付收入。。

,提供灵活调节服务。

23

德国虚拟电厂

04

24

》》德国虚拟电厂

德国虚拟电厂发展历程

0102

试点示范阶段政策推动与商业运营阶段

（2000-2010年）（2012至今）

德国与欧盟合作，推进虚拟电厂示范政策推动：2012年欧盟法规首次提出聚合商定义。2016年德国联邦

项目。2000年，全球首个基于家庭燃网络管理局发布行业标准，德国《可再生能源法》明确规定，所有

料电池的虚拟电厂原型项目启动。100千瓦以上可再生能源发电项目必须参与电力市场交易销售，因

2005-2012年，FENIX、EDISON、此很多分布式新能源项目倾向于选择交由虚拟电厂运营。2019年EU

Web2Energy等项目进行信息物理架法案明确聚合商市场角色。2020年欧盟《清洁能源一揽子计划》推

构、计量通信、优化控制等探索。动虚拟电厂发展，支持需求侧响应和分布式能源的市场化交易。

商业化运营：

Next-Kraftwerke、Sonnen

25

》》德国虚拟电厂

德国虚拟电厂资源类型

德国的虚拟电厂，发展较为完善，德国的虚拟电厂（VPP）主要包括发电型资源和负荷型资源

,并且广泛结合储能资源，以增强电网灵活性和可再生能源消纳能力。下面列举了德国一些典

型VPP的资源类型以及特点。

典型模式企业名称资源类型主要业务

独立运营商Next发电侧、需求资源运行优化、平衡服务、可

Kraftwerke侧、储能中断负荷响应、售电

GETECEnergie发电侧、需求资源运行优化、平衡服务、可

侧中断负荷响应、售电

电力公司运MVVEnergie发电侧、需求资源运行优化、平衡服务、可

营商侧中断负荷响应、售电

BayWa.re发电侧资源运行优化、平衡服务、售

电

设备制造类Sonnen发电侧、储能资源运行优化、平衡服务、需

运营商求响应26

》》德国虚拟电厂

德国虚拟电厂管理模式德国虚拟电厂市场参与方式

（1）直接交易模式

德国的虚拟电厂，发展较为完善，主要包括发电大型VPP运营商（如NextKraftwerke）直接进入

型资源和负荷型资源，并且广泛结合储能资源，电力市场，独立竞价出售电力和提供辅助服务。

以增强电网灵活性和可再生能源消纳能力。（2）聚合商模式（Aggregator-Based

管理模式依托于电力市场机制和法律法规，主要Participation）

通过参与现货市场、平衡市场、再调度以及可中中小型分布式能源（如家庭光伏+储能）由聚合商

断负荷投标等方式，使分布式能源资源（DER）（Aggregator）整合后统一进入市场，由VPP运

有效参与电力市场。营商进行智能调度。

27

》》德国虚拟电厂

德国虚拟电厂准入条件

0102

直接交易模式聚合商模式（Aggregator-Based

Participation）

角色定义：德国在《能源经济法》、《可再生能源法

装机容量：根据《可再生能源法》修正案，100》及《电网加速扩建法》中为VPP聚合商提供法律保障

千瓦以上的新增可再生能源机组必须进行直接销,并在2021年进一步明确了聚合商的角色与义务。

售，鼓励中型可再生能源机组接入VPP，参与批技术要求：聚合商需具备调节或控制聚合资源的能力

发市场交易。,并拥有信息处理、运行监控、业务管理、计量监管及

控制执行等系统。

市场准入：VPP运营商提供市场准入服务，涵盖

数据计量与传输：聚合商需确保电力、电量数据的分

日前市场、日内市场及欧洲电力交易所的长期和

时计量与传输准确可靠，满足结算要求28

场外交易（如EPEXSpot、EXAA等）。

协议签订：与电网公司签订负荷确认协议或并网调度

协议，接入电力负荷管理或调度自动化系统。

》》德国虚拟电厂

参与市场

1.参与现货市场2.参与平衡市场

《可再生能源法》鼓励100千瓦以上的新增可再虚拟电厂通过现货交易或输电系统运营商招标

生能源机组接入虚拟电厂。参与平衡市场，为平衡责任方提供备用服务，

虚拟电厂运营商为拥有可再生能源机组的发电通过容量价格和平衡能量价格获得收益。

方制定最优发电计划，凭借精准预测能力参与虚拟电厂在二次备用（5分钟激活时间，最小

现货电力市场的日前市场和日内市场。投标单位5兆瓦）和三次备用服务（15分钟激

可在日前市场中提供第二天的发电计划，也可活时间，最小投标单位5兆瓦）尤其活跃。

在日内市场提供15分钟或1小时的灵活性产品。

29

》》德国虚拟电厂

参与市场

3.参与可中断负荷投标4.参与再调度

虚拟电厂可参与可中断负荷投标，根据所提供虚拟电厂可参与再调度，解决电网阻塞，从

的容量和能量得到补偿。阻塞费用节省或者阻塞价格中获利。

《可中断负荷协议条例》允许输电系统运营商虚拟电厂可作为调度管理商，依据负荷预测

每周通过输电系统运营商的联合招标平台发布分析电网重过载环节，必要时调整虚拟电厂

立即可中断负荷和快速可中断负荷招标，容量虚拟发电量，在阻塞的一段增加发电或者减

补偿基于竞争性拍卖的结果。少用电，在另一端减少发电或者增加用电，

在提供可中断负荷服务期间，负荷中断信号由提供灵活性支持，优化电网运行。

输电系统运营商直接或通过虚拟电厂发送给可

提供中断负荷的用户。

30

》》德国虚拟电厂

参与市场

5.参与平衡基团

在德国，每个发电厂和电力消费者会被分配到平衡基团。平衡基团责任方确保发电量

加上外购电量，能满足用电量。

平衡基团责任方必须以15分钟为单位，为第二天做出准确的电网供需预测，并向负责

的输电系统运营商提交相应的平衡计划。若出现预测偏差，平衡基团责任方需承担平

衡服务的费用，即负担平衡电量价格。

虚拟电厂帮助平衡责任方优化预测，提高供需匹配度。减少预测误差，降低平衡成本

。促进日间市场电力交易的精准调控，减少平衡区内发生的平衡偏差。

31

》》德国虚拟电厂

典型案例：NextKraftwerke

简介业务

德国领先的虚拟电厂运营商，虚拟电厂业务提供虚拟电厂全链条的技术与业务服务，涵盖数据

在欧盟、美国、澳大利亚等地实施。采集、电力交易、销售、用户结算等各个环节，也

可以为其他能源运营商提供虚拟电厂的运营服务。

平台规模

建设核心平台NEMOCS，具备能源聚合与控截至2025年第一季度，集成了1.4万多个用户，

制系统监控、高性能数据处理、优化资产运1270万千瓦容量，2024年完成150亿度电的交易

营及远程管理控制功能。量。

32

》》德国虚拟电厂

典型案例：NextKraftwerke

电力市场交易电力调度平衡服务

代理用户参与欧洲电力交优化虚拟电厂内部分布式能源提供频率响应（FCR）、

易所EPEXSPOT的日前,为用户制定运行计划或直接自动频率恢复（aFRR）、

和日内短期平台，以及奥控制，在价格高的时候发电，手动频率恢复（mFRR）

地利能源交易所EXAA和在价格低的时候用电，实现盈等调频服务，赚取容量、

辅助服务和平衡费用。与

各种其他欧洲电力交易所利。电力价格在EPEXSPOT

的前一天市场每天变化24次工业用户合作，在电价高

,平衡服务、期货以及场

,在日内市场每天变化96次企时削峰填谷，参加需求

外交易。

,价格差异可能很大，可能超响应。

过每兆瓦时50欧元。