VPP · 虚拟电厂

先有管理用电的需要

电力系统一直要处理发电与用电在时间上的匹配。人们什么时候做饭、开空调，决定了需求怎样变化；发电侧则需要安排相应的供给。特别尖锐又短暂的用电高峰，会要求系统为少数时段准备额外能力。虚拟电厂后来聚合的许多调节行为，可以从这个更早的问题理解。

美国电力公司在1970年代初就开展了直接负荷控制和可中断用电项目：用户通过参与补偿或电价优惠，允许电力公司在约定条件下减少部分负荷。LBNL 的历史梳理指出，当时空调普及带来的尖峰需求，是推动这些项目的原因之一；到1970年代末和1980年代，负荷管理逐渐被纳入电力公司的资源规划。[2]

这类项目确立了一个经济判断：满足高峰供需，可以同时比较增加供给和调整需求的成本。把允许推迟的用电移出紧张时段，就可能减少当时必须准备的供给能力。[2][9]

早期项目主要围绕电力公司组织用户、应对高峰展开。后来，分散资源的种类和所有者发生变化，电力市场又出现新的参与方式，协调这些资源逐渐成为一个更广泛的运营问题。

小型电源与新的经营空间

1990年代，小型模块化发电和信息技术的发展，开始改变人们对供电组织的设想。Shimon Awerbuch 在1997年的《Metering for the Virtual Utility》中讨论了“虚拟公用事业”（Virtual Utility）：随着发电设施的最小经济规模下降，企业可以借助计量、信息和契约，将分布式发电、节能与购电灵活组合起来提供服务。这个概念比 VPP 更宽，已经把关注点从拥有电厂转向怎样组织供电能力。[3]

这种设想也有当时的制度背景。以美国为例，FERC 在1996年发布 Order No.888，要求其管辖范围内的相关输电公用事业提供开放、无歧视的输电服务，目的是减少批发电力市场竞争的障碍。[4] 电力交易逐步有了跨企业协调的制度空间，聚合与服务运营也因而有机会发展为专门的业务。

设备规模变小，意味着更多主体可以拥有发电资源；市场开放，则使这些主体有机会通过交易进入更大的供电体系。但一台小机组即使已经并网，仍可能太小，难以独自承担预测、报价、调度和结算。新的组织问题由此变得具体：怎样让许多分别拥有、分别运行的资源，作为一个可管理的组合参与系统？

并网之后，还要进入系统运行

2005年10月启动、2009年9月结束的欧洲 FENIX 项目，把分布式资源聚合成大型虚拟电厂作为研究与实证目标。项目计划同时覆盖小型家用热电联产，以及风电场、工业热电联产等较大的资源，并将聚合能力接入电网管理与市场。[5]

这些资源已经能发电，项目仍然需要解决它们怎样被系统使用。FENIX 项目参与者的论文指出，分散资源如果缺少对外可见性和可控性，其运行就难以像常规机组那样被系统运营者纳入安排。资源贡献了电量，并不等于系统已经能够依赖它在指定时刻提供能力。[7][11]

于是，聚合要补上一层协调：收集各资源的状态和限制，预测一段时间内能够提供的能力，再把整体要求分配下去。电网或交易方面对的是这个组合，内部才是不同设备的具体动作。分散的实体通过共同的运行接口呈现出来，“虚拟电厂”的组织形态也就有了实际意义。[5][7]

FENIX 同时研究商业和技术两方面的聚合：前者关心怎样把资源组合成可交易的能力，后者还要考虑资源的位置和当地网络的运行条件。[7] 因而，项目一边开发分层通信与控制，一边研究监管和合同条件，并在英国、西班牙开展现场实证。[6]

风光发展扩大了协调需求

风电和光伏的发展，使这种协调需要面对更多变化。过去已经存在用电侧的波动，风光还把天气相关的变化带到供给侧：日照、风况改变时，可提供的发电量也会变化。IEA 对风光并网的分析因而同时讨论可调度发电、电网增强、储能和需求响应等办法。[8]

对 VPP 而言，协调的价值开始更多地体现在不同时间之间。光伏充裕的时段，可以安排适合提前或延后的用电，或让储能充电；系统紧张时，再降低可推迟的需求或释放储能。资源可以通过增加发电、改变用电和存储电能共同参与，聚合也有机会承担更丰富的服务。[9]

电动汽车、用户侧电池和智能楼宇设备，又扩大了可以参与协调的资源范围。美国能源部2023年的 VPP 报告将它们与灵活工商业负荷纳入同一聚合框架。[9]

早期的负荷管理与分布式发电聚合，由此在今天的 VPP 中汇合。资源种类增加之后，运营者需要回答：这些设备在需要的时候，究竟有多少能力可以一起使用？

从设备容量到可用能力

汽车充电能直观说明设备容量与可用能力的区别：补能可以在停车期间调整，但要满足离开时的电量要求。[9]

假设 1,000 辆正在充电的汽车，每辆都能在同一小时内少用 1 千瓦，并在离开前补回电量，合计就能减少 1 兆瓦取电功率，延后的充电电量为 1 兆瓦时。这是单向充电控制，无须车辆反向放电。

这份能力取决于车辆当时确实在充电，而且允许延后。未接入、已经充满或即将离开的车辆，不能一概计入。接入数量和额定功率，需要结合实际状态、用户约定与未来需求，才能转化为某个时段的可用能力。[9]

同样，电池的放电功率与可用电量，分别限制调节幅度和持续时间；空调、热泵的调节则受温度与舒适度约束。[9]

因此，对外承诺需要明确开始时刻、调节功率、持续时间和恢复安排。运营者要持续更新可交付能力，而不能只看已加入的设备清单。

把整体要求落实到设备

能力判断之后，整体承诺还要落实为设备动作。运营系统需要收集状态、预测能力、分配任务并根据执行结果调整。中国2025年的指导意见，将监测、预测和指令分解执行列为运营商技术支持系统的功能。[1]

资源状态在执行中仍会变化，系统需要根据反馈重新分配任务；余量不足时，能够交付的总量也会下降。这个持续调整的过程，使早期研究强调的可见性与可控性成为运行要求，响应速度和通信要求则取决于具体业务。[1][9]

实际执行结果还要按业务规则核验，作为履约与结算的依据。[1][10] 而这些能力能够在哪里、以什么资格提供服务，则取决于电网条件与市场规则。

在电网和市场中承担责任

资源接在具体的配电线路和节点上，某处多放电或少用电，对另一处线路约束的作用可能不同。这就是 FENIX 区分商业和技术聚合时关注的问题：一个组合在交易上可行，运行时还需要满足当地网络的电压、容量等条件。[7] FERC 的聚合规则也要求资源聚合商、区域电网运营者和配电公司之间协调，以保障当地配电系统的安全可靠。[10]

市场的参与要求同样重要。小设备逐个注册、计量和交易，组织成本较高；聚合形成一定规模后，仍需要相应的参与规则。[10]

美国 FERC 于2020年发布 Order No.2222，要求其管辖的区域市场允许分布式资源聚合参与，并处理规模、位置、计量通信及多方协调等问题。各地区的实施进程与要求仍依当地规则而定。[10]

中国2025年的《关于加快推进虚拟电厂发展的指导意见》，将系统接入、能力评估与市场准入纳入同一框架。VPP 满足相应注册和准入要求后，可按独立主体身份参与有关市场；在中长期和现货市场开展购售电业务，应具备售电公司资质。参与现货的资源原则上应位于同一市场出清节点，电网条件和市场规则允许时可以跨节点聚合。[1]

规则与合同还要明确由谁申报和执行、怎样认定结果、参与者之间如何结算，使系统与交易方能够依据这些约定安排运行。[1][10]

收益也要足以支持接入、通信、运行和核验，并按协议补偿设备所有者。技术上能够调节，只有形成用户愿意持续参与的收益安排，才可能成为稳定业务。[9]

不同市场怎样塑造不同的运营方式

参与资格明确之后，收入机制进一步影响运营目标：什么时候保留能力、什么时候调用，以及怎样评价运行结果。

AEMO 在2021年的澳洲国家电力市场（NEM）VPP 示范报告中，记录了能源价格响应、应急频率控制辅助服务（FCAS）和本地网络服务等路径。[13] 多种收入可以组合，但会占用同一批设备的能力。

AEMO 在2021年的报告中记录过一种冲突：高现货价格促使电池放电，同时承担的高频响应却要求增加充电，造成交付不足。一些参与者随后调整策略，在频率偏离正常范围时限制价格响应。[13]

湖南2026年的局部需求响应试点呈现了另一种组织方式：针对变电站、线路重载等场景，负荷管理中心向 VPP 发出响应时段、容量和补偿标准的邀约，运行中监测，事后评价与结算。[14] 运营重点是按约定地点和时段兑现调节。

两种业务体现了不同取舍：价差收益要求判断价格并安排有限电量的使用时机；已承诺的响应则要求预留能力履约，其他交易机会也要为此协调。市场与合同由此进入控制目标，影响资源怎样被使用。

这种差异也存在于同一国家内部。中国2025年的指导意见同时覆盖需求响应、现货和辅助服务，澳洲示范也涉及多种服务。[1][13] 因而，需要按具体市场、用户合同和收入安排理解一个 VPP 的运营方式，不能只按国家划分。

形成一种可持续的资源组织方式

回看这条演变，早期负荷管理确立了调整用电的系统价值，小型电源与市场开放带来了更多独立资源，通信和控制让它们有条件被共同管理；风光、储能及用电设备的发展，又扩大了协调的需要与可能。VPP 在不同地区和项目中结合这些条件，逐渐形成了今天的聚合运营方式。

这些条件共同塑造了 VPP 的两方面责任：对内，持续判断能力、分配任务并核验结果；对外，按市场的时段、持续时间和位置要求提供服务、承担履约责任。具体的收益机制，又决定了这套组织与控制怎样运行。

一个地区是否需要 VPP，因此要看系统缺少的调节能否由分散资源有效承担，以及为此增加的协调、接入和履约成本是否合算。集中式电源、储能、电网建设和直接组织用户响应，仍是可以比较的办法。[8][9] 当分散资源具有可利用的调节空间，而原有运行和交易方式难以把它们组织起来时，VPP 的价值就有了具体来源；它能持续兑现多少调节，则要由真实运行与核验结果来回答。