从独立单元到价值共同体 深度解析VPP与微电网的协同控制与市场化路径

政策东风已至，为何VPP与微电网必须“双剑合璧”？

中国能源转型正步入深水区，构建新型电力系统已成国家战略的核心。一个值得深思的现象是：国家层面在大力推动虚拟电厂（VPP）进行广域资源聚合，目标到2030年调节能力超5000万千瓦；并强调要健全其参与电力市场的机制，拓宽收益渠道。《2024—2025年节能降碳行动方案》等政策亦将大力发展微电网、虚拟电厂等新模式作为重点任务，旨在提升用户侧的灵活性与韧性。

表面上看，虚拟电厂与微电网是两条并行的技术路线，分别聚焦于资源的广域聚合与局域自治。然而，在实践中，这两条看似平行的路线正不可避免地走向交汇，本文的核心论点在于：这种双轨并行的推动，实质上是在催生一种全新的、更高级的能源生态范式——由虚拟电厂（VPP）充当“智慧大脑”，微电网担当“坚韧躯体”，二者“共生”形成的“VPP-微电网集群”，将成为未来新型电力系统的核心功能单元。

驱动这一融合的根本力量，源于全国电力现货市场建设所创造的经济必然性。在价格波动的市场环境中，VPP运营商迫切需要微电网这样具备高度可控性与灵活调节能力的优质聚合对象来增强其市场竞争力；而微电网高昂的投资也亟需VPP作为其商业价值的“放大器”，将其闲置的灵活性转化为市场收益。因此，二者的“共生”已从一种技术可能性，演变为一项由市场驱动的战略必然。

图1  “虚拟电厂”＋“微电网”融合示意图

角色再定义：微电网是“韧性基石”，虚拟电厂是“价值放大器”

要理解二者的协同价值，必须对其角色进行重塑。它们并非替代关系，而是功能互补的共生伙伴：

微电网是物理层面的“韧性基石”：其核心价值在于通过孤岛运行保障局部能源安全，其能源管理系统（EMS）更像一个专注于内部优化的防御性“盾牌”；

VPP是商业层面的“价值放大器” ：其本质是一个聚合与优化平台，专长是发掘资源灵活性并实现变现。它可以通过聚合海量微电网资源，使单个的微电网资源跨越市场准入门槛，并通过专业的市场交易能力，将微电网已有能力拓宽为可叠加的多元市场收益，实现价值跃迁。

当二者连接后，协同价值的关键在于角色的进化。微电网的EMS必须从被动的“盾牌”升级为能主动在市场中捕获价值的“利剑”。这意味着其算法需从单目标优化（保供）升级为复杂的多目标协同决策系统，在执行VPP下达的市场指令（进攻性目标）与保障本地可靠供电（防御性目标）之间，找到动态的最优平衡点。这种转变，将微电网从一项高成本的“安全投资”，转变为能够持续创造现金流的“生产性资产”，为其更高的技术投入提供了坚实的商业理由。

协同的“神经系统”：VPP与微电网的控制架构与数据对话

（一）控制层级：一种联邦式的智慧协同

传统的集中式“命令-控制”模式在面对海量分布式资源时显得力不从心。因此，VPP与微电网的协同采用了一种更具扩展性和鲁棒性的分层式控制架构，这是一种联邦式的智慧协同模式。在架构上可清晰地划分为三个层级：

最上层（VPP平台）：战略大脑。作为最高层级的控制器，VPP平台持续监控电力批发市场的动态，接收电网宏观调度指令 ，并结合预测数据，为其所管理的全部资源组合制定最优的市场参与策略。它向下游微电网发送的并非具体的设备控制指令，而是高层次的经济信号或目标，例如明确调节收益的经济激励（如“响应XX容量可获XX收益”）、未来一小时的期望出力曲线或参与辅助服务的容量需求。

中间层（微电网EMS）：战术中枢。作为中间层，EMS是实现协同的关键。它有两个核心职责：

（1）指令响应：EMS在接收到VPP下达的宏观目标后，立即启动本地的优化计算。它会综合考虑自身内部资源状态（如SOC、光伏出力、负荷优先级等），决策如何以最高效、最安全的方式完成VPP任务，同时确保本地的安全底线；随后，EMS再向其管辖范围内的最下层设备（如逆变器、储能变流器、可控开关等）下达精确的指令。

（2）状态上报：EMS同时负责将最下层设备繁杂的物理状态，抽象并聚合成标准化的“可调资源”信息（如“未来1小时可提供xx kW调节能力”），再上报给VPP平台。VPP平台正是依据这些上报数据，才能制定出精准的经济调度指令。

最下层（设备终端）：执行单元。即微电网管辖范围内的具体设备。它们是物理动作的最终执行者，负责响应来自中间层（EMS）的精确指令。

这种“联邦式”的局部自治决策机制，极大地提升了响应速度和系统的可靠性，避免了VPP平台因管理细节过多而导致的决策延迟。

（二）数据对话：打造数据交互的通用语言

要让这套精妙的控制体系高效运转，就必须统一“语言”。在传统电力调度领域，我们早已有了成熟的“普通话”——例如IEC60870-5-104（简称104规约）。正是因为它，不同厂家的AGC设备才能无差别地响应调度指令，实现了系统的互联互通。

虚拟电厂和微电网的协同，同样迫切需要这样一套“普通话”。然而，当前该领域仍存在大量“方言”——不同厂商的设备使用着五花八门的私有协议。这导致VPP运营商每接入一种新资源，都可能需要一次昂贵的定制化接口开发，这种高昂的交易成本是阻碍虚拟电厂规模化发展的核心技术瓶颈。

随着市场的发展，统一的规范体系正在加速形成。这并非单一标准，而是一个多层次的协议矩阵。一方面，各地方的技术规范正推动VPP平台兼容104等成熟规约，例如甘肃省发布的《甘肃省虚拟电厂建设与运营管理实施方案（试行）》，对于数据规范等做出明确指导；另一方面，行业技术协会等，也在协同多方资源，编制《虚拟电厂建设及运营技术规范》等标准，致力于规范终端设备的数据采集与接入，逐步统一“向下”管理的语言。

从更深层次看，通信标准的普及并非仅仅解决了技术问题，它更是一种强大的“经济润滑剂”。在缺乏统一标准的时代，每一次将微电网接入VPP的尝试都是一个昂贵、耗时且充满不确定性的定制化集成项目，需要开发专用的API接口和中间件。这种高昂的交易成本使得聚合大量中小型微电网在商业上变得不可行，VPP的业务范围也因此受限。未来更加通用协议的广泛应用，会极大地降低新资源接入的边际成本和时间，使得VPP能够以更低的成本、更快的速度扩大其资源池规模。因此，这些通信标准的采纳率，是衡量VPP市场成熟度和未来增长潜力的一个关键先行指标。

价值闭环：一个“虚拟电厂+微电网”参与现货交易的典型一日

VPP与微电网共生模式的强大之处，最终体现在其创造具体、可量化的商业价值闭环的能力上。通过一个贴近现实的场景演练，我们可以将抽象的理论转化为清晰的盈利逻辑和电网服务实践。

设想在电力现货市场活跃的省份，一个聚合了多个工业园区微电网的虚拟电厂平台，其业务逻辑可通过一个典型交易日的场景来清晰展现。

（一）上午（日前投标）

VPP平台自动获取市场价格预测及各微电网数据，并基于算法分析模型识别出，由于下午时段工业用电高峰与光伏出力下降叠加，下午2点至4点将出现一个显著的高电价窗口，并在日前现货市场中申报售电。

（二）中午（指令下发）

VPP的日前申报成功中标。VPP平台向各微电网下发含经济激励的商业邀约：“下午2-4点，售电价格为X元/kWh，请根据自身情况优化响应。”

（三）下午（协同响应）

1、A园区微电网（产业园区）：EMS接收到VPP的价格信号后，立即启动多目标优化计算。模型显示，在完全保障核心生产线（关键负荷）供电不受任何影响的前提下，可以将园区内的电池储能系统从90%的SOC放电至30%，并策略性地将非紧急的电动汽车车队充电计划推迟到下午4点以后。EMS确认该策略可行且经济收益可观，于是接受VPP的调度，控制储能逆变器开始向电网反向送电。

2、B园区微电网（冷链物流仓储）：其EMS同样接收到信号。由于冷库具有巨大的热惯性，EMS决策在下午2点前，利用当时较低的电价将库内温度降至比常规设定低1-2摄氏度的水平（“负荷预冷”）。在2点至4点的高价时段，EMS则智能地让大型制冷压缩机组进行周期性的短时关停，每次关停30分钟，利用之前储存的“冷量”维持库温在安全范围内。通过这种方式，B园区在不影响货物质量的前提下，大幅降低了高峰时段的用电负荷，等效于向电网提供了“负电厂”服务。

（四）傍晚（结算分配）

VPP平台自动完成与交易中心的结算，并将收益按贡献和协议分配给各园区业主，形成从“响应”到“收益”的完整价值闭环。

图2  场景演练实践

这一模式在江苏常州等地的实践中已得到印证。常州在2024年率先印发《常州市新型智能微电网试点建设推进方案》，并建成了全省首个市级虚拟电厂监测管理平台，其核心正是将各类微电网作为优质资源进行规模化汇集。通过该平台，当地已成功组织微电网常态化参与电力辅助服务市场，仅2024年就响应了481.17万千瓦时的调节电量，占全市总量的20.51%，为微电网业主创造了实实在在的经济收益，也为电网运行模式从“源随荷动”向“源荷互动”转型提供了可推广的“常州方案”。

为了更直观地展示VPP如何为微电网解锁多元化的价值，下表总结了一个VPP管理的微电网所能获得的“价值栈”：

表1  VPP赋能下微电网的多元化价值栈