可再生能源并网与电网稳定性：中国各省份虚拟电厂的异质性效应

《Journal of Cleaner Production》：Renewable energy integration and grid stability: Heterogeneous effects of virtual power plants across Chinese provinces

　　

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  VPP作为一种创新模型，在中国各省份呈现出异构化的应用特征。
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  电源型VPP有助于在能源结构多元、需求旺盛的发达地区提升新能源消纳。
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  负荷型VPP适用于需要稳定供电的区域；混合型模型则有助于新能源资源丰富但面临消纳问题的地区。

引言

在全球应对气候变化和推动能源转型的背景下，可再生能源因其清洁性和可再生性，已成为能源发展的核心方向。近年来，中国可再生能源产业取得了显著进展，风电、光伏等可再生能源装机规模持续快速增长，其在能源结构中的占比稳步提升。根据中国国家能源局数据，到2025年中国风电和太阳能装机容量将超过4.3亿千瓦，同比增长22.0%。风电和太阳能累计并网装机容量已达到18.4亿千瓦，占比达47.3%，历史上首次超过火电。2024年3月发布的《关于2024年可再生能源电力消纳责任权重及有关事项的通知》，进一步细化了中国各省可再生能源并网的权重责任，推动可再生能源高质量发展。然而，在可再生能源产业蓬勃发展的背后，其固有的间歇性、波动性和不确定性给电力系统的稳定运行带来了前所未有的挑战（Wang, R. et al., 2025）。

相关研究表明，可再生能源发电的大幅波动对其出力的准确预测和控制构成挑战，并可能导致发电与消纳之间的时空不匹配（Ge et al., 2024）。例如，在可再生能源发电高峰期，如果电网无法及时消纳，将导致风电和光伏弃电。根据中国可再生能源消费监测预警中心数据，总体来看，尽管2024年中国风电和光伏利用率保持在94%以上，但在"十四五"期间首次降至95%以下，风电利用率为94.3%，光伏利用率为94.8%。这不仅造成了巨大的能源浪费，也影响了可再生能源行业的经济效益和可持续发展。在可再生能源发电低谷期，则可能出现电力供应不足的问题，进而影响电网的稳定性和可靠性，对经济社会正常运行构成潜在风险。

为有效应对可再生能源消纳挑战及由此带来的供电稳定性问题，虚拟电厂（VPP¹）作为一种创新的电力管理模式应运而生，并迅速成为能源领域的研究热点（Kim et al., 2024; Laimio et al., 2025; Wang and Li, 2026）。VPP利用先进的信息和通信技术以及智能软件系统，高效聚合和优化分布式电源、储能系统和可控负荷等分散电力资源，形成一个能够像传统电厂一样参与电力市场运行和调度的虚拟"电厂"。VPP与电网深度整合后的核心概念可概括为"源网融合"的实践模式，旨在通过整合各类电力资源实现能源高效利用和电力系统稳定运行。然而，中国幅员辽阔，各省可再生能源资源禀赋、电网结构和发展水平差异显著，导致VPP在不同省份的应用呈现明显的异构性。深入分析这种异构性对于因地制宜推广VPP技术、确保可再生能源消纳和维护电网稳定具有重要的理论和实践意义，也是当前能源领域亟需解决的关键问题。

本文的研究框架如图1所示。当现有差分博弈模型应用于能源产业决策时，存在两个主要局限性：第一，模型构建与实际数据的结合较弱，难以反映实际动态变化；第二，分析模型采用单参数敏感性分析，结果难以用于回答实际问题。针对上述局限性，本文引入基于中国31个省份实际数据的异构性分析框架，有效弥补了差分博弈模型在实证适用性和政策相关性方面的不足。

本文对推动清洁生产做出三项关键贡献。第一，突破仿真模型的局限性，提高清洁生产技术实施的准确性。在清洁生产技术应用效果研究中，实证研究往往滞后。同时，对于前沿仿真技术，仿真模型存在局限性，例如仿真参数梯度变化过于简单、数据源过于理想化等。因此，通过设置合理参数分析模型异构性，可以解决这一问题。第二，确保可再生能源消纳和电网稳定性。传统电网频繁依赖火电机组进行调峰以确保稳定，导致碳排放量高。本文对比了四种模型类型的仿真结果，发现VPP可以降低电网对火电的依赖。第三，优化资源配置，减少推广VPP过程中的资源浪费。中国各省可再生能源资源分布不同。通过模型异构性分析，本文为各省VPP的应用提出了合理的政策建议，旨在防止可再生能源生产中的资源浪费。

本文其余部分安排如下：第2章为文献综述；第3章为博弈模型构建；第4章为基准模型分析，设置合理参数进行仿真；第5章为模型异构性分析，通过实际数据分析考察中国各省VPP应用的差异；第6章为结论与建议。

章节摘要

关于如何确保可再生能源消纳和电网稳定性的研究

近年来，能源和电力行业面临一个关键挑战：如何在大规模发展的背景下实现可再生能源的高效消纳。这一重大问题与可再生能源发电技术的创新突破密切相关。可再生能源消纳主要旨在解决发电与消纳之间的时空不匹配问题。通过升级改造电网、合理配置能源

问题描述

博弈的主要参与方为火电企业、绿电企业以及由VPP和电网组成的源网联盟（SNC）。博弈时间为连续时间$t\in [0,+\infty )$。核心状态变量为可再生能源消纳比例$x_1\left(t\right)$，对三种类型的VPP进行差分分析，以确保对可再生能源消纳和电网稳定性的约束。火电厂调整其出力，在调峰成本与

参数设置

差分博弈的参数设置见表3，差分博弈参数设置的思路可在附录B中找到。

时间轨迹分析

仿真初始可再生能源消纳比例设为0。如图3(a)所示，可再生能源消纳比例的最终稳定值从高到低依次为：Model-P、Model-L、Model-E和Model-N，分别为0.4699、0.3665、0.3216和0.0704。这表明没有VPP的电网

问题描述

在上一节中，对差分博弈模型在市场因素、政策因素、区域因素和技术因素四个维度进行了敏感性分析，并从中推导出了一般规律。然而，在分析过程中，所有参数均采用梯度变化法设置。尽管该方法在一定程度上清晰地展示了参数变化与模型输出之间的线性关系，但它忽略了

结论

本文得出以下结论：

• (1)
  电源型VPP的可再生能源消纳能力最强，消纳率高达52.77%。然而，由于可再生能源出力的间歇性和波动性，电网稳定性显著下降，稳定性系数从0.4923降至?0.0401，形成了"高可再生能源消纳"与"低电网稳定性"之间的权衡。相比之下，负荷型VPP和能源型VPP实现了

CRediT作者贡献声明

高嘉明：写作—审阅与编辑，写作—初稿撰写，指导，方法论，经费获取，形式化分析，数据管理，概念构思。张莉：写作—初稿撰写。朱一新：写作—审阅与编辑，形式化分析。王思秀：写作—审阅与编辑，项目管理。方杰：写作—审阅与编辑。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本研究得到新疆维吾尔自治区社会科学基金（2026CGL178）、新疆财经大学校级科研项目（2025XYB002）以及新疆维吾尔自治区自然科学基金（2025D01C74）的资助。

高嘉明|张莉|朱一新|王思秀|方杰