面向客户侧虚拟电厂平台设计

朱程燕 刘永春

摘要：虚拟电厂不同于传统电厂，它是由诸多分布式发电资源聚合而成的，而各部分的容量较小，不足以直接参与电网调度，因此从虚拟电厂对外提取出类似传统电厂的特性参数，配备以符合调度需求的规范化的虚拟电厂系统设计是实现虚拟电厂调度的关键。因此亟需进行虚拟电厂系统建设，开发虚拟电厂运控平台，为虚拟电厂参与电网调度以及电力交易提供技术平台支撑。

关键词：虚拟电厂，能源物联网，需求侧管理

中图分类号：TM73

项目来源：国电南瑞科技股份有限公司科技项目-大数据驱动的虚拟电厂精细化调控及运营技术研究

Platform Design of Virtual Power Plant Facing Customers

Zhu Chengyan ,Liu Yongchun

(NARI Technology Co., Ltd. Nanjing, Jiangsu 210016)

Abstract: Virtual power plant is different from the traditional power plant, it is composed of many distributed generation resources polymerization, and the capacity of each part is lesser, not directly involved in the power grid scheduling. So, the key to realize the scheduling of virtual power plants is to extract the characteristic parameters similar to traditional power plants from virtual power plants and to equip virtual power plants with standardized system design to meet the scheduling requirements. Therefore, it is urgent to construct virtual power plant system, develop virtual power plant operation and control platform, and provide technical platform support for virtual power plant to participate in power grid dispatching and power trading.

Key words: VPP, Energy Internet of Things, Demand side management

0 背景

近年来，电网负荷不断上升，负荷峰谷差日益增大，电网面临的调峰调频问题日益突出。与此同时，我国很多地区弃风、弃光现象严重，新能源消纳困难^[1]。为满足短时高峰负荷需求，电力系统通常需要大量投资来建设发电机组及其配套输配电网络，设备利用率低，经济环保效益差。虚拟电厂接入资源种类多、占比大、灵活可控，其可调节功率成为供应侧电能的可替代资源，改变了过去单纯依靠电力供应侧的发展来满足不断增长的电力需求的固定思维，提高了能源的利用效率，不仅可以缓解电力供需平衡的窘困局面，还能促进环境保护和能源节约^[2][3]。

1 虚拟电厂整体架构

图 1 虚拟电厂调度运行架构图

虚拟电厂调度运行架构如图1所示，按照“统一管理、分布式接入、协同调控”的运营管理模式，以电力物联网为基础，通过智能边缘计算、感知终端，运用囊括终端智能感知、数据智能融合分析、辅助管理决策等技术方式，建设虚拟电厂运控平台、虚拟电厂管理平台以及虚拟电厂交易平台。其中虚拟电厂运控平台用于实现分布式资源的分区聚类，形成类似传统电厂的外特性，向交易平台提交注册信息、报价信息以及合同信息，向调度系统上报响应信息。虚拟电厂管理平台依托原有需求响应管理平台以及负控系统，负责审核虚拟电厂准入条件满足情况、接入方案、虚拟电厂外特性、虚拟电厂档案以及响应信息。虚拟电厂交易平台依托现有统一电力市场交易平台，接收调度系统下发的调度需求以及虚拟电厂管理平台提交的准入审核结果、虚拟电厂外特性和执行认定成果，结合虚拟电厂运控平台上报的注册、报价以及合同信息，进行市场出清，并同时向虚拟电厂运控平台、管理平台以及调度系统多方公布出清结果。

2 面向客户的虚拟电厂运控平台

2.1监控模块

采集监视通过对虚拟电厂及其管辖范围的机组、设备进行典型建模，采集并分析处理虚拟电厂的运行数据，包括功率、电压、电流、电量、设备运行状态、开关状态，将来自各信息采集源的信息集成形成基础运行数据集合，用于运行监控、分析预测、市场报价、电能结算等，并制定数据校验策略，对采集数据准确性、及时性、完整性进行校验，对异常数据进行告警处理。

2.1.1数据建模

通过对虚拟电厂、虚拟机组的抽象典型建模，实现其运行特性及外特性的监测管理，运行特性主要包括功率、电压、电流、运行状态、电量等，外特性包括额定功率、额定功率、经济功率下限、经济功率上限、机组控制误差死区、向上爬坡速率、向下爬坡速率等。根据监控需要，拓展延伸虚拟电厂终端用户设备建模，对用户侧能源站、商业楼宇、充换电站的关键设备进行典型建模，支撑对终端用户关键设备运行状态的监控。

2.1.2采集服务

1. 采集管理

数据召测：支持对单个或批量采集对象的实时数据、历史数据或事件数据进行召测；支持对单个或批量电能表进行数据项透抄功能。

参数管理：日常管理过程中，对单个控制器终端参数进行设置，对终端设置配置参数、控制参数、限值参数等，并支持批量设置功能；通过定时和实时发起的方式采集终端参数并与主站参数进行比对，对异常进行提示消缺处理。

采集任务管理：实现采集任务模板管理、采集任务配置、采集任务配置情况统计功能，并支持任务补抄功能，包括任务自动补抄和任务手工补抄功能。根据业务需要编制采集任务，采集各类终端用户的电能相关信息，根据采集质量检查结果自动或手工对采集失败的任务数据发起补抄。

2. 数据管理

电量分析：对虚拟电厂及内部各虚拟机组的总电量、用电量、售电量等数据进行统计分析，并从电量趋势、用电性质、行业类型、用电构成等角度进行电量排名及对比分析。

3. 档案管理

管理用户档案数据，包括台区、设备、表计、终端、信道管理、测量点管理。

2.2交易模块

（1）交易报价管理

根据历史交易的价格和用电的紧迫性，结合虚拟电厂内部用电单元数据，通过分析盈亏平衡点与盈利目标，来预测参与电力市场竞价的发电成本价格，分析多种电源类型的成本构成（固定成本与变动成本）的具体项，分析在不同目标下的最低报价水平。为市场交易提供数据支撑。

（2）模拟交易

使用内部虚拟电厂用能单元数据，通过模拟交易申报和交易成交，模拟计算交易结果，为参加直接交易提供数据依据。

（3）交易管理

交易管理双方在场外进行协商，初步确定交易意向，在交易模块中进行数据的申报和确认，再由运营单位对交易结果进行出清，如有需要还需提交给调度进行安全校核。

2.3交互模块

（1）人机界面

提供图元编辑器、图形编辑器、图形展示界面、数据库管理界面等友好的展示、操作界面。数据库管理界面可以在系统内任意工作站上运行，调用实时库和历史库服务，可供用户快捷方便的查询、修改、删除数据库内的信息。

（2） WEB应用

WEB服务器通过电力系统专用的物理隔离装置与运控平台实时数据网连接，由实时网的数据中心客户端实时向WEB发送数据，在WEB上建立镜像数据库。当需要画面浏览及操作交互时，WEB服务器通过应用服务程序向镜像数据库发请求，实现运行监视、可调资源分析、控制策略及响应评估结果等运行分析及控制数据展示，并提供面向虚拟电厂运控平台运营商及终端用户的开放式的运营管理功能。

（3）移动应用

基于移动APP或微信公众号方式，实现与虚拟电厂终端用户的线上互动。一方面，移动应用提供开放的账号注册功能，有参与虚拟电厂运控的 终端用户可以在线进行用户注册，发起虚拟电厂管理业务申请，运控平台接受到业务申请后，开展受理及后续签约等项目管理功能；另一方面，面向签约用户，运控平台将调控容量需求分析后向签约终端用户推送参与调控请求信息，终端用户在线确认是否参与；运控平台根据用户返回的确认结果及先后顺序，确定最终参与调控用户，并向终端用户反馈参与结果及容量信息。参与调控结束后，运控平台将响应结果及结算结果推送给参与终端用户。

3 结束语

依托互联网、物联网和现代信息通讯技术，深入用户内部终端设备，真正实现电力系统各环节万物互联、人机交互，状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活，全面符合能源互联网建设要求，充分发挥虚拟电厂在电力交易和辅助服务等方面的灵活性调节作用，通过市场机制和价格信号鼓励和引导虚拟电厂发展，实现缓解电网调峰压力，促进清洁能源消纳，具有巨大的经济、社会以及环保效益，为保障城市电网安全、促进城市绿色发展作出巨大贡献。

参考文献：

1. 谢畅，王蓓蓓，李然等。基于信用等级的虚拟电厂需求响应效果后评估［J］。电力建设，2017，38（9）：67-72. XIE Chang， WANG Beibei， LI Ran， et al. Evaluation of demand response effect of virtual power plant based on credit rating［J］. Electric Power Construction，2017，38（9）：67-72.

2. 黄伟，柳思岐，叶波。考虑源-荷互动的园区综合能源系统站网协同优化［J］。电力系统自动化，2020，44（14）：44-61. HUANG Wei，LIU Siqi，YE Bo. Station-network cooperative optimization of integrated energy system for park considering source-load interaction ［J］. Automation of Electric Power Systems，2020，44（14）：44-61.

3. 马汝祥，侍红兵。基于泛在电力物联网的虚拟电厂发展战略——以“区块链+虚拟电厂”推进泛在电力物联网建设与发展［C］。中国电力企业管理创新实践（2019年），2020：450-452。

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