泛在電力物聯網下虛擬電廠運營機制及關鍵技術

楊燕鵬 彭波

內容摘要 文章對電力物聯網下虛擬電廠運營機制及關鍵技術進行了探討，從闡述電力物聯網的特點入手，進一步分析了虛擬電廠概念，并且介紹了幾種主要的虛擬電廠的控制及運營方式，在此基礎上對虛擬電廠運營的關鍵技術展開了研究。

關鍵詞 電力物聯網 虛擬電廠運營機制 關鍵技術

1 引言

在現代社會的長期運行中，人們的生活與社會的生產離不開基本的電能支持，這就要求電力系統得到持續(xù)的創(chuàng)新與升級。隨著先進信息技術的更新換代，電力物聯網隨之出現，并形成了更具技術含量的虛擬電廠——它由發(fā)電系統、能量存儲系統、通信系統等主要成分構成。而如何采取科學的虛擬電廠運營機制及相關技術，值得思考。

2 電力物聯網的特點

電力物聯網技術是隨著現代信息技術的發(fā)展創(chuàng)新而出現的，它可以對電力企業(yè)運行系統中的諸多關鍵內容加以準確感知、快速識別、高效控制。總體而言，電力物聯網技術可以對多類現代化高端技術進行高度整合，具備智能化、自動化的特征，在電力物聯網的運行過程中，可以借助傳感器等端口迅速采集目標信息，并對其做針對性的自動處理與計算，毫無疑問，電力物聯網是直接提升電力生產效率的有效手段工具，是電力企業(yè)實現現代化發(fā)展必不可少的資源基礎。

3 虛擬電廠概述

在環(huán)境污染嚴重、資源相對緊缺的今天，提倡環(huán)保節(jié)能成為社會大勢，可再生能源因此得到了全面的推廣利用。而虛擬電廠就是采用先進工藝將可再生能源發(fā)電大規(guī)模引入電網、進而形成的區(qū)域性多能源聚合模式。該模式的出現，最初是為了對各類分布式能源——如分布式電源、可控負荷和儲能裝置等進行優(yōu)化整合與利用，進而提升資源使用率。虛擬電廠的具體工作原理是借助分布式電力管理體系，將整個電力系統內所包含的分布式電源、可控負荷和儲能裝置等協調起來，構成一個具有突出虛擬特征及綜合性的整體，成為電網順利工作及對其進行調度管理的一大平臺工具，進而實現對智能電網、分布式電源等要素的全面控制，確保分布式能源的優(yōu)勢能得到最大程度的展現，進而為電網和用戶創(chuàng)造更高的效益。從虛擬電廠的內部結構看，它的構成要素包括了發(fā)電系統、儲能設備、通信系統等[1]。

3.1 發(fā)電系統

在虛擬電網中，發(fā)電系統是最基礎的子系統之一，它又涵蓋了家庭型（Domestic Distribute Dgeneration，PDG）及公用型（Public Distribute Dgeneration，PDG）分布式電源兩種不同類型。其中，DDG的核心性能在于它可以達到用戶實時變化的自身負荷需求，在電能盈余時，自動把多余的電能送往電網中去。與之對應的，PDG則更多地負責將自身產出的電能送往電網體系內，其最終目的在于售出電能，常見的風電、光伏等新能源發(fā)電裝置就是PDG模式的實際運用案例。

3.2 能量存儲系統

能量存儲系統，顧名思義，該系統是指能夠通過能量的日常存儲，在可再生能源發(fā)電出力表現出不穩(wěn)定問題時，對其加以補償的結構。能量存儲系統可以根據實時變動著的電力需求情況，對可再生能源波動所引起的電網系統薄弱問題加以改善，提升系統接納可再生能源發(fā)電的能力，進而確保系統優(yōu)勢性能得到發(fā)揮。

3.3 通信系統

通信系統可以對虛擬電廠做全面的能量管理、數據收集與實時監(jiān)控，并且完成電力系統調度中心的通信任務。在通信系統與電網及相關虛擬電廠彼此進行信息交流的過程中，虛擬電廠的管理將更具透明性與直接性，整個虛擬電廠的管控效率也將明顯提升。

4 虛擬電廠的控制及運營方式

4.1 集中控制方式

對虛擬電廠加以控制，可以采取集中控制的模式，它是指對電廠系統內的全部內容與分布式單元等相關信息資料進行全面的了解，對各結構的運行狀態(tài)等進行精密計算與研究，進而實現對全部發(fā)電或用電單元的高效控制[2]。

4.2 分散控制方式

采取分散式控制方法進行經營的虛擬電廠，往往被劃分成多個不同的層次。其中，位于下層的電廠控制協調中心負責對系統內部全部的發(fā)電或用電單元進行管理，隨后由該級虛擬電廠的控制協調中心進行信息反饋，將反饋的資料傳遞給更高一級的控制協調中心，最終形成一個極具豐富性的層次結構。

4.3 完全分散控制方式

在完全分散控制模式影響下的虛擬電廠，其控制協調中心基本由數據交換與處理中心充當。虛擬電廠自身也被區(qū)分為不同的也各自獨立的智能子單元，它們并不被數據交換與處理中心直接管控，而只能與數據交換與處理中心的數據實現交流與共享，并且結合其收到的信息對系統的高效運行加以優(yōu)化。

5 虛擬電廠運營的關鍵技術

5.1 分布式電源的互補技術

如前文所述，因為可再生能源的出力本身具有相當明顯的不穩(wěn)定性、間歇性特征，這就給分布式電源的動態(tài)組合造成了一定的困擾。而在全球能源項目建設持續(xù)創(chuàng)新的背景下，國家就可再生能源問題提出了“一帶一路”和“一極一道”的方案，將參與該方案的各國所有的風能和太陽能資源進行整合、利用，“一極一道”進一步推動了可再生能源基地電力的送出、洲際電能交換工作的高效進行。能源互聯網項目的出現，使得跨境電力與輸電通道的搭建成為可能，為區(qū)域電網的完善提供了強大的技術支撐，彌補了分布式電源在時差、季節(jié)上的分配差異，使得資源得到更為高效的利用。

5.2 多個分布式單元動態(tài)組合技術

虛擬電廠和微電網的顯著差別便體現在虛擬電廠內含的不同分布式發(fā)電單元往往被布局在不同的地區(qū)，因此所形成的聚合范圍及其與市場的交互效率往往會因為通信穩(wěn)定性的高低而存在差異。而借助多個分布式發(fā)電單元動態(tài)組合技術的作用，可以將虛擬電廠中的單元根據特定規(guī)則加以聚合，使其作為一個完整的綜合體參與到電力市場中去，并且把由其產生的利益均衡分配給不同的分布式發(fā)電單元。

5.3 虛擬電廠數據處理技術

在信息化時代，大數據成為各行各業(yè)發(fā)展的必備工具，大數據的實質是指無需借助傳統的IT技術、軟硬件工具和數學計算公式等，直接對信息進行智能化的全面感知與提取，對數據進行高效的整合、處理和研究。借助大數據工具，可以對電廠的實際負荷和可再生能源——如風能、電能等的出力狀態(tài)等加以預估。其中，對風能的預估是極為關鍵的，這是由于數據顯示在用電高峰期，風電場的現實產能往往出現及其明顯的波動現象，進而影響電力系統的順利運行。而完成太陽能和風能的信息如風速、云層等氣象資料的預估工作，也必須獲得大量的基礎信息，利用大數據，則恰恰能對虛擬電廠內的多元化信息做統一處理，進而確保數據交換與處理中心的運作效率，使其為不同的各子系統提高更為實時、準確的信息流。

5.4 基于博弈論的合作機制

博弈論的關注要點集中在各利益相關方的關系協調、矛盾處理及利益分配問題上，一般會根據各自實際狀況及手中所掌握的信息資料，形成與各自獲益有利的決策理論。按照這種觀點模式，虛擬電廠內部的全部發(fā)電、用電單元以及電廠之外的全部運營企業(yè)，彼此之間都屬于合作博弈的關系，因此博弈論對他們都具有一定的適用性。根據合作博弈理論的原理，對合作機制與模式進行必要的完善與創(chuàng)新，使得不同的發(fā)電、用電單元保持良好協作關系，使得虛擬電廠與集成運營商等單位高效配合，這就有利于各方在良好的合作環(huán)境中各自落實其工作內容，實現利益上的共贏，推動虛擬電廠的順利運行。

6 結語

綜上所述，加強對電力物聯網下虛擬電廠運營機制及關鍵技術的探討意義重大。相關工作人員需要明確電力物聯網的特點;同時把握主要的虛擬電廠的控制及運營方式——如集中控制方式、分散控制方式、完全分散控制方式等，在此基礎上對虛擬電廠運營的關鍵技術展開研究，合理運用分布式電源的互補技術、多個分布式單元動態(tài)組合技術、虛擬電廠數據處理技術、基于博弈論的合作機制等。

（第一作者系平高集團有限公司 助理工程師）

【參考文獻】

[1]劉俊，張程，孫鴻雁，等.基于泛在電力物聯網的電力市場主動服務感知共享平臺研究[J].電力信息與通信技術，2019（7）：16-20.

[2]劉金平.泛在電力物聯網的發(fā)展與實施[J].科技創(chuàng)新與應用，2019（31）：77-78.