虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺系統(tǒng)框架與綜合功能

鐘永潔，紀(jì)陵，李靖霞，左建勛，王紫東，吳世偉

（國電南京自動化股份有限公司，江蘇省 南京市 211153）

0 引言

在“碳達(dá)峰、碳中和”背景和目標(biāo)的驅(qū)動下，我國大力推動能源綠色轉(zhuǎn)型，控制化石能源總量，實(shí)施可再生能源替代，以堅強(qiáng)智能電網(wǎng)為樞紐平臺[1-3]，以源、網(wǎng)、荷、儲互動與多能互補(bǔ)集成為支撐[2-5]，集中式發(fā)電與分布式發(fā)電結(jié)構(gòu)并舉[1,3-5]，構(gòu)建以新能源為主體的，更加清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動的新型電力系統(tǒng)[2,4-6]。因此，未來能源領(lǐng)域中，電力需求側(cè)必將重視多能綜合，使分布式能源規(guī)?；?，加強(qiáng)對用戶側(cè)靈活性資源的開發(fā)和利用[4,7-10]。

傳統(tǒng)電力系統(tǒng)基于同步發(fā)電機(jī)組，采取“源隨荷動”的組織形式[5-6,11-13]，而在以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中，風(fēng)電、光伏大規(guī)模接入，其出力具有隨機(jī)性、波動性特征，對系統(tǒng)運(yùn)行影響巨大[2-4,14-16]。同時在負(fù)荷側(cè)，分布式發(fā)電、儲能等資源的引入，出現(xiàn)了大量產(chǎn)銷者，電力潮流由單向向多向轉(zhuǎn)變，用電隨機(jī)性上升，給電網(wǎng)調(diào)度帶來困擾[6,17-20]。因此，必須摒棄采用傳統(tǒng)措施的固有定式，采用創(chuàng)新發(fā)展的思維模式，尋求多元互動、多方參與的解決措施[9,21-24]。

《關(guān)于推進(jìn)電力源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補(bǔ)發(fā)展的指導(dǎo)意見》中提出：強(qiáng)化“源、網(wǎng)、荷、儲”各環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)互動，充分挖掘系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)能力和需求側(cè)資源，提升系統(tǒng)運(yùn)行效率和電源開發(fā)綜合效益。通過虛擬電廠等一體化聚合模式，參與電力中長期交易、輔助服務(wù)、現(xiàn)貨市場交易等，為系統(tǒng)調(diào)節(jié)提供支撐能力[6,18,25-27]。

虛擬電廠通過傳感、通信、預(yù)測、能量管理、市場交易等技術(shù)手段，聚合規(guī)模小、地理位置分散的分布式發(fā)電、儲能、可控負(fù)荷、電動汽車等資源，與大電網(wǎng)友好互動，參與電力系統(tǒng)運(yùn)行和電力市場交易[15,28-30]。在提升電網(wǎng)安全運(yùn)行水平和提高可再生能源消納的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，為參與各方帶來增值收益[8,28-30]。新型電力系統(tǒng)的發(fā)展成為未來趨勢，在新的發(fā)電、輸電、配電、用電勢態(tài)下，虛擬電廠是當(dāng)前國家開展新型電力系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的一個重要建設(shè)方向[6,18,28-30]，在破解清潔能源消納難題、綠色能源轉(zhuǎn)型方面發(fā)揮重要作用，它能夠提升能源服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對分布式能源的響應(yīng)分配、靈活潛力挖掘、實(shí)時協(xié)調(diào)控制，參與電力交易市場和需求響應(yīng)[13,27,29-30]。

目前，國內(nèi)外學(xué)者在虛擬電廠的需求響應(yīng)、優(yōu)化調(diào)度、控制策略、綜合服務(wù)、運(yùn)營管理等方面已經(jīng)有了一些基礎(chǔ)性研究，文獻(xiàn)[2]針對可再生能源消納的問題進(jìn)行了分析，在對虛擬電廠的基本概念進(jìn)行詳細(xì)闡述的基礎(chǔ)上提出了基于虛擬電廠的消納可再生能源能力提升措施；文獻(xiàn)[7]對需求響應(yīng)模式、負(fù)荷分類建模的研究成果進(jìn)行了總結(jié)，并根據(jù)負(fù)荷用電特點(diǎn)總結(jié)出各類負(fù)荷通用模型，以期實(shí)現(xiàn)大規(guī)模負(fù)荷群控制；文獻(xiàn)[11]引入了集群服務(wù)商對包含多類型資源虛擬電廠的集群進(jìn)行合理管控，構(gòu)建虛擬電廠集群系統(tǒng)架構(gòu)，為解決虛擬電廠“源-荷”資源差異性和可再生能源波動性問題提供了解決思路；文獻(xiàn)[21]構(gòu)建了虛擬電廠“批發(fā)-零售”兩級市場交易體系，并建立了虛擬電廠協(xié)調(diào)優(yōu)化機(jī)理，為營造合理的商業(yè)模式提供了理論參考；文獻(xiàn)[26]采取了虛擬電廠同時參與直接電力交易市場與調(diào)峰市場的運(yùn)營模式，提出了基于條件風(fēng)險價值理論的虛擬電廠日前優(yōu)化運(yùn)行模型，實(shí)現(xiàn)了對期望成本進(jìn)行合理分配。綜合以上分析，已有研究相對缺乏對虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺的研究，尤其缺乏從系統(tǒng)框架與綜合功能視角對虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺的分析，亟需進(jìn)一步開展相關(guān)方面研究。

基于此，本文將從系統(tǒng)框架和綜合功能2 個視角，對虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺進(jìn)行深度剖析和闡述。在分析虛擬電廠運(yùn)營管控框架及其參與市場框架的基礎(chǔ)上，對虛擬電廠能源生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行分析，基于平臺體系框架和平臺結(jié)構(gòu)框架2個維度分析虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺系統(tǒng)框架，并進(jìn)一步剖析虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺綜合功能，最后從多個方面對虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺建設(shè)目標(biāo)進(jìn)行總結(jié)與展望。

1 虛擬電廠能源技術(shù)框架

1.1 虛擬電廠運(yùn)營管控框架

虛擬電廠其實(shí)不是一個新概念或新事物，它的提出已有20余年，21世紀(jì)初在德國、英國、法國、荷蘭等歐洲國家興起，并已擁有多個成熟的示范項目，其在主要關(guān)注分布式能源可靠并網(wǎng)的同時，構(gòu)筑電力市場中穩(wěn)定的商業(yè)模式[13-15,21]。虛擬電廠顧名思義就是虛擬化的電廠，它不是一個真實(shí)的物理電廠，但起到了電廠的作用：發(fā)出電能，參與能量市場；通過調(diào)節(jié)功率來參與輔助服務(wù)市場調(diào)峰、調(diào)頻等[16-17,22-23]。虛擬電廠內(nèi)部通過信息技術(shù)將發(fā)電、用電、儲能等資源進(jìn)行梳理聚合，與外部集控系統(tǒng)、管理平臺配合，進(jìn)行協(xié)同控制、協(xié)同優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、運(yùn)行策略調(diào)整[15-16,24]。

虛擬電廠對外進(jìn)行能量傳輸，根據(jù)市場變化需求進(jìn)行碳市場、電力市場交易[8,13,27]。因此，可以將虛擬電廠理解為一種能發(fā)揮電廠作用的某種“黑匣子”[6,14-16,24]，它不需要新建一個物理電廠，但是對外既可以作為“正電廠”向系統(tǒng)供電，也可以作為“負(fù)電廠”接收系統(tǒng)的電力[2-4,16,29]?！昂谙蛔印卑植际诫娫?、多元化儲能設(shè)施、電動汽車、可控負(fù)荷等資源[4,16,20]。但只有這些資源還不足以使之成為有效的能源系統(tǒng)，虛擬電廠還需要一套技術(shù)和系統(tǒng)來將它們智能地聚合起來[16-17,23-25]。

虛擬電廠依托現(xiàn)代信息通信和先進(jìn)的智能控制技術(shù)，把分布式電源、儲能、負(fù)荷等分散在電網(wǎng)的各類資源相聚合，進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行控制和市場交易[4,16,26-28]，構(gòu)建以電為中心，多類型、多能流、多主體資源的聚合，實(shí)現(xiàn)電源側(cè)的多能互補(bǔ)、負(fù)荷側(cè)的靈活互動，對電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)，并為用戶和分布式能源等市場主體提供參與電力市場交易的途徑[3-6,18-20]。

正因?yàn)樘摂M電廠聚合了多種能源資源，包括可調(diào)靈活負(fù)荷、儲能、微電網(wǎng)、電動汽車、分布式能源等，所以才可以在電網(wǎng)中扮演“正電廠”或“負(fù)電廠”的角色，配合系統(tǒng)填谷，快速響應(yīng)指令，配合保障系統(tǒng)穩(wěn)定并獲得經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼，甚至可進(jìn)一步等同于電廠參與容量、電量、輔助服務(wù)等各類電力市場，獲得經(jīng)濟(jì)效益[5,16,22]。以往傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)削峰填谷，基本是通過火電廠實(shí)現(xiàn)的，滿足峰值負(fù)荷需要大量投資電廠和配套電網(wǎng)；而通過虛擬電廠只需要在建設(shè)、運(yùn)營、激勵等環(huán)節(jié)滿足較少投資，就可以實(shí)現(xiàn)有效的削峰填谷功能，是一種相對省錢的解決思路[7,16,27-28]。可見，通過虛擬電廠來進(jìn)行電力調(diào)峰，將有助于少建或不建傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠調(diào)峰，大力推動電力行業(yè)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的落地[14-16,19]。虛擬電廠作為新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型中的重要配置，在政策扶持、技術(shù)驗(yàn)證、商業(yè)模式等方面都日趨成熟?？深A(yù)見，虛擬電廠成為未來解決能源變革的重要手段，即將邁入快速增長期[16,19,30]。

虛擬電廠通過分布式能源管理系統(tǒng)將分散安裝的清潔能源、可控負(fù)荷和儲能聚合作為一個特別的電廠參與電網(wǎng)運(yùn)行[9,16,19-20]。匯聚的資源可以是發(fā)電側(cè)的“正電廠”，也可以是用戶側(cè)的“負(fù)電廠”，還可以是包含發(fā)電、用電的綜合電廠，其核心思想就是把各類分散可調(diào)電源、可控負(fù)荷、儲能聚合起來，通過數(shù)字化的手段形成一個虛擬的電廠來做統(tǒng)一的管理和調(diào)度，同時作為聚合主體參與電力市場[16-18,22,30]。所以，虛擬電廠本質(zhì)上是一套軟件平臺系統(tǒng)，它聚合了現(xiàn)有的分布式資源，并通過協(xié)同控制參與電力市場，從而起到真實(shí)的物理電廠作用[3,14-16,27]。

1.2 虛擬電廠參與市場框架

虛擬電廠以價值為驅(qū)動，整合各柔性靈活資源、參與電力批發(fā)市場各類交易，為電網(wǎng)運(yùn)營提供容量和輔助服務(wù)，提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，并促進(jìn)可再生能源的高效優(yōu)化整合[2,8,15,21,26]，虛擬電廠參與市場框架如圖1所示。

基于屋頂光伏、分布式風(fēng)電等大量分散式發(fā)電資源，虛擬電廠通過整合包括分布式光伏、風(fēng)電等在內(nèi)的分散式發(fā)電資源，在電力市場運(yùn)營中參與電能量市場與輔助服務(wù)市場，并且提高電力系統(tǒng)與光伏、風(fēng)電等清潔能源波動性的相互適應(yīng)性[9,12,15,24]。在低碳運(yùn)行方面，虛擬電廠通過市場利益分配，提高分散式風(fēng)電、分布式光伏等可再生能源、儲能系統(tǒng)、柔性靈活負(fù)荷等各類分布式發(fā)電市場參與積極性和便利性，增加分布式發(fā)電規(guī)模效應(yīng)，促進(jìn)供需互動，減少分布式發(fā)電隨機(jī)性、波動性對電力系統(tǒng)的影響，提高電力系統(tǒng)可再生能源接納能力，提供系統(tǒng)低碳環(huán)保運(yùn)行能力[6-8,11,28]。在新能源消納方面，通過虛擬電廠的運(yùn)行機(jī)制實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)能源與新能源之間的互補(bǔ)協(xié)同調(diào)度與電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行，以最大程度地平抑新能源電力的強(qiáng)隨機(jī)性、波動性，提高新能源的利用率[15-19,24,30]。

在電力市場交易方面，虛擬電廠主要通過調(diào)度靈活性資源提供輔助服務(wù)。隨著電力市場機(jī)制的逐步完善，以及售電市場的建設(shè)，以虛擬電廠為核心的售電公司將逐步參與電力市場交易。虛擬電廠運(yùn)營商作為一個獨(dú)立的市場主體，代理自己服務(wù)范圍內(nèi)的分布式能源、柔性負(fù)荷、儲能系統(tǒng)等靈活性資源與電力市場[3-6,15,28]。

通過虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺實(shí)現(xiàn)柔性靈活負(fù)荷與分布式能源的聚合管理，通過資源整合進(jìn)行統(tǒng)一的經(jīng)濟(jì)調(diào)度，結(jié)合各試點(diǎn)區(qū)域售電側(cè)“開放”與發(fā)電側(cè)“競價”上網(wǎng)的電力市場改革現(xiàn)狀，對虛擬電廠的交易策略進(jìn)行建模。針對虛擬電廠同時具備分布式能源的發(fā)電特征，以及柔性負(fù)荷的用戶特征，賦予虛擬電廠聚“售電商”和“發(fā)電商”的雙重角色，通過現(xiàn)有競爭報價系統(tǒng)中的電力市場交易模型，對多場景下的虛擬電廠的競價策略進(jìn)行優(yōu)化和利益均衡，實(shí)現(xiàn)利益最大化。同時，通過虛擬電廠的集中整合與優(yōu)化調(diào)度，可以作為響應(yīng)資源參與電力系統(tǒng)的削峰填谷等輔助服務(wù)，以及針對性的需求側(cè)響應(yīng)服務(wù)[4-6,12,24]。

1.3 虛擬電廠能源生態(tài)系統(tǒng)

目前，我國電力系統(tǒng)主要是以火力發(fā)電為主，水電、風(fēng)電、光伏發(fā)電、核電等發(fā)電形式作為補(bǔ)充的電力能源系統(tǒng)。傳統(tǒng)電力能源生態(tài)系統(tǒng)總體上圍繞電力的生產(chǎn)和消耗[16]，大體上可分為發(fā)電側(cè)、輸配側(cè)、用電側(cè)，傳統(tǒng)電力能源生態(tài)系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電、用電界限較為清晰，生產(chǎn)者與消費(fèi)者關(guān)系也是相對明確，能源系統(tǒng)為典型的“源隨荷動”運(yùn)行模式[3,16,19-21]。相對于傳統(tǒng)電力能源生態(tài)系統(tǒng)，虛擬電廠的能源生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)了明顯變化，發(fā)電、輸電、配電、用電界限相互交叉，生產(chǎn)者與消費(fèi)者的角色同時兼有，根據(jù)需求可以改變角色身份特征，運(yùn)行方式特征為“源荷互動”[5,16,19,27]。

分布式電源具有高能效、低排放、發(fā)電靈活、靠近負(fù)荷中心等優(yōu)勢，但隨著大量分布式電源接入電網(wǎng)，新能源出力的隨機(jī)性給系統(tǒng)供需平衡帶來了更大的不確定性，制約可再生能源電源有效利用[16,23-25]。高滲透率的可再生能源電源可造成系統(tǒng)實(shí)時運(yùn)行的供需不平衡，傳統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)度方式所遵循的“發(fā)電跟蹤負(fù)荷”的思路不符合“源荷雙側(cè)調(diào)度”的未來電網(wǎng)的發(fā)展[16-18]。在我國能源低碳轉(zhuǎn)型的道路上，虛擬電廠也將作為支撐電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的一個重要抓手[16,18-20]。

虛擬電廠系統(tǒng)和服務(wù)平臺將發(fā)、輸、配、用電聚合在一起，內(nèi)部的每一部分都是一個小能源系統(tǒng)，虛擬電廠豐富了智能電網(wǎng)的內(nèi)涵，也擴(kuò)展了智能電網(wǎng)的外延，為保證安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、高效的電力供應(yīng)，滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對電力的多樣化需求，解決能源與環(huán)保問題提供了可行的解決方案。

電網(wǎng)對運(yùn)行安全有著嚴(yán)格要求，而電網(wǎng)安全的首要目標(biāo)就是保證發(fā)、用電的實(shí)時平衡，需要發(fā)電側(cè)的不斷調(diào)節(jié)去擬合負(fù)荷曲線[17-20,24]。但是，新能源發(fā)電嚴(yán)重依賴于光照強(qiáng)度、風(fēng)力強(qiáng)度等自然資源，具有隨機(jī)性、間歇性和波動性的特點(diǎn)，對負(fù)荷的支撐能力不足[4,12,20-23]。若規(guī)?；苯硬⑷腚娋W(wǎng)發(fā)電，將會對電網(wǎng)造成巨大沖擊，威脅電力系統(tǒng)安全以及供電的穩(wěn)定性[9,13-14,22]。另外，由于小型分布式新能源發(fā)電設(shè)施、儲能設(shè)施、可控制用電設(shè)備、電動汽車等的持續(xù)發(fā)展普及，在用電側(cè)，很多電力用戶也從單一的消費(fèi)者轉(zhuǎn)變?yōu)榛旌闲螒B(tài)的產(chǎn)銷者，并且各類激增的大功率用電設(shè)備(如充電樁)也使電網(wǎng)供應(yīng)尖峰負(fù)荷時壓力倍增，不能任由其尖峰負(fù)荷集中疊加出現(xiàn)。因而，在新的發(fā)用電背景下，虛擬電廠技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，虛擬電廠技術(shù)為保障電力能源的安全高效利用開辟了一條新的路徑[3-5,13,23]。

隨著分布式能源發(fā)電技術(shù)的逐步成熟與推廣，越來越多的分布式能源被廣泛運(yùn)用于電力系統(tǒng)用戶側(cè)，作為配網(wǎng)中不可或缺的清潔能源，分布式能源的加入既有效降低了用戶側(cè)的碳排放水平，又緩解了電力供需間的不平衡現(xiàn)象[7-9,18,30]。另外，如何實(shí)現(xiàn)“源網(wǎng)荷儲”電力電量平衡、儲能管理、策略運(yùn)營和優(yōu)化協(xié)調(diào)運(yùn)行等功能，成了未來價值投資的關(guān)鍵技術(shù)[5,12-13,24]，而虛擬電廠作為分布式能源管理的重要技術(shù)手段，在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界都得到了廣泛的研究和運(yùn)用，其以技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、互利共贏的模式實(shí)現(xiàn)低碳、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，推動“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)實(shí)施[18-20,26]。

2 虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺系統(tǒng)框架

2.1 虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺體系框架

虛擬電廠是聚合優(yōu)化“源、網(wǎng)、荷、儲、售、服”清潔發(fā)展的新一代智能控制技術(shù)和互動商業(yè)模式。在傳統(tǒng)電網(wǎng)物理架構(gòu)上依托互聯(lián)網(wǎng)和現(xiàn)代信息通信技術(shù)，把分布式電源、儲能、負(fù)荷等分散在電網(wǎng)的各類資源聚合，進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化運(yùn)行控制，參與電力系統(tǒng)運(yùn)行和電力市場交易，實(shí)現(xiàn)電源側(cè)的多能互補(bǔ)、負(fù)荷側(cè)的靈活互動，對電網(wǎng)提供調(diào)峰、調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)。虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺體系框架[14-16]如圖2 所示。

圖2 虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺體系框架示意圖Fig. 2 Schematic diagram of system framework of intelligent operation management and control platform for virtual power plant

虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺系統(tǒng)架構(gòu)主要從安全性視角進(jìn)行設(shè)計，分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應(yīng)用層。由于負(fù)荷側(cè)、分布式電源物理網(wǎng)絡(luò)接入類型眾多，包括無線公網(wǎng)、專線公網(wǎng)、光纖專網(wǎng)等，這些資源接入平臺時，需經(jīng)過“安全接入?yún)^(qū)”進(jìn)行隔離和防護(hù)。平臺與電網(wǎng)運(yùn)營系統(tǒng)、電力交易平臺交互時，須經(jīng)過防火墻隔離。在平臺內(nèi)部，控制大區(qū)和管理大區(qū)之間，通過正反向隔離裝置進(jìn)行隔離。

2.2 虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺結(jié)構(gòu)框架

虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺主要可分為資源管理中心、計算分析中心、運(yùn)行控制中心和交易管理中心等，虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺結(jié)構(gòu)框架[10,16,22]如圖3所示。資源管理中心負(fù)責(zé)對用戶和資源的管理。運(yùn)行控制中心完成對資源的控制。計算分析中心完成對資源的可調(diào)度潛力分析等分析計算功能。交易管理中心負(fù)責(zé)虛擬電廠與電力交易中心以及虛擬電廠與資源用戶的交易管理、競價策略制定和申報等功能[16-18,26]。

圖3 虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺結(jié)構(gòu)框架示意圖Fig. 3 Schematic diagram of structural framework of intelligent operation management and control platform for virtual power plant

虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺結(jié)構(gòu)框架包括1個平臺、2張網(wǎng)絡(luò)、4個中心和多方應(yīng)用[16]。

1）1 個平臺：基于云平臺部署虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺，采用云平臺架構(gòu)部署，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)和互動信息的計算、存儲、集成能源運(yùn)行管理、交易、服務(wù)功能，聚合優(yōu)化各類可調(diào)度資源與電力系統(tǒng)實(shí)時交互，參與電網(wǎng)調(diào)度、調(diào)峰、調(diào)頻、輔助服務(wù)和電力市場交易。

2）2 張網(wǎng)絡(luò)：構(gòu)建以智能配電網(wǎng)、園區(qū)微電網(wǎng)為核心的多能流網(wǎng)絡(luò)和以“云管邊端”架構(gòu)為核心的電力物聯(lián)網(wǎng)，通過電力物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電力能量網(wǎng)絡(luò)的貫通、聚合，構(gòu)建園區(qū)虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺。

3）4個中心：包括資源管理中心、計算分析中心、運(yùn)行控制中心和交易管理中心，根據(jù)業(yè)務(wù)分類，基于“微應(yīng)用”服務(wù)架構(gòu)的多方應(yīng)用分別部署于各中心，支持應(yīng)用彈性伸縮，即快速部署和快速下線。根據(jù)應(yīng)用需求，可擴(kuò)展能量管理中心，能量管理中心實(shí)現(xiàn)基于資源狀態(tài)和市場信息的資源監(jiān)視和控制策略制定，實(shí)現(xiàn)多能流全程掌控、監(jiān)視、調(diào)配。

4）多方應(yīng)用：對電力系統(tǒng)，提升系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)和新能源消納能力；對售電公司、電力用戶，提供便捷參與電力互動的技術(shù)手段、市場化參與的渠道與可持續(xù)的商業(yè)模式；對電網(wǎng)公司，提高資源可觀可控性，提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平；對發(fā)電企業(yè)、園區(qū)企業(yè)，提升存量機(jī)組利用效率，促進(jìn)新能源消納；對新興市場主體，拓展業(yè)務(wù)模式，形成商業(yè)新業(yè)態(tài)。

虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺基于電力物聯(lián)網(wǎng)可接入風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、柴油發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電、儲能等分布式電源和電動汽車等柔性負(fù)荷，同時基于平臺的運(yùn)行控制中心，可控制電力能量的合理流動。同時，平臺支持和調(diào)度中心、電力市場交易管理中心進(jìn)行信息交互。

3 虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺綜合功能

3.1 綜合功能結(jié)構(gòu)藍(lán)圖

虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺是對虛擬電廠主站管轄下的虛擬電廠終端進(jìn)行監(jiān)控和管理的平臺。智慧運(yùn)營管控平臺與虛擬電廠終端之間進(jìn)行信息交互，對含電動汽車、儲能設(shè)備、可控資源在內(nèi)的各類用戶柔性負(fù)荷、分布式發(fā)電資源進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和調(diào)節(jié)控制。

通過智慧運(yùn)營管控平臺，可實(shí)時了解用戶負(fù)荷以及分布式發(fā)電資源的運(yùn)行情況，并對信息進(jìn)行分類、處理，以不同的形式(如報表、曲線、餅圖、柱狀圖等)進(jìn)行展示，方便運(yùn)行維護(hù)人員實(shí)時了解資源的運(yùn)行狀態(tài)，基于不同的調(diào)控策略對虛擬電廠終端進(jìn)行調(diào)控，同時，智慧運(yùn)營管控平臺通過用戶管理、發(fā)電運(yùn)營和售電運(yùn)營，參與電力系統(tǒng)輔助服務(wù)市場，其具體綜合功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺通過公網(wǎng)或者電力專網(wǎng)，與用戶負(fù)荷及分布式發(fā)電資源進(jìn)行信息通信。系統(tǒng)與營銷業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)交互電力市場信息，包括電力價格、用戶合同等；與調(diào)度自動化系統(tǒng)交互電網(wǎng)調(diào)控信息，包括接收電網(wǎng)負(fù)荷信息、電網(wǎng)調(diào)控指令，發(fā)送調(diào)控結(jié)果等；與用戶采集終端交互用戶電量數(shù)據(jù)，包括接收所有電力用戶的電量數(shù)據(jù)，發(fā)送聚合電力用戶的電量數(shù)據(jù)等。

3.2 綜合功能物理結(jié)構(gòu)

虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺一般部署在負(fù)荷聚合商機(jī)房，其綜合功能物理架構(gòu)如圖5所示。

圖5 虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺物理結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 5 Schematic diagram of physical architecture of intelligent operation management and control platform for virtual power plant

從安全分區(qū)上分為安全Ⅰ區(qū)和安全Ⅳ區(qū)。安全Ⅰ區(qū)包括監(jiān)控和能量管理服務(wù)器、前置服務(wù)器、時間同步裝置、安全接入?yún)^(qū)、監(jiān)控工作站等設(shè)備，通過“無線物聯(lián)專網(wǎng)”，接入各類用戶資源(包括風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、電動汽車、智慧樓宇、儲能系統(tǒng)等)。安全Ⅳ區(qū)包括電力市場交易服務(wù)器、Web發(fā)布服務(wù)器、安全接入網(wǎng)關(guān)、安全隔離裝置、交易工作站等設(shè)備，通過互聯(lián)網(wǎng)向用戶終端發(fā)布電力交易信息、用戶資源運(yùn)行狀況等信息。

3.3 綜合功能場景應(yīng)用

1）面向電力系統(tǒng)，提升新型電力系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)、“源網(wǎng)荷儲”互動和新能源消納能力。

2）面向發(fā)電企業(yè)，為新能源機(jī)組提供新增調(diào)峰輔助服務(wù)能力，降低調(diào)峰市場總成本，促進(jìn)新能源消納；緩解傳統(tǒng)火電機(jī)組深度調(diào)峰壓力，提升存量機(jī)組利用效率。

3）面向電網(wǎng)公司，提高分散在配電網(wǎng)負(fù)荷側(cè)中可調(diào)節(jié)資源的可觀性、可控性和實(shí)時響應(yīng)能力，提升電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平；提高設(shè)備使用效率，減少電網(wǎng)的投資與建設(shè)。

4）面向電力用戶，為分布式光伏、充電汽車、用戶側(cè)儲能等產(chǎn)銷結(jié)合的新型用戶提供“售電”的途徑，提供參與電力市場的交易渠道、可持續(xù)的商業(yè)模式；蓄熱式電鍋爐、智能樓宇、工商業(yè)用戶可根據(jù)價格信號主動選擇用電行為，降低用能成本。

4 結(jié)論

作為“虛擬電廠聚合商”的資源管理和監(jiān)控、智慧運(yùn)營、管控、參與電力市場的重要技術(shù)平臺，虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺具有很大的市場潛力，發(fā)展應(yīng)用前景廣闊。

虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺在國內(nèi)研究剛起步，目前尚未有可批量推廣的產(chǎn)品。各省正在籌建智慧運(yùn)營管控平臺，此平臺是未來虛擬電廠省級主站的基礎(chǔ)，基于此平臺也可以擴(kuò)展虛擬電廠能量管理系統(tǒng)。由于電力市場的不斷發(fā)展，虛擬電廠在省級電力市場規(guī)則下的發(fā)展和應(yīng)用需進(jìn)一步摸索和完善，在推進(jìn)虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺建設(shè)中，需要重點(diǎn)關(guān)注并實(shí)現(xiàn)如下目標(biāo)。

1）技術(shù)性目標(biāo)：通過虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺建設(shè)，以最低的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境成本保證電網(wǎng)平衡，為解決電力供需平衡提供技術(shù)手段。

2）經(jīng)濟(jì)性目標(biāo)：虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺是連接零售市場與批發(fā)市場的智能化橋梁，幫助分布式能源所有商、負(fù)荷聚合商、負(fù)荷代理商及終端用戶等實(shí)現(xiàn)價值最大化、利潤最大化。

3）角色定位：作為數(shù)字虛擬發(fā)電廠，通過配電網(wǎng)參與電力系統(tǒng)整體運(yùn)行調(diào)度；在電力批發(fā)市場競爭模式下，可以作為獨(dú)立的輔助服務(wù)提供商；在電力零售競爭模式下，可以作為零售商、負(fù)荷聚合商、負(fù)荷代理商參與電力零售市場。

4）未來發(fā)展：發(fā)揮數(shù)字化和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢，通過智能化地管理多樣性分布式電源、作為網(wǎng)絡(luò)資源的協(xié)同共享體，利用大數(shù)據(jù)分析海量能源數(shù)據(jù)，創(chuàng)造新的商業(yè)模式。

隨著能源革命與數(shù)字革命的推進(jìn)，虛擬電廠獲得了前所未有的發(fā)展機(jī)會。其中，大數(shù)據(jù)、云計算、邊緣技術(shù)、人工智能技術(shù)使得虛擬電廠獲得了智能化資源識別、場景資源適配、廣域調(diào)度能力；移動互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使得分布式資源的規(guī)模化聚合問題得以解決。豐富化、共享型的應(yīng)用場景，使得用電客戶參與意愿更強(qiáng)、參與機(jī)會更多、參與收益更高?？梢灶A(yù)期，虛擬電廠的發(fā)展前景十分廣闊，而虛擬電廠智慧運(yùn)營管控平臺關(guān)鍵技術(shù)研究和發(fā)展應(yīng)用程度將直接決定虛擬電廠發(fā)展前景。