虛擬電廠信息通信標(biāo)準(zhǔn)化需求分析及體系設(shè)計(jì)

Standardization Demand Analysis and System Design of Information and Communication for Virtual Power Plants

QU Yayun1：2\" WANG Shuyang12 ZHENG Tao3 CHEN Ke1.2 LIU Yuqing1.2 （1.China Electric Power Research Institute; 2.Beijing Key Laboratory of Demand-side Multi-energy Complementary Optimization and Supply-demand Interaction Technology;3.Nanrui Group Co.，Ltd.）

Abstract：This paperfirstly sorts outthecurrentsituation of standards constructionon domestic virtual power plants in termsof thestandardssystemandexistingstandardsatdiferentlevels.Itanalyzesthedevelopmenttrendofvirtualpower plantcommunication technologyand judges the communication architecture supporting the development of virtual power plant businessIt finallyputs forward the mainproblems and standardization construction demandof virtualpower plant informationand communication，designs the directionof standardsconstruction of thecommunicationbranch of virtual power plants，summarizes andanalyzes the scope ofapplication，maincontents and problems tobesolved，soas to provide technical guidance for the development of virtual power plants and accelerate the application.

Keywords：virtual power plants; standardssystem;communication architecture

0 引言

隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)快速推進(jìn)，分布式電源、電動(dòng)汽車等新興資源發(fā)展迅猛，“源荷”雙側(cè)隨機(jī)特性凸顯，傳統(tǒng)“源隨荷動(dòng)”的電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)方式受到挑戰(zhàn)，系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)資源容量嚴(yán)重不足，到2030年預(yù)計(jì)可再生能源功率調(diào)節(jié)缺口將達(dá)到7億千瓦。在電力供需雙側(cè)不確定性顯著增強(qiáng)的新形勢下，虛擬電廠作為需求側(cè)資源開發(fā)的新興手段備受關(guān)注”。

近兩年來，國家、地方層面密集出臺(tái)數(shù)十項(xiàng)支持政策，鼓勵(lì)虛擬電廠加快發(fā)展，主動(dòng)參與新型電力系統(tǒng)建設(shè)。今年4月，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)虛擬電廠發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確虛擬電廠是基于電力系統(tǒng)架構(gòu)，運(yùn)用現(xiàn)代信息通信、系統(tǒng)集成控制等技術(shù)，聚合分布式電源可調(diào)節(jié)負(fù)荷、儲(chǔ)能等各類分散資源，作為新型經(jīng)營主體協(xié)同參與電力系統(tǒng)優(yōu)化和電力市場交易的電力運(yùn)行組織模式[2]。作為新型電力系統(tǒng)的重要組成部分，虛擬電廠可整合需求側(cè)可調(diào)節(jié)資源，促進(jìn)新能源消納，支撐電力安全保供；可帶動(dòng)能源電力業(yè)態(tài)模式創(chuàng)新，助力發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力和能源產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

然而，在當(dāng)前產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展態(tài)勢下，虛擬電廠運(yùn)營商積極聚合各類主體，加快搶占資源、擴(kuò)大規(guī)模，但實(shí)際可調(diào)節(jié)容量卻相對較小[3]，對電網(wǎng)調(diào)節(jié)貢獻(xiàn)價(jià)值作用非常有限。同時(shí)，虛擬電廠實(shí)際建設(shè)運(yùn)營受限于基礎(chǔ)設(shè)施能力不足、運(yùn)營機(jī)制缺乏、盈利模式單一、用戶參與意愿低等痛點(diǎn)問題，亟需建立科學(xué)性、規(guī)范性、引領(lǐng)性的虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系和核心標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)虛擬電廠建設(shè)應(yīng)用[4-5]。

國內(nèi)虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)工作起步較早，但現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)體系仍不健全，虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)研制進(jìn)度與虛擬電廠發(fā)展速度存在不匹配，虛擬電廠實(shí)際建設(shè)運(yùn)營中出現(xiàn)無據(jù)可依的情況。其中，信息通信技術(shù)作為虛擬電廠運(yùn)行的重要依托，未來面臨海量高頻信息采集、傳輸、處理需求，在采集時(shí)延、信息安全等問題上面臨更多挑戰(zhàn)。因此本文立足于虛擬電廠快速發(fā)展的新形勢，梳理目前國內(nèi)虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)現(xiàn)狀，分析梳理未來虛擬電廠通信技術(shù)的整體架構(gòu)，結(jié)合具體技術(shù)方面研判虛擬電廠信息通信領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)需求，設(shè)計(jì)對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展，為虛擬電廣高速發(fā)展提供規(guī)范支撐。

1虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系概況

我國電力行業(yè)虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系于2021年開始布局，建立了中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)牽頭、相關(guān)標(biāo)委會(huì)配合的工作機(jī)制。目前，在國家標(biāo)準(zhǔn)層面，GB/T44241—2024《虛擬電廠管理規(guī)范》和GB/T44260—2024《虛擬電廠資源配置與評估技術(shù)規(guī)范》已于2025年2月1日正式實(shí)施，標(biāo)志著行業(yè)進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化新階段。地方標(biāo)準(zhǔn)方面，深圳率先發(fā)布了3項(xiàng)技術(shù)規(guī)范，分別針對分布式光伏接人、終端安全加密及電動(dòng)汽車充換電設(shè)施的有序充電與V2G互動(dòng)，形成了區(qū)域特色的標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充。

隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)加快推進(jìn)，為滿足虛擬電廠快速發(fā)展的需求，筆者作為全國智能電網(wǎng)用戶接口標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC549）、全國電力系統(tǒng)管理及其信息交換標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC82）代表，深度參與了中電聯(lián)組織的虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系研討工作，推動(dòng)形成涵蓋基礎(chǔ)通用、系統(tǒng)與終端、資源與接人、設(shè)計(jì)與驗(yàn)收、運(yùn)行與管理、效益與評估的虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系，并承擔(dān)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的歸口管理工作。虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系為虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和行業(yè)規(guī)范發(fā)展提供了根本依據(jù)。

2 虛擬電廠通信架構(gòu)

虛擬電廠作為靈活性資源集成聚合的主要形式，通過云管邊端架構(gòu)，依托虛擬電廠運(yùn)營商技術(shù)支持系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對海量靈活性資源的感知監(jiān)測、信息通信、實(shí)時(shí)控制、智能決策和網(wǎng)絡(luò)安全支撐，推動(dòng)終端可調(diào)節(jié)資源的實(shí)時(shí)監(jiān)測、聚合調(diào)控、可信調(diào)用。

通信系統(tǒng)是虛擬電廠的關(guān)鍵要素之一，先進(jìn)、完善的信息通信技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議為虛擬電廠實(shí)現(xiàn)分布式可調(diào)節(jié)資源的監(jiān)控、數(shù)據(jù)的快速匯聚和傳輸、海量智能終端的互聯(lián)和數(shù)據(jù)管理、虛擬電廠高水平互動(dòng)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換提供技術(shù)支撐]。虛擬電廠信息通信架構(gòu)融合虛擬電廠各項(xiàng)實(shí)際業(yè)務(wù)，高頻采集并整合需求側(cè)分布式資源多類型異構(gòu)數(shù)據(jù)[]。圖1為虛擬電廠通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖，虛擬電廠內(nèi)部的通信系統(tǒng)具有分層體系結(jié)構(gòu)，即感知（終端）層、接入層、骨干層和平臺(tái)層，不同層級間依靠安全可靠的通信協(xié)議。

（1）感知（終端）層主要由虛擬電廠數(shù)據(jù)采集終端和分布式可調(diào)節(jié)資源控制終端等組成，包括電動(dòng)汽車、分布式光伏、儲(chǔ)能設(shè)施、樓宇負(fù)荷等分布式可調(diào)節(jié)資源。

（2）接入層的主要的通信設(shè)備包括接人終端、匯聚路由器、網(wǎng)關(guān)等，負(fù)責(zé)對管轄區(qū)域內(nèi)分布式可調(diào)節(jié)資源的數(shù)據(jù)匯聚、清洗和上傳，接人層向下采用多種通信規(guī)約與分布式可調(diào)節(jié)資源建立通信連接并適配各類型的感知設(shè)備，向上則可采用多種通信方式，包括光纖、230M無線專網(wǎng)、4G或5G等將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息上傳和轉(zhuǎn)發(fā)，因此需要在接入層完成對異構(gòu)終端的統(tǒng)一接入。

（3）骨干層即虛擬電廠通信系統(tǒng)的通信骨干網(wǎng)絡(luò)，主要采用光纖通信，承載多個(gè)平臺(tái)和系統(tǒng)的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)分布式可調(diào)節(jié)資源的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)量和控制操作信息的實(shí)時(shí)交互。

（4）平臺(tái)層基于人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)通過軟件平臺(tái)對分散的分布式可調(diào)節(jié)資源進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測和動(dòng)態(tài)聚合管理，利用云邊協(xié)同實(shí)現(xiàn)資源的高效利用和多個(gè)分布式可調(diào)節(jié)資源系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)調(diào)度，以及引導(dǎo)分布式可調(diào)節(jié)資源參與電力市場報(bào)價(jià)和交易。

虛擬電廠通信系統(tǒng)協(xié)議可在現(xiàn)有的協(xié)議基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，DL/T1867、OpenADR2.0、IEC62325、IEC61970和IEC62746等現(xiàn)有的高可靠性、可擴(kuò)展性通信協(xié)議均適用于虛擬電廠通信系統(tǒng)。

3 虛擬電廠信息通信標(biāo)準(zhǔn)需求和分支設(shè)計(jì)

3.1信息通信標(biāo)準(zhǔn)需求分析

隨著虛擬電廠在全國范圍內(nèi)的快速發(fā)展，信息采集節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)量規(guī)?；卣?，有限的物理通信基礎(chǔ)設(shè)施難以應(yīng)對低時(shí)延、高可靠、高頻次、高并發(fā)的信息采集、傳輸和利用帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)]。現(xiàn)有技術(shù)方案及成果存在邊緣設(shè)備智能化和密文計(jì)算能力不足、分布式資源主體數(shù)據(jù)潛在篡改風(fēng)險(xiǎn)、集中式明文計(jì)算易引發(fā)敏感業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)泄露等問題。此外，規(guī)模化靈活資源虛擬電廠將會(huì)形成一個(gè)龐大的異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)，高頻次異構(gòu)數(shù)據(jù)的信息抽象化要求虛擬電廠具備異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的高效自組織能力。如何實(shí)現(xiàn)有效信息的高效提取和整合利用，對虛擬電廠應(yīng)對接入資源對象開放性和未知性的挑戰(zhàn)具有關(guān)鍵意義。

在虛擬電廠信息通信標(biāo)準(zhǔn)方面，由于缺乏統(tǒng)一、規(guī)范的虛擬電廠通信協(xié)議，在實(shí)際調(diào)用虛擬電廠參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)快速高效資源聚合與調(diào)控，造成了不同程度上的資源浪費(fèi)和重復(fù)建設(shè)。虛擬電廠未來的運(yùn)行控制架構(gòu)對通信網(wǎng)絡(luò)分布式智能控制、分布式資源間協(xié)調(diào)[2、精細(xì)化控制與低時(shí)延通信均提出了更高技術(shù)水平的要求。原有電力自動(dòng)化系統(tǒng)相關(guān)通信交換規(guī)范亦無法滿足虛擬電廠參與電力市場交易等業(yè)務(wù)的通信需求。亟需圍繞虛擬電廠的通信原則和要求、信息模型、交互服務(wù)及交互機(jī)制等方面提出相關(guān)技術(shù)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)不同廠家、不同類型虛擬電廠資源聚合、統(tǒng)一調(diào)度和參與市場交易，提升虛擬電廠的運(yùn)營效率，為虛擬電廠規(guī)范化、規(guī)模化應(yīng)用提供良好技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)保障。

3.2信息通信分支標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)

根據(jù)電力行業(yè)虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系，信息交互分支屬于系統(tǒng)與終端大類，包含信息模型、信息交互功能規(guī)范、通信協(xié)議規(guī)范、網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)技術(shù)規(guī)范、接口一致性測試規(guī)范等5項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)（如圖2所示）。

3.2.1信息模型標(biāo)準(zhǔn)

虛擬電廠需要實(shí)現(xiàn)與多個(gè)電網(wǎng)上級主站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，但目前沒有統(tǒng)一的信息交互功能規(guī)范，虛擬電廠進(jìn)行技術(shù)支持系統(tǒng)建設(shè)時(shí)無法厘清需要對接的系統(tǒng)對象和交互的數(shù)據(jù)，亟需提升系統(tǒng)間數(shù)據(jù)貫通效率和可拓展性。

該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)需要規(guī)定虛擬電廠運(yùn)營商技術(shù)支持系統(tǒng)與新型電力負(fù)荷管理系統(tǒng)、電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)等電網(wǎng)上級主站系統(tǒng)之間，虛擬電廠內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)（含資源、子站）之間進(jìn)行信息交互的邏輯架構(gòu)、物理架構(gòu)、信息交互要求。

3.2.2信息交互功能規(guī)范

虛擬電廠與上級主站各類系統(tǒng)之間存在通信協(xié)議不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)交互壁壘高的問題，亟需相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范信息交互工程，確保信息傳遞的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，為虛擬電廠的優(yōu)化調(diào)度和決策提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)通信協(xié)議中將強(qiáng)化虛擬電廠的信息安全防護(hù)能力，確保通信過程中的數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)穩(wěn)定，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和攻擊。

該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)需要規(guī)定虛擬電廠與電網(wǎng)上級主站之間、虛擬電廠內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)之間的信息通信的一般原則和要求、信息通信服務(wù)及信息通信機(jī)制。

3.2.3通信協(xié)議規(guī)范

虛擬電廠內(nèi)部及與電網(wǎng)上級主站之間交互信息模型不統(tǒng)一，不同虛擬電廠以及虛擬電廠與電網(wǎng)上級主站之間在數(shù)據(jù)傳輸、協(xié)議轉(zhuǎn)換等方面存在兼容性問題，導(dǎo)致功能重復(fù)建設(shè)，增加開發(fā)成本和建設(shè)周期。而信息模型不統(tǒng)一還會(huì)引發(fā)數(shù)據(jù)解析、集成難題，降低系統(tǒng)整體運(yùn)行效率，阻礙虛擬電廠與主站間的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同運(yùn)行，亟需通過建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范通信協(xié)議，以促進(jìn)虛擬電廠的高效建設(shè)和運(yùn)行。

該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)需要規(guī)定各業(yè)務(wù)場景下，虛擬電廠與電網(wǎng)上級主站之間、虛擬電廠內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)之間的交互的信息模型構(gòu)建原則、模型關(guān)聯(lián)關(guān)系、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型、通用數(shù)據(jù)模型、專用數(shù)據(jù)模型。

3.2.4網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)技術(shù)規(guī)范

面向不同業(yè)務(wù)場景下的差異化數(shù)據(jù)安全需求和使用需求，網(wǎng)絡(luò)安全問題可能導(dǎo)致系統(tǒng)服務(wù)中斷、崩潰或癱瘓等情況的發(fā)生，亟需對應(yīng)的防護(hù)技術(shù)規(guī)范，以確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全隱患并快速排除，實(shí)現(xiàn)用戶隱私保護(hù)和虛擬電廠數(shù)據(jù)安全管理。

該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)需要規(guī)定虛擬電廠業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)架構(gòu)和安全防護(hù)技術(shù)要求，包括分區(qū)部署、安全接入、終端安全、業(yè)務(wù)應(yīng)用安全、數(shù)據(jù)安全等內(nèi)容。

3.2.5接口一致性測試規(guī)范

虛擬電廠運(yùn)營商技術(shù)支持系統(tǒng)與電網(wǎng)上級主站系統(tǒng)的通信一致性、接口行為一致性、接口安全性、集成性與互操作性檢測的檢測流程、方法和判定規(guī)則需進(jìn)一步規(guī)范，指導(dǎo)虛擬電廠信息交互、通信協(xié)議等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)落地應(yīng)用。

該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)需要規(guī)定虛擬電廠與電網(wǎng)上級主站之間、虛擬電廠內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)之間的通信接口一致性測試的檢測流程、檢測方法和檢測規(guī)則。

4結(jié)論

目前，國內(nèi)虛擬電廠正處于快速發(fā)展階段，為匹配新興業(yè)態(tài)的快速發(fā)展需求，亟需加快核心標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)編制進(jìn)程、監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)落地實(shí)施效果。本文在梳理和分析國內(nèi)虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合虛擬電廠信息通信的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)需求，提出了通信分支的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方向及標(biāo)準(zhǔn)編制內(nèi)容。未來還需要進(jìn)一步做好通信分支標(biāo)準(zhǔn)制定，高質(zhì)量開展各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)研究和編制工作，提高標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)用價(jià)值和引領(lǐng)作用，鼓勵(lì)虛擬電廠項(xiàng)目建設(shè)運(yùn)營過程中積極采用標(biāo)準(zhǔn)化的通信技術(shù)和設(shè)備，提升資源拓展能力和運(yùn)行效率。

參考文獻(xiàn)

[1]湯軍，高洪超，余濤，等.電力市場環(huán)境下超大城市虛擬電廠的建設(shè)理念與創(chuàng)新實(shí)踐[J].電網(wǎng)技術(shù)，2025，49（1）：103-112.

[2] 國家發(fā)展改革委，國家能源局.關(guān)于加快推進(jìn)虛擬電廠發(fā)展的指導(dǎo)意見[EB/OL].（2025-03-25）[2025-05-07].https：//www.gov.cn/zhengce/zhengceku/202504/content_7018244.htm.

[3]儀忠凱，侯朗博，徐英，等.市場環(huán)境下靈活性資源虛擬電廠聚合調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)綜述[J].中國電力，2024，57（12）：82-96.

[4]黃慧山，曹望璋，王一，等.虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)與發(fā)展規(guī)劃[J/OL].南方電網(wǎng)技術(shù). （2025-02-18）[2025-05-07].https：//link.cnki.net/urlid/44.1643.TK.20250217.1628.014.

[5]左娟，艾芊，王文博，等.虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀及體系架構(gòu)設(shè)計(jì)[J/OL].電力系統(tǒng)自動(dòng)化.（2025-03-27）[2025-05-07].https：//link.cnki.net/urlid/32.1180.TP.20250326.1417.002.

[6]康重慶，陳啟鑫，蘇劍，等.新型電力系統(tǒng)規(guī)?；`活資源虛擬電廠科學(xué)問題與研究框架[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2022，46（18）：3-14.

[7]全國電力需求側(cè)管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).虛擬電廠管理規(guī)范：GB/T44241—2024[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2024.

[8] 全國電力需求側(cè)管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).虛擬電廠資源配置與評估技術(shù)規(guī)范：GB/T44260—2024[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2024.

[9]王宏，宋禹飛，劉潤鵬，等.虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀與需求分析[J].浙江電力，2024，43（5）：1-9.

[10]田立亭，程林，郭劍波，等.虛擬電廠對分布式能源的管理和互動(dòng)機(jī)制研究綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2020，44（06）：2097-2108.

[11]汪莞喬，蘇劍，潘娟，等.虛擬電廠通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)研究展望[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2022，46（18）：15-25.

[12]李彬，郝一浩，祁兵，等.支撐虛擬電廠互動(dòng)的信息通信關(guān)鍵技術(shù)研究展望[J].電網(wǎng)技術(shù)，2022，46（5）：1761-1770.