泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下虛擬電廠運(yùn)營機(jī)制及關(guān)鍵技術(shù)分析

陳誠

[摘? ? 要]伴隨著制造業(yè)和電力技術(shù)水平的迅速發(fā)展，電力行業(yè)踏上了飛速發(fā)展的軌道。電力系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵特征是發(fā)用電實(shí)時(shí)平衡，隨著電氣化的程度提高，電網(wǎng)峰谷差逐步拉大，我國電子資源問題越來越嚴(yán)峻，而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)作為最新的電力理念，對(duì)于虛擬電廠運(yùn)營機(jī)制及關(guān)鍵技術(shù)的完善來說尤為關(guān)鍵，文章基于這一現(xiàn)狀，以南瑞研究院在非侵入負(fù)荷辨識(shí)技術(shù)的研究為參考，對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下虛擬電廠運(yùn)營機(jī)制及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行展望，以期促進(jìn)其發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]泛在電力物聯(lián)網(wǎng);虛擬電廠運(yùn)營機(jī)制;關(guān)鍵技術(shù)

[中圖分類號(hào)]TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）11–0–02

Virtual Power Plant Operation Mechanism and key Technology

Analysis Under the Ubiquitous Power Lnternet of Things

Chen Cheng

[Abstract]With the rapid development of manufacturing and power technology， the power industry has embarked on a rapid development track. A key feature of the operation of the power system is the real-time balance of power generation and consumption. With the increase in electrification， the peak-to-valley difference of the power grid is gradually increasing. The problem of electronic resources in China is becoming more and more serious. The ubiquitous power Internet of Things is the latest power concept. It is particularly critical for the improvement of virtual power plant operation mechanism and key technologies. Based on this status， the article takes the research of NARI Research Institute on non-intrusive load identification technology as a reference， and discusses the virtual power plant operation mechanism and key under the ubiquitous power Internet of Things. Technology is looking forward to promote its development.

[Keywords]ubiquitous power internet of things; virtual power plant operation mechanism; key technology

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)其實(shí)就是圍繞電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，充分應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)的電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)互聯(lián)與交互，這不僅是虛擬電廠建立的關(guān)鍵，也是虛擬電廠運(yùn)營機(jī)制建立的重要參考與核心技術(shù)，對(duì)于虛擬電廠的優(yōu)化與發(fā)展極為關(guān)鍵。

1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的簡單分析

1.1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的由來分析

2019年國家電網(wǎng)公司“兩會(huì)”作出全面推進(jìn)“三型兩網(wǎng)”建設(shè)。其中，建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是極為關(guān)鍵的，也為電網(wǎng)運(yùn)行更安全、管理更精益、投資更精準(zhǔn)、服務(wù)更優(yōu)質(zhì)開辟了一條新路，同時(shí)也可以充分發(fā)揮電網(wǎng)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。即，建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是落實(shí)“三型兩網(wǎng)、世界一流”戰(zhàn)略目標(biāo)的核心任務(wù)。

1.2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念分析

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)其實(shí)是圍繞電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行展開的，通過充分利用以移動(dòng)互聯(lián)、人工智能為核心的現(xiàn)代信息技術(shù)、通信技術(shù)，從而有效實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)之間的互通互聯(lián)以及人機(jī)交互。其不僅具有狀態(tài)全面感知、信息處理高效的優(yōu)勢(shì)，還具有應(yīng)用編輯靈活等優(yōu)勢(shì)特征，是一種極為先進(jìn)的智慧服務(wù)系統(tǒng)。

2 虛擬電廠的特性分析

2.1 虛擬電廠的特性

與傳統(tǒng)的火電廠有所不同，虛擬電廠具有靈活性和參與性強(qiáng)等特點(diǎn)，實(shí)際的差距表現(xiàn)在以下3個(gè)特性之中。

（1）低碳運(yùn)行方面。虛擬電廠主要是基于市場(chǎng)利益進(jìn)行分配，不僅能促進(jìn)各電源之間的融合和分配使用，還可以促進(jìn)供需互動(dòng)，提高電力系統(tǒng)可再生能源接納能力，有效提高電廠系統(tǒng)的低碳環(huán)保運(yùn)行能力。

（2）物理結(jié)構(gòu)方面。虛擬電廠中的組成部分可以有效相應(yīng)虛擬電廠的控制要求，實(shí)現(xiàn)整體的動(dòng)態(tài)，可以在一種或多種的電力市場(chǎng)交易類型上響應(yīng)虛擬電廠的運(yùn)行過程。

（3）控制模式方面。虛擬電廠通過分散控制的方式，不僅可以提高通信交互的簡單性，還可以減輕信息交互的負(fù)擔(dān)，提升交互效率和水平。

2.2 虛擬電廠交易體系分析

虛擬電廠是基于電力系統(tǒng)運(yùn)行約束，在滿足電力市場(chǎng)規(guī)則、電力系統(tǒng)運(yùn)行需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合基本市場(chǎng)框架所形成的一種交易體系，如圖1所示。在此基礎(chǔ)上，虛擬電廠也需要承擔(dān)一定的職責(zé)。

3 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下虛擬電廠運(yùn)營機(jī)制分析

由于我國起步較晚，仍處于建設(shè)的初級(jí)階段，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下的虛擬電廠運(yùn)營機(jī)制還不夠完善，最終會(huì)影響虛擬電廠建設(shè)和運(yùn)營的實(shí)際效率和效果。因此，基于這一現(xiàn)狀，通過對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下虛擬電廠運(yùn)營機(jī)制進(jìn)行分析，不僅可以提升虛擬電廠建設(shè)的效率和效果，還可以促進(jìn)其實(shí)際運(yùn)營的水平。

3.1 自然聚合運(yùn)營機(jī)制，形成錯(cuò)峰效應(yīng)

在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的過程中，其對(duì)電力終端數(shù)據(jù)的獲取能力可以有效促進(jìn)電力資源的集約化、智能化和自動(dòng)化管理，這一管理模式不僅符合我們實(shí)際發(fā)展的需求，還能促進(jìn)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。在實(shí)際制定運(yùn)營機(jī)制的過程中，可以基于這一思路，通過自然聚合的方式開展運(yùn)營。比如，以當(dāng)前應(yīng)用廣泛的電力汽車為例，在實(shí)際進(jìn)行聚合運(yùn)營機(jī)制的過程中，通過建設(shè)一個(gè)上層存儲(chǔ)云平臺(tái)，對(duì)一定區(qū)域范圍內(nèi)的汽車充電負(fù)荷情況進(jìn)行收集和調(diào)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有序的智能化充電。不僅如此，在小范圍內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行應(yīng)用，還可以基于自然聚合原理，利用虛擬電廠對(duì)地分布式電源進(jìn)行稽核，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行重新組合應(yīng)用，在重新組合的過程中，需要通過根據(jù)用戶的實(shí)際需求，進(jìn)而通過錯(cuò)峰下映，有效實(shí)現(xiàn)智能化的供應(yīng)模式。

3.2 經(jīng)濟(jì)激勵(lì)運(yùn)營機(jī)制，形成差異化合約

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下虛擬電廠運(yùn)營機(jī)制建立的過程中，還需要引入適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)手段，才能形成相應(yīng)的影響，進(jìn)而形成差異化合約，從而實(shí)現(xiàn)電力資源的最優(yōu)配置，在緩解電力資源不足困境的基礎(chǔ)上，有效提升電力系統(tǒng)服務(wù)水平。在實(shí)際使用經(jīng)濟(jì)激勵(lì)運(yùn)營機(jī)制的過程中，通過使用經(jīng)濟(jì)學(xué)的邊緣效應(yīng)理論及對(duì)成本控制的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)配置。

比如，通過對(duì)用戶用電的實(shí)際情況和行為進(jìn)行識(shí)別。在此基礎(chǔ)上，通過使用多維數(shù)據(jù)庫，對(duì)虛擬電廠的用戶進(jìn)行畫像，形成虛擬電廠用戶的需求標(biāo)簽庫，給后續(xù)虛擬電廠的運(yùn)營提供參考和指導(dǎo)。在應(yīng)用這一運(yùn)營機(jī)制的過程中，很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)過于隱蔽的情況，利用數(shù)據(jù)分析很難得出有效結(jié)果，對(duì)于虛擬電廠的實(shí)際運(yùn)營十分不利。因此，在實(shí)際使用經(jīng)濟(jì)激勵(lì)運(yùn)營機(jī)制時(shí)，還需要運(yùn)營方根據(jù)虛擬電廠的實(shí)際情況，結(jié)合實(shí)驗(yàn)經(jīng)濟(jì)學(xué)理論，構(gòu)建一個(gè)用戶行為識(shí)別引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)框架，可以參考抖音等短視頻平臺(tái)的大數(shù)據(jù)用戶分析，進(jìn)而形成有效地差異化合約，并在實(shí)際運(yùn)用中不斷對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)全和完善，從而有效促進(jìn)虛擬電廠的運(yùn)營效率和水平。

3.3 運(yùn)營協(xié)調(diào)運(yùn)營機(jī)制，儲(chǔ)能聯(lián)合運(yùn)營

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下虛擬電廠運(yùn)營機(jī)制建立的過程中，需要在自然聚合、經(jīng)濟(jì)激勵(lì)的基礎(chǔ)上，通過利用運(yùn)營協(xié)調(diào)運(yùn)行機(jī)制的方式，利用儲(chǔ)能聯(lián)合運(yùn)營，在確保虛擬電廠實(shí)際運(yùn)行的基礎(chǔ)上，增設(shè)承擔(dān)備用風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)責(zé)任的范圍。在出現(xiàn)問題時(shí)，可以確保自身實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益不受損害。

全面加強(qiáng)運(yùn)行機(jī)制與儲(chǔ)能機(jī)制的有效結(jié)合，對(duì)于整個(gè)的虛擬電廠的運(yùn)營而言非常重要也非常關(guān)鍵，在進(jìn)行聯(lián)合的過程中對(duì)于整個(gè)的儲(chǔ)能過程需結(jié)合用戶電力的具體使用情況，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的比對(duì)和梳理，把用電缺口較大的區(qū)域全面羅列出來，進(jìn)行針對(duì)性處理，保證整個(gè)的電力運(yùn)行安全順暢，資源有效利用。

比如，在實(shí)際進(jìn)行運(yùn)營協(xié)調(diào)運(yùn)行機(jī)制建設(shè)的過程中，通過針對(duì)用戶負(fù)荷特性和可調(diào)節(jié)性限制，基于虛擬電廠運(yùn)營中的偏差風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能聯(lián)合運(yùn)營，從而有效提升虛擬電廠運(yùn)行的靈活性。即建設(shè)一個(gè)多主體的利益分配機(jī)制，并與起亞虛擬運(yùn)營商和儲(chǔ)能設(shè)備之間簽訂合作協(xié)議，組成虛擬電廠運(yùn)營結(jié)合體，在實(shí)際運(yùn)營的過程中，不僅可以增強(qiáng)虛擬電廠的實(shí)際調(diào)動(dòng)能力，還能達(dá)到降低損耗的目的。

4 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下虛擬電廠關(guān)鍵技術(shù)分析和發(fā)展展望

4.1 開放可靠的通信系統(tǒng)

在虛擬電廠實(shí)際運(yùn)營運(yùn)行的過程中，開放可靠的通信系統(tǒng)是極為關(guān)鍵的，這不僅是虛擬電廠實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)互聯(lián)、互通的關(guān)鍵，也是提升虛擬電廠各環(huán)節(jié)之間配合的關(guān)鍵技術(shù)。通過通信系統(tǒng)，對(duì)每一個(gè)虛擬電廠的單元狀態(tài)信息進(jìn)行收集，并向控制目標(biāo)發(fā)送控制信號(hào)，是虛擬電廠運(yùn)營運(yùn)行的關(guān)鍵。

比如，利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的特征，通過以移動(dòng)互聯(lián)、人工智能為核心的現(xiàn)代信息技術(shù)、通信技術(shù)，有效實(shí)現(xiàn)各個(gè)環(huán)節(jié)之間的互通互聯(lián)，以及人機(jī)交互，進(jìn)而形成開放可靠的通信系統(tǒng)，為虛擬電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供基礎(chǔ)和前提。通信系統(tǒng)不僅要對(duì)每個(gè)組成單元的狀態(tài)信息進(jìn)行收集，并分類儲(chǔ)存與數(shù)據(jù)中心之中，還需要支撐控制中心對(duì)各個(gè)組成單元傳遞控制信號(hào)的功能，這兩者之間的相互作用，通過這樣開放可靠的雙向通信系統(tǒng)，在加強(qiáng)電力傳輸與信息處理的融合的基礎(chǔ)上，促進(jìn)虛擬電廠運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

4.2 有效地調(diào)度、交易支持系統(tǒng)

在虛擬電廠實(shí)際運(yùn)行的過程中，調(diào)度、交易支撐系統(tǒng)是支撐虛擬電廠運(yùn)營的關(guān)鍵，這也是虛擬電廠中關(guān)鍵技術(shù)之一。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下虛擬電廠的優(yōu)化與發(fā)展，也需要建立一個(gè)有效地調(diào)度、交易支持系統(tǒng)。因此，在對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下虛擬電廠關(guān)鍵技術(shù)分析和發(fā)展展望研究時(shí)，可以在開放可靠系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過建設(shè)一個(gè)有效地調(diào)度、交易支持系統(tǒng)，進(jìn)而為虛擬電廠的運(yùn)營提供支撐和保障。

（1）根據(jù)虛擬電廠的實(shí)際交易類型，結(jié)合電力市場(chǎng)的實(shí)際情況和電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行要求，從而梳理一個(gè)完整全面的調(diào)度、交易平臺(tái)功能的建設(shè)目標(biāo)。在建設(shè)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過虛擬電廠中的實(shí)際功能建設(shè)方案，以及虛擬電廠的實(shí)際需求功能，對(duì)調(diào)度、交易支持系統(tǒng)的總體架構(gòu)進(jìn)行建設(shè)和完善，可以通過三步法設(shè)計(jì)的方式，包括總控平臺(tái)，虛擬電廠電力資源調(diào)度環(huán)節(jié)、虛擬電廠交易支撐平臺(tái)等系統(tǒng)構(gòu)建。

（2）在此基礎(chǔ)上，還需要把交易系統(tǒng)與調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)、營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)、財(cái)務(wù)系統(tǒng)、運(yùn)營商以及其他輔助系統(tǒng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成，從而形成內(nèi)部信息交互，結(jié)合虛擬電廠交易的實(shí)際集成化需求，從而最終形成技術(shù)支持系統(tǒng)、財(cái)務(wù)系統(tǒng)、營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成方案，從而形成一個(gè)有效地調(diào)度、交易支持系統(tǒng)，為虛擬電廠的實(shí)際運(yùn)營提供保障。

5 結(jié)束語

在對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下虛擬電廠運(yùn)營機(jī)制及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析時(shí)，首先要對(duì)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和虛擬電廠的概念進(jìn)行全面清楚地了解，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前虛擬電廠建設(shè)和運(yùn)營的實(shí)際情況，建立由自然聚合、經(jīng)濟(jì)激勵(lì)、運(yùn)營協(xié)調(diào)為一體的運(yùn)營機(jī)制，并且通過通信系統(tǒng)、調(diào)度、交易支持系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，在確保虛擬電廠安全平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)上，發(fā)揮泛在電力物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，有效推動(dòng)虛擬電廠的優(yōu)化與發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 王宣元，劉敦楠，劉蓁，等.泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下虛擬電廠運(yùn)營機(jī)制及關(guān)鍵技術(shù)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2019（5）：155-156.

[2] 劉東，樊強(qiáng)，尤宏亮.泛在電力物聯(lián)網(wǎng)下虛擬電廠的研究現(xiàn)狀與展望[J].工程科學(xué)與技術(shù)，2020（4）：3-12.