泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)與虛擬電廠

安科瑞 陳聰

導(dǎo)讀：從能源互聯(lián)網(wǎng)推進受阻，到泛在電力物聯(lián)網(wǎng)名噪一時，到虛擬電廠再次走向火爆，能源領(lǐng)域亟需更進一步的數(shù)智化發(fā)展。如今，隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)推進，虛擬電廠有望迎來快速發(fā)展。除了國網(wǎng)和南網(wǎng)公司下屬的電力信息化公司外，市場正磨刀霍霍，共探新藍(lán)海。

6月1日，據(jù)南方財經(jīng)報道，南方電網(wǎng)深圳供電局聯(lián)合南網(wǎng)科研院，于5月19日至30日運用5G專用切片技術(shù)，在國內(nèi)驗證了虛擬電廠調(diào)頻技術(shù)。這標(biāo)志著，深圳虛擬電廠基本具備了實體電廠功能，將有助于提升城市電力保障能力和新能源消納能力，為國內(nèi)虛擬電廠建設(shè)及運行輸出“深圳經(jīng)驗"。

盡管我國虛擬電廠建設(shè)尚處于概念驗證和試點階段，但由于可為電力穩(wěn)定供應(yīng)提供保駕護航的作用，虛擬電廠指數(shù)近年以來震蕩上升，引發(fā)市場廣泛關(guān)注。同時，伴隨著虛擬電廠走紅，頻迎政策利好，能源物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)在2023年的寒氣中逆勢成長，贏得先機。

爆火的虛擬電廠，昭示新風(fēng)口

今年有多熱？據(jù)上海市氣象局官微消息，5月29日13時09分，徐家匯站氣溫達(dá)36.1℃，打破了百年來的當(dāng)?shù)?月份氣溫的紀(jì)錄。不僅如此，北京、四川、江西、湖南、廣東、廣西等地也頻頻發(fā)布高溫預(yù)警。

伴隨著居民用電急劇攀升，疊加工業(yè)用電居高不下，盡管發(fā)電量連年增長，但我國電力緊張情況仍然持續(xù)加劇。今年4月份，我國總發(fā)電量6583.5億千瓦時，同比增長8.18%。然而，據(jù)國家能源局預(yù)估，2023年全國至大的電力負(fù)荷將比去年有較大增長，我國電力供應(yīng)將呈現(xiàn)緊平衡狀態(tài)，全國至高用電負(fù)荷可能比2022年增加近1億千瓦，電力保供仍是重要主題。

在電力資源持續(xù)緊張的當(dāng)下，數(shù)智化手段能否為電力系統(tǒng)提供全新助力？答案當(dāng)然是肯定的，虛擬電廠就在這一背景下乘勢而起。通俗來說，虛擬電廠就是虛擬化的發(fā)電廠，它并不具備實體發(fā)電廠(如火力發(fā)電廠)本身 ，而是一種管理模式或者說是一套系統(tǒng)，其核心思想就是把各類分散可調(diào)電源和負(fù)荷匯聚起來，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，同時作為主體參與電力市場。

虛擬電廠之所以引起關(guān)注，在于其可為電力穩(wěn)定供應(yīng)提供保駕護航的作用。隨著具有間歇性特點的新能源在電力系統(tǒng)中占比提升，電力負(fù)荷彈性面臨挑戰(zhàn)，而虛擬電廠具有聚集資源、調(diào)節(jié)流向及提升效率等功能，有助提升風(fēng)光大規(guī)模接入時電力系統(tǒng)穩(wěn)定性及安全性。例如，在用電高峰時，虛擬電廠可實現(xiàn)大批商場負(fù)荷與電網(wǎng)的互動，通過將商場室內(nèi)溫度提升1至2攝氏度，在顧客幾乎無覺察的情況下，大幅降低商場空調(diào)負(fù)荷，緩解電網(wǎng)用電壓力。

此外，虛擬電廠能夠以更低的成本參與電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)。根據(jù)國家電網(wǎng)的測算，通過火電廠實現(xiàn)電力系統(tǒng)削峰填谷，滿足5%的峰值負(fù)荷需要投資4000億元，而通過虛擬電廠僅需投資500億元-600億元，虛擬電廠的成本僅為火電廠的1/8-1/7。

在種種優(yōu)勢背景下，虛擬電廠概念股持續(xù)攀升。事實上，虛擬電廠早已不是新鮮事物?！笆濉皶r期，我國就已經(jīng)開展了虛擬電廠試點工作，部署多個虛擬電廠項目，取得了大量經(jīng)驗和數(shù)據(jù)。2022年6月山西省能源局發(fā)布的《虛擬電廠建設(shè)與運營管理實施方案》，明確虛擬電廠的類型、入市流程、技術(shù)規(guī)范等要求，成為首份省級虛擬電廠實施方案。目前，山西正推動兩批合計10個虛擬電廠試點項目，累計可調(diào)節(jié)容量達(dá)400兆瓦。

去年8月，深圳虛擬電廠管理中心成立，這是國內(nèi)的虛擬電廠管理中心，標(biāo)志著深圳虛擬電廠邁入快速發(fā)展新階段。虛擬電廠的走紅對于能源電力行業(yè)而言并非意外。新京報貝殼財經(jīng)記者了解到，隨著風(fēng)光大規(guī)模接入，虛擬電廠可提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性及安全性，且成本較火電調(diào)峰更低。除此之外，上海虛擬電廠參與的負(fù)荷類型多；山東虛擬電廠既可參與輔助服務(wù)，也可參與日前現(xiàn)貨交易；廣東開啟需求響應(yīng)市場化交易……

近日，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會更是發(fā)布消息稱，《虛擬電廠管理規(guī)范》《虛擬電廠資源配置與評估技術(shù)規(guī)范》兩項國家標(biāo)準(zhǔn)獲批立項，這意味著我國虛擬電廠建設(shè)將有國家統(tǒng)一管理規(guī)范。

盡管虛擬電廠熱度躥升，但我國虛擬電廠建設(shè)尚處于概念驗證和試點階段。目前我國的虛擬電廠以邀約型為主，通過相關(guān)機構(gòu)或電力調(diào)度機構(gòu)發(fā)出邀約信號，然后由負(fù)荷聚合商和虛擬電廠組織資源進行削峰填谷等需求響應(yīng)，從電網(wǎng)電價補貼中獲取收益。這意味著，虛擬電廠市場規(guī)模仍然十分有限。在其背后，新型電力系統(tǒng)所承載的能源物聯(lián)網(wǎng)風(fēng)口才是更為廣闊的市場目標(biāo)。

虛擬電廠，能否支撐泛在電力物聯(lián)網(wǎng)重新起飛？

自2016年2月以來,我國開始逐步推動能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè),并先后在全國開展試點,建設(shè)效果未能滿足預(yù)期。缺乏配套的商業(yè)模式使得各方資本在實際投資過程中缺乏積極性。

2018年3月，由國網(wǎng)冀北電力制定的IEC標(biāo)準(zhǔn)虛擬電廠《用例》提案獲批正式立項，這是國家電網(wǎng)在虛擬電廠國際標(biāo)準(zhǔn)編制領(lǐng)域的里程碑突破。國網(wǎng)冀北電力將通過制定虛擬電廠國際標(biāo)準(zhǔn)，推動相關(guān)科研和技術(shù)的發(fā)展，探索在促進清潔消納等技術(shù)領(lǐng)域的冀北方案。

2019年1月,國家電網(wǎng)公司進一步提出“三型兩網(wǎng)"發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo),旨在建立智能電網(wǎng)與泛在電力物聯(lián)網(wǎng)有機聯(lián)合的國際能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)背景強調(diào)建設(shè)各級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展、狀態(tài)感知、信息處理的堅強智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng),發(fā)揮電網(wǎng)在能源匯集、傳輸、轉(zhuǎn)換中的樞紐作用,促進清潔低碳發(fā)展,促進供需對接,提高系統(tǒng)靈活性。

虛擬電廠的核心在于聚合與通信。分布式電源、分布式儲能、可控負(fù)荷、充電樁等不同類型的分布式資源就像是“沙"，通過虛擬電廠技術(shù)，這些“沙"被聚攏利用、整合協(xié)同，形成巨大的“寶藏"。

一般而言，虛擬電廠為新型電力系統(tǒng)提供平衡服務(wù)，而非簡單的電能量，其本質(zhì)是一種市場化管理模式，可通過價格進行電力供需風(fēng)險管理。虛擬電廠作為一種利用市場激勵規(guī)則,通過優(yōu)化、協(xié)調(diào)和控制等手段,聚合分布式能源參與電力市場與電力系統(tǒng)運行的運營模式,將是促進分布式能源與大電網(wǎng)友好協(xié)調(diào)優(yōu)化,促進電力系統(tǒng)清潔化的有效途徑之一。

以上內(nèi)容節(jié)選自微信公眾號：數(shù)智銳角《深圳經(jīng)驗，趟出了一條電力物聯(lián)網(wǎng)大道》，作者不二。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)與虛擬電廠

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)為能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建提供了有力支撐,也為虛擬電廠建設(shè)與實施提供了技術(shù)驅(qū)動力。某種程度上來講，虛擬電廠是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的具體形式和基本單元。國家電網(wǎng)2019年發(fā)布《泛在電力物聯(lián)網(wǎng)2020年重點建設(shè)任務(wù)大綱》到現(xiàn)在，雖然泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)進展一度放緩，但是一直在為企業(yè)的產(chǎn)品生態(tài)指導(dǎo)方向?，F(xiàn)在隨著虛擬電廠的興起，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的重要性也再度顯現(xiàn)。

安科瑞電氣多年來一直深耕企業(yè)微電網(wǎng)能效管理，根據(jù)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)要求，在企業(yè)微電網(wǎng)“源-網(wǎng)-荷-儲-充"各個環(huán)節(jié)加大研發(fā)投入，從AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)從1.0逐漸迭代到3.0，實現(xiàn)企業(yè)微電網(wǎng)的需求管理和負(fù)荷管理，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，可實現(xiàn)企業(yè)電網(wǎng)電力監(jiān)控、能耗統(tǒng)計、負(fù)荷預(yù)測、照明控制、主要負(fù)荷監(jiān)控、充電樁運營管理、光伏發(fā)電監(jiān)控、儲能管理、需求響應(yīng)等功能，提高企業(yè)配電和用電智能化，幫助企業(yè)實現(xiàn)用電可靠、安全、節(jié)約、有序用電，AcrelEMS可以作為虛擬電廠的子系統(tǒng)，促進虛擬電廠的快速發(fā)展。

圖1 AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)

1. 配電監(jiān)控

AcrelEMS對企業(yè)高低壓變配電系統(tǒng)的變壓器、斷路器、直流屏、母排、無功補償柜及電纜等配電相關(guān)設(shè)備的電氣參數(shù)、運行狀態(tài)、接點溫度進行實時監(jiān)測和控制，監(jiān)測企業(yè)微電網(wǎng)主要回路的電能質(zhì)量并進行治理，對故障及時處理并發(fā)出告警信息，提高企業(yè)供電可靠性。

圖2 配電監(jiān)控

1. 光伏發(fā)電監(jiān)控

監(jiān)測企業(yè)分布式光伏電站運行情況，包括逆變器運行數(shù)據(jù)、光伏發(fā)電效率分析、發(fā)電量及收益統(tǒng)計以及光伏發(fā)電功率控制。

圖3 光伏發(fā)電監(jiān)控

1. 儲能管理

監(jiān)測儲能系統(tǒng)（EMS）、電池管理系統(tǒng)(BMS)和儲能變流器(PCS)運行模式、控制策略，監(jiān)測電池電流、溫度、SOC/SOH，檢測直流系統(tǒng)絕緣狀況，并根據(jù)企業(yè)峰谷特點和電價波動以及上級平臺指令設(shè)置儲能系統(tǒng)的充放電策略，控制儲能系統(tǒng)充放電，實現(xiàn)削峰填谷，降低企業(yè)用電成本。

圖4 儲能系統(tǒng)監(jiān)控

1. 功率預(yù)測

系統(tǒng)基于歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，結(jié)合天氣因素、企業(yè)生產(chǎn)計劃等，預(yù)測企業(yè)下個周期的功率需求和光伏發(fā)電功率曲線，為企業(yè)提前安排能源計劃、申報需求響應(yīng)提供數(shù)據(jù)支持。

圖5 發(fā)電功率預(yù)測

1. 能耗分析

采集企業(yè)電、水、燃?xì)獾饶茉聪?，進行分類分項能耗統(tǒng)計，計算單位面積或單位產(chǎn)品的能耗數(shù)據(jù)以及趨勢，對標(biāo)主要用能設(shè)備能效進行能效診斷，計算企業(yè)碳排放，為企業(yè)制定碳達(dá)峰、碳中和路線提供數(shù)據(jù)支持。

圖6 能耗分析功能

1. 照明控制

智能照明控制功能可以根據(jù)企業(yè)情況實現(xiàn)定時控制、光照感應(yīng)控制、場景控制、調(diào)光控制等，并結(jié)合紅外傳感器、超聲波傳感器，實現(xiàn)人來燈亮、人走燈滅，并可以根據(jù)系統(tǒng)的控制策略實現(xiàn)集中控制，為企業(yè)節(jié)約照明能耗。

圖7 照明控制功能

1. 充電樁管理 

監(jiān)測企業(yè)充電樁的運行狀態(tài)，提供充電樁收費管理和狀態(tài)監(jiān)測功能，并根據(jù)企業(yè)負(fù)荷率變化和需求側(cè)管理平臺指令調(diào)節(jié)充電樁功率，有序用電，并響應(yīng)上級平臺的功率需求。

圖8 充電樁管理

1. 需求響應(yīng)

根據(jù)企業(yè)負(fù)荷波動數(shù)據(jù)，再結(jié)合上級平臺的調(diào)度指令，決定以何種方式參與電網(wǎng)需求響應(yīng)，平臺可通過給儲能系統(tǒng)下發(fā)控制策略，調(diào)整充發(fā)電時間。平臺在需求響應(yīng)時間段調(diào)整可控負(fù)荷功率，停止給可中斷負(fù)荷供電，并且可以根據(jù)企業(yè)可控負(fù)荷數(shù)據(jù)制定需求響應(yīng)控制策略，實現(xiàn)一鍵響應(yīng)。

企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)硬件設(shè)備

安科瑞具備能源互聯(lián)網(wǎng)“云-邊-端"的產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)，終端設(shè)備包括智能網(wǎng)關(guān)、高低壓配電綜合保護和監(jiān)測產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、電能質(zhì)量治理、分項計量、照明控制、新能源充電樁、電氣消防類解決方案等，可以為企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)提供一站式服務(wù)能力。

名稱	圖片	型號	功能	應(yīng)用
中高壓微機保護裝置		AM6、AM5SE	實現(xiàn)35kV、10kV回路的保護、測量和自動控制功能	35kV、10kV回路斷路器
電能質(zhì)量監(jiān)測裝置		APView500	實時監(jiān)測電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諧波等電能質(zhì)量，記錄各類電能質(zhì)量事件,定位擾動源。	高低壓進線回路
動態(tài)諧波無功補償系統(tǒng)		AnCos*/*-G Ⅰ型	同時具備諧波治理、無功功率線性補償與三相電流平衡治理和穩(wěn)定電壓的功能，動態(tài)補償功率因數(shù)；	0.4kV電能質(zhì)量治理
智能儀表		APM500	具有全電量測量，諧波畸變率、電壓合格率統(tǒng)計、電能統(tǒng)計，開關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出。	主要用于高低壓電能監(jiān)測和電能管理
無線測溫傳感器		ATE400	監(jiān)測35kV及以下電壓等級配電系統(tǒng)關(guān)鍵接點溫度和溫升預(yù)警。	適用于35kV、10kV以及0.4kV開關(guān)柜母排、斷路器、電纜接頭等接點溫度監(jiān)測
計量電能表		DTSD1352	具有全電量測量，電能統(tǒng)計，80A內(nèi)可直接接入，導(dǎo)軌安裝。	低壓配電箱計量
費控電能表		DTSY1352-Z	計量單個三相用戶電流、電壓、分時電能，復(fù)費率設(shè)置，適用8種季節(jié)模式、8個時段費率、14個時間段設(shè)置，內(nèi)置分?jǐn)嚅_關(guān)，可分?jǐn)?0A以內(nèi)三相電流，支持射頻卡刷卡或遠(yuǎn)程充值。	用于單個商鋪、租戶電能預(yù)付費或后付費模式。
物聯(lián)網(wǎng)儀表		ADW300W	主要用于計量中低壓配電的三相電氣參數(shù)，采集狀態(tài)量并控制斷路器，可靈活安裝于配電箱內(nèi)，自帶開口式互感器，可實現(xiàn)不停電安裝，具備RS485、4G、LoRaWan無線通信功能，適用于配電系統(tǒng)數(shù)字化改造。	電能計量改造
物聯(lián)網(wǎng)電氣安全儀表		ARCM300	三相交流電能計量、漏電電流測量、諧波分析、4路溫度采集功能，通過對配電回路的剩余電流、導(dǎo)線溫度等火災(zāi)危險參數(shù)實施監(jiān)控和管理，可采集狀態(tài)量或控制斷路器，具備RS485通訊或4G通訊功能。	電能計量及電氣消防監(jiān)測
直流電能表		DJSF1352-RN	可測量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率以及正反向電能等，配套霍爾傳感器(可選)。	直流計量
霍爾傳感器		AHKC-EKAA	測量DC0~(5-500)A電流，輸出DC4-20mA,工作電源DC12/24V。	直流系統(tǒng)監(jiān)測
直流絕緣監(jiān)測		AIM-D100-ES	監(jiān)測儲能直流系統(tǒng)絶縁狀況	儲能直流側(cè)絕緣監(jiān)測
馬達(dá)控制		ARD3M	電動機保護控制器，適用于額定電壓至 660V 的低壓電動機回路，集保護、測量、控制、通訊、運維于一體。	電機保護控制
照明控制		ASL220Z-S4/16	照明控制驅(qū)動器，自帶RTC時鐘芯片，可離線獨立工作，執(zhí)行定時任務(wù)（含天文時鐘）。	照明控制
感應(yīng)控制		ASL220-PM/T ASL220-RM/T ASL220-RP/T	支持紅外感應(yīng)、微波感應(yīng)、微動感應(yīng)、光照度感應(yīng)并預(yù)設(shè)控制邏輯。	自動感應(yīng)控制
遙信遙控單元		ARTU-KJ8	狀態(tài)量采集和控制輸出，導(dǎo)軌式安裝，485通訊，可實現(xiàn)斷路器或接觸器的遠(yuǎn)程控制和狀態(tài)采集。	狀態(tài)量采集和控制輸出
電動汽車充電樁		AEV200-DC160S	一種符合國標(biāo)充電接口標(biāo)準(zhǔn)、輸出功率達(dá)到160kW的直流充電機，滿足快速充電的需要。還具備120/80/60/30kW直流充電樁和7kW交流充電樁。	充電樁運營和充電控制
電動自行車充電樁		ACX10A	投幣、刷卡、掃碼、免費充電多種模式，充電安全保護和監(jiān)測，可接入云平臺	電動自行車充電樁安全和收費管理
智能網(wǎng)關(guān)		ANet-2E4SM	邊緣計算網(wǎng)關(guān)，嵌入式linux系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)通訊方式具備Socket方式，支持XML格式壓縮上傳，提供AES加密及MD5身份認(rèn)證等安全需求，支持?jǐn)帱c續(xù)傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議	電能、環(huán)境等數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換和邏輯判斷

結(jié)束語

從能源互聯(lián)網(wǎng)概念提出，到泛在電力物聯(lián)網(wǎng)興盛一時，再到虛擬電廠走向火爆，能源領(lǐng)域亟需更進一步的數(shù)智化發(fā)展。如今，隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)推進，虛擬電廠有望迎來快速發(fā)展，隨之企業(yè)側(cè)的能源數(shù)字化也將迎來新一輪的高潮。