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摘要：在新時期環(huán)境下，人們對電力能源的需求不斷提升，為了滿足人們的電能需求，越來越多的供電系統(tǒng)和電力工程飛速發(fā)展。這一方面推動了電力事業(yè)的發(fā)展，另一方面也導(dǎo)致電力市場管理難度的增加。為了更好實(shí)現(xiàn)電力市場高質(zhì)高效管理與服務(wù)，虛擬電廠逐漸得到了開發(fā)與使用。本文就虛擬電廠技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并對此技術(shù)發(fā)展提出展望，來對此技術(shù)進(jìn)行深入認(rèn)識。
關(guān)鍵詞：虛擬電廠；技術(shù)現(xiàn)狀，技術(shù)展望
近年來，虛擬電廠得到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注與研究，它借助的信息化通信技術(shù)以及軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)分布式的發(fā)電、可控的負(fù)荷和儲能系統(tǒng)等能源資源的有效聚合。在虛擬電廠中，關(guān)鍵性技術(shù)包括了協(xié)調(diào)控制的技術(shù)、信息通信的技術(shù)和智能計量的技術(shù)等，它為配電網(wǎng)以及輸電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化管理與輔助服務(wù)的手段。此技術(shù)目前得到了迅速發(fā)展，也取得了一定的成果，而其具有著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ匀贿€需要不斷加強(qiáng)研究。
虛擬電廠的提出已經(jīng)有十余年了，在北美和北美等國家已經(jīng)開展了一系列的項(xiàng)目研究，如荷蘭功率的匹配器和FENIX等項(xiàng)目。而目前對虛擬電廠的定義還沒有統(tǒng)一的意見。按照虛擬電廠運(yùn)行的特點(diǎn)，可以把虛擬電廠概述成通過的計量、控制和通信等，把風(fēng)電、電動類汽車、光伏的發(fā)電和儲能等各分布式的能源實(shí)現(xiàn)聚合，并統(tǒng)一參與到電力系統(tǒng)的調(diào)度以及電力市場的運(yùn)營中，將電力市場的價格信號當(dāng)作驅(qū)動，通過的控制手段對分布式的能源以及大電網(wǎng)沖突實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)，對分布式的能源電網(wǎng)性能提升，促進(jìn)能源的利用效率以及清潔度提升。
通過虛擬電廠能夠?qū)邆潆姎饴?lián)系、區(qū)域中各種分布式的能源靈活整合，對各類分布式的能源運(yùn)行的功能特性實(shí)施綜合，從而達(dá)到對這些分布式的能源配置至優(yōu)化效果。相關(guān)運(yùn)營商借助虛擬電廠可以把用戶側(cè)的熱電、風(fēng)電、水電、光伏的發(fā)電和可控用能的用戶實(shí)現(xiàn)有效整合，把電能向用戶及時分配與傳輸。
2.1國外發(fā)展的現(xiàn)狀
在21世紀(jì)的初期，歐美地區(qū)就開始對虛擬電廠的研究，它主要的目的是對逐漸增加分布式的發(fā)電實(shí)現(xiàn)有效整合，降低它對整體電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊。對此技術(shù)研究的參與國有很多，主要有美國、法國、德國、英國和丹麥等一些發(fā)達(dá)的國家在研究虛擬電廠中存在方向的不同，主要可以分作兩類，一類是以歐盟電力FENIX的項(xiàng)目作為代表的技術(shù)路線，研究的是分布式的發(fā)電廠如何實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)與電力市場的運(yùn)營，主要目的是為了讓分布式的發(fā)電廠能夠更加充分、更加安全和更加高效地在電力市場內(nèi)參與；另一類技術(shù)代表是美國，其對需求響應(yīng)的計劃以及可再生的能源利用更加關(guān)注，主要目的是為了實(shí)現(xiàn)動態(tài)和實(shí)時化供需的平衡效果。
2.2國內(nèi)發(fā)展的現(xiàn)狀
在2015年，我國國務(wù)院就頒發(fā)出相關(guān)文件，文件中強(qiáng)調(diào)了“互聯(lián)網(wǎng)+"的重要性，明確它是互聯(lián)網(wǎng)成果和社會各個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)深度融合的形式，要求積極推動技術(shù)的進(jìn)步、組織的變革和效率的提升，促進(jìn)實(shí)體經(jīng)濟(jì)的創(chuàng)新力以及生產(chǎn)力提升，從而形成基于互聯(lián)網(wǎng)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新形態(tài)。實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)和智慧能源的有效結(jié)合，是促進(jìn)能源生產(chǎn)以及消費(fèi)模式的革命，對提升能源的利用效率和實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的效果，以及提升電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性具有重要的意義，而虛擬電廠的技術(shù)就是互聯(lián)網(wǎng)和能源管理的融合體現(xiàn)。
現(xiàn)階段，虛擬電廠在歐美等一些發(fā)達(dá)國家電網(wǎng)所投運(yùn)啟動的，它也是我國基于市場化的方式而運(yùn)營的工程，且正式投入到商業(yè)的運(yùn)營中。此工程的運(yùn)行借助泛電的平臺，有著秒級的感知、存儲與計算能力，能夠?qū)Πl(fā)電、供電、輸電等環(huán)節(jié)的投資有效控制。在工程一期，接入了實(shí)時控制的蓄熱型電采暖、智能化樓宇、可調(diào)節(jié)的工商業(yè)、儲能、智能化家居、分布式的光伏和電動汽車的充電站等泛在可調(diào)的資源，且約達(dá)到160MW的容量。借助華北電力的調(diào)峰輔助市場，在2020年時，冀北的電網(wǎng)夏天空調(diào)達(dá)到了6000MW的負(fù)荷，10%的空調(diào)負(fù)荷借助虛擬電廠實(shí)現(xiàn)實(shí)時地響應(yīng)；且蓄熱式的電采暖具有的負(fù)荷借助虛擬電廠實(shí)現(xiàn)實(shí)時地響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)720 GW.h清潔能源的增發(fā)，和63.65萬t二氧化碳的減排。
在上海的黃浦區(qū)，建立了“商業(yè)建筑的虛擬電廠"試點(diǎn)項(xiàng)目，借助通信和控制等技術(shù)形式，把大量用電設(shè)備的削減負(fù)荷能力當(dāng)作虛擬的出力，把此能力當(dāng)作用電的負(fù)荷側(cè)在系統(tǒng)虛擬的發(fā)電機(jī)組接入，實(shí)現(xiàn)市場與電網(wǎng)運(yùn)行的參與。此項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)柔性負(fù)荷的響應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)建，處于冬夏兩季的用電高峰階段中，此系統(tǒng)能夠?qū)ι虡I(yè)的樓宇內(nèi)中央空調(diào)預(yù)設(shè)的溫度、送風(fēng)量和風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等參數(shù)實(shí)施柔性的調(diào)節(jié)，對用電負(fù)荷削減為電網(wǎng)所釋放的電能。同時，柔性的負(fù)荷控制在用電的低谷還能夠借助空調(diào)房間所儲熱的能力，對大量特性參數(shù)的變量調(diào)整，對空調(diào)負(fù)荷增加，對一部分的冷量提前儲存，增加電力系統(tǒng)利用率。
3.虛擬電廠技術(shù)展望
在虛擬電廠的技術(shù)研究中，盡管國內(nèi)外對它研究存在不同的特色，且控制的手段也十分多樣，但行業(yè)核心的技術(shù)是基本類似的，主要包括計量技術(shù)、通信技術(shù)、智能調(diào)度的決策技術(shù)、信息安全的防護(hù)技術(shù)等，在后續(xù)研發(fā)中還需要重點(diǎn)關(guān)注，
在計量技術(shù)方面，需要對用戶側(cè)的電、氣、熱、水等耗量實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確性能源網(wǎng)絡(luò)，確保其供需的平衡，從而為此技術(shù)的調(diào)度和生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的依據(jù)。
在通信技術(shù)方面，首先控制中心要對各子系統(tǒng)內(nèi)狀態(tài)的信息、電力用戶側(cè)的信息和電力市場的信息等接收，后根據(jù)此類信息采取決策、優(yōu)化和調(diào)度?，F(xiàn)階段，主要使用互聯(lián)網(wǎng)、電力的線纜載波和虛擬的網(wǎng)等技術(shù)，后續(xù)要以此為基礎(chǔ)對虛擬電廠型通信協(xié)議以及通用平臺的研發(fā)。
在智能調(diào)度的決策技術(shù)方面，虛擬電廠需要實(shí)現(xiàn)對分布式的能源消納、確保電網(wǎng)的高效安全運(yùn)行，而這就要求其對各個子系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度的統(tǒng)籌優(yōu)化。因此，其控制中心還要對數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化算法不斷完善。
在信息安全的防護(hù)技術(shù)方面，虛擬電廠是一個對諸多子系統(tǒng)綜合的大型系統(tǒng)，它和各個子系統(tǒng)都有接口，這就需要做好對其系統(tǒng)的安全防護(hù)，對邊界防護(hù)和內(nèi)部安全的防護(hù)能力加強(qiáng)。根據(jù)目前發(fā)展的現(xiàn)狀與需求，需要加強(qiáng)對和虛擬電廠相適應(yīng)的信息安全技術(shù)研究，這也是后續(xù)虛擬電廠在發(fā)展中要重視的內(nèi)容
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(hù)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(xiàng)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(jī)保護(hù)裝置 |
| AM6、AM5SE | 實(shí)現(xiàn)35kV、10kV回路的保護(hù)、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(shí)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(jìn)線回路 |
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(diǎn)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(diǎn)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(fèi)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(fèi)率設(shè)置，適用8種季節(jié)模式、8個時段費(fèi)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(fèi)或后付費(fèi)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(shí)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(shí)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 |
馬達(dá)控制 |
| ARD3M | 電動機(jī)保護(hù)控制器，適用于額定電壓至 660V 的低壓電動機(jī)回路，集保護(hù)、測量、控制、通訊、運(yùn)維于一體。 | 電機(jī)保護(hù)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(dú)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(shí)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(jī)，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(yùn)營和充電控制 |
電動自行車充電樁 |
| ACX10A | 投幣、刷卡、掃碼、免費(fèi)充電多種模式，充電安全保護(hù)和監(jiān)測，可接入云平臺 | 電動自行車充電樁安全和收費(fèi)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(diǎn)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 |
綜上所述，為了更好地促進(jìn)電力市場的發(fā)展，虛擬電廠的技術(shù)研究逐漸受到了關(guān)注。國內(nèi)外針對虛擬電廠也是建立了相應(yīng)的試點(diǎn)研究項(xiàng)目，并取得了一定的成果，為了促進(jìn)其技術(shù)的更好運(yùn)用，還需要對其技術(shù)不斷深化研究，從而實(shí)現(xiàn)其功能的更好發(fā)揮與應(yīng)用。
