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

導讀：從能源互聯(lián)網(wǎng)推進(jìn)受阻，到泛在電力物聯(lián)網(wǎng)名噪一時(shí)，到虛擬電廠(chǎng)再次走向火爆，能源領(lǐng)域亟需更進(jìn)一步的數智化發(fā)展。如今，隨著(zhù)新型電力系統建設推進(jìn)，虛擬電廠(chǎng)有望迎來(lái)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(chǎng)正磨刀霍霍，共探新藍海。

  6月1日，據南方財經(jīng)報道，南方電網(wǎng)深圳聯(lián)合南網(wǎng)科研院，于5月19日至30日運用5G專(zhuān)用切片技術(shù)，在國內驗證了虛擬電廠(chǎng)調頻技術(shù)。這標志著(zhù)，深圳虛擬電廠(chǎng)基本具備了實(shí)體電廠(chǎng)功能，將有助于提升城市電力保障能力和新能源消納能力，為國內虛擬電廠(chǎng)建設及運行輸出“深圳經(jīng)驗"。

  盡管我國虛擬電廠(chǎng)建設尚處于概念驗證和試點(diǎn)階段，但由于可為電力穩定供應提供保駕護航的作用，虛擬電廠(chǎng)指數近年以來(lái)震蕩上升，引發(fā)市場(chǎng)廣泛關(guān)注。同時(shí)，伴隨著(zhù)虛擬電廠(chǎng)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(cháng)，贏(yíng)得先機。

爆火的虛擬電廠(chǎng)，昭示新風(fēng)口

  伴隨著(zhù)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(cháng)，但我國電力緊張情況仍然持續加劇。今年4月份，我國總發(fā)電量6583.5億千瓦時(shí)，同比增長(cháng)8.18%。然而，據預估，2023年全國至大的電力負荷將比去年有較大增長(cháng)，我國電力供應將呈現緊平衡狀態(tài)，全國至高用電負荷可能比2022年增加近1億千瓦，電力保供仍是重要主題。

  在電力資源持續緊張的當下，數智化手段能否為電力系統提供全新助力？答案當然是肯定的，虛擬電廠(chǎng)就在這一背景下乘勢而起。通俗來(lái)說(shuō)，虛擬電廠(chǎng)就是虛擬化的發(fā)電廠(chǎng)，它并不具備實(shí)體發(fā)電廠(chǎng)(如火力發(fā)電廠(chǎng))本身 ，而是一種管理模式或者說(shuō)是一套系統，其核心思想就是把各類(lèi)分散可調電源和負荷匯聚起來(lái)，通過(guò)數字化的手段形成一個(gè)虛擬的“電廠(chǎng)"來(lái)做統一的管理和調度，同時(shí)作為主體參與電力市場(chǎng)。

  虛擬電廠(chǎng)之所以引起關(guān)注，在于其可為電力穩定供應提供保駕護航的作用。隨著(zhù)具有間歇性特點(diǎn)的新能源在電力系統中占比提升，電力負荷彈性面臨挑戰，而虛擬電廠(chǎng)具有聚集資源、調節流向及提高效率等功能，有助提升風(fēng)光大規模接入時(shí)電力系統穩定性及安全性。例如，在用電高峰時(shí)，虛擬電廠(chǎng)可實(shí)現大批商場(chǎng)負荷與電網(wǎng)的互動(dòng)，通過(guò)將商場(chǎng)室內溫度提升1至2攝氏度，在顧客幾乎無(wú)覺(jué)察的情況下，大幅降低商場(chǎng)空調負荷，緩解電網(wǎng)用電壓力。

  此外，虛擬電廠(chǎng)能夠以更低的成本參與電力系統調節。根據的測算，通過(guò)火電廠(chǎng)實(shí)現電力系統削峰填谷，滿(mǎn)足5%的峰值負荷需要投資4000億元，而通過(guò)虛擬電廠(chǎng)僅需投資500億元-600億元，虛擬電廠(chǎng)的成本僅為火電廠(chǎng)的1/8-1/7。

  在種種優(yōu)勢背景下，虛擬電廠(chǎng)概念股持續攀升。事實(shí)上，虛擬電廠(chǎng)早已不是新鮮事物?！笆濉皶r(shí)期，我國就已經(jīng)開(kāi)展了虛擬電廠(chǎng)試點(diǎn)工作，部署多個(gè)虛擬電廠(chǎng)項目，取得了大量經(jīng)驗和數據。2022年6月山西省發(fā)布的《虛擬電廠(chǎng)建設與運營(yíng)管理實(shí)施方案》，明確虛擬電廠(chǎng)的類(lèi)型、入市流程、技術(shù)規范等要求，成為首份省級虛擬電廠(chǎng)實(shí)施方案。目前，山西正推動(dòng)兩批合計10個(gè)虛擬電廠(chǎng)試點(diǎn)項目，累計可調節容量達400兆瓦。

  去年8月，深圳虛擬電廠(chǎng)管理中心成立，這是國內的虛擬電廠(chǎng)管理中心，標志著(zhù)深圳虛擬電廠(chǎng)邁入快速發(fā)展新階段。虛擬電廠(chǎng)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(zhù)風(fēng)光大規模接入，虛擬電廠(chǎng)可提升電力系統穩定性及安全性，且成本較火電調峰更低。除此之外，上海虛擬電廠(chǎng)參與的負荷類(lèi)型多；山東虛擬電廠(chǎng)既可參與輔助服務(wù)，也可參與日前現貨交易；廣東開(kāi)啟需求響應市場(chǎng)化交易……

  近日，發(fā)布消息稱(chēng)，《虛擬電廠(chǎng)管理規范》《虛擬電廠(chǎng)資源配置與評估技術(shù)規范》兩項國家標準獲批立項，這意味著(zhù)我國虛擬電廠(chǎng)建設將有國家統一管理規范。

  盡管虛擬電廠(chǎng)熱度躥升，但我國虛擬電廠(chǎng)建設尚處于概念驗證和試點(diǎn)階段。目前我國的虛擬電廠(chǎng)以邀約型為主，通過(guò)政府機構或電力調度機構發(fā)出邀約信號，然后由負荷聚合商和虛擬電廠(chǎng)組織資源進(jìn)行削峰填谷等需求響應，從電網(wǎng)電價(jià)補貼中獲取收益。這意味著(zhù)，虛擬電廠(chǎng)市場(chǎng)規模仍然十分有限。在其背后，新型電力系統所承載的能源物聯(lián)網(wǎng)風(fēng)口才是更為廣闊的市場(chǎng)目標。

虛擬電廠(chǎng)，能否支撐泛在電力物聯(lián)網(wǎng)重新起飛？

  自2016年2月以來(lái),我國開(kāi)始逐步推動(dòng)能源互聯(lián)網(wǎng)建設,并先后在全國開(kāi)展試點(diǎn),建設效果未能滿(mǎn)足預期。缺乏配套的商業(yè)模式使得各方資本在實(shí)際投資過(guò)程中缺乏積極性。

  2018年3月，由國網(wǎng)冀北電力制定的IEC標準虛擬電廠(chǎng)《用例》提案獲批正式立項，這是在虛擬電廠(chǎng)國際標準編制領(lǐng)域的里程碑突破。國網(wǎng)冀北電力將通過(guò)制定虛擬電廠(chǎng)國際標準，推動(dòng)相關(guān)科研和技術(shù)的發(fā)展，探索在促進(jìn)清潔消納等技術(shù)領(lǐng)域的冀北方案。

  2019年1月,公司進(jìn)一步提出“三型兩網(wǎng)"發(fā)展戰略目標,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)建設背景強調建設各級電網(wǎng)協(xié)調發(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、轉換中的樞紐作用,促進(jìn)清潔低碳發(fā)展,促進(jìn)供需對接,提高系統靈活性。

虛擬電廠(chǎng)的核心在于聚合與通信。分布式電源、分布式儲能、可控負荷、充電樁等不同類(lèi)型的分布式資源就像是“沙"，通過(guò)虛擬電廠(chǎng)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(chǎng)為新型電力系統提供平衡服務(wù)，而非簡(jiǎn)單的電能量，其本質(zhì)是一種市場(chǎng)化管理模式，可通過(guò)價(jià)格進(jìn)行電力供需風(fēng)險管理。虛擬電廠(chǎng)作為一種利用市場(chǎng)激勵規則,通過(guò)優(yōu)化、協(xié)調和控制等手段,聚合分布式能源參與電力市場(chǎng)與電力系統運行的運營(yíng)模式,將是促進(jìn)分布式能源與大電網(wǎng)友好協(xié)調優(yōu)化,促進(jìn)電力系統清潔化的有效途徑之一。

  以上內容節選自微信公眾號：數智銳角《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(chǎng)

  泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設為能源互聯(lián)網(wǎng)構建提供了有力支撐,也為虛擬電廠(chǎng)建設與實(shí)施提供了技術(shù)驅動(dòng)力。某種程度上來(lái)講，虛擬電廠(chǎng)是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的具體形式和基本單元。2019年發(fā)布《泛在電力物聯(lián)網(wǎng)2020年重點(diǎn)建設任務(wù)大綱》到現在，雖然泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)建設進(jìn)展一度放緩，但是一直在為企業(yè)的產(chǎn)品生態(tài)指導方向?，F在隨著(zhù)虛擬電廠(chǎng)的興起，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)和能源互聯(lián)網(wǎng)建設的重要性也再度顯現。

  安科瑞電氣多年來(lái)一直深耕企業(yè)微電網(wǎng)能效管理，根據泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設要求，在企業(yè)微電網(wǎng)“源-網(wǎng)-荷-儲-充"各個(gè)環(huán)節加大研發(fā)投入，從AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統從1.0逐漸迭代到3.0，實(shí)現企業(yè)微電網(wǎng)的需求管理和負荷管理，結合物聯(lián)網(wǎng)、大數據技術(shù)，可實(shí)現企業(yè)電網(wǎng)電力監控、能耗統計、負荷預測、照明控制、主要負荷監控、充電樁運營(yíng)管理、光伏發(fā)電監控、儲能管理、需求響應等功能，提高企業(yè)配電和用電智能化，幫助企業(yè)實(shí)現用電可靠、安全、節約、有序用電，AcrelEMS可以作為虛擬電廠(chǎng)的子系統，促進(jìn)虛擬電廠(chǎng)的快速發(fā)展。

圖1 AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統

1. 配電監控

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

圖2 配電監控

1. 光伏發(fā)電監控

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

圖3 光伏發(fā)電監控

1. 儲能管理

  監測儲能系統（EMS）、電池管理系統(BMS)和儲能變流器(PCS)運行模式、控制策略，監測電池電流、溫度、SOC/SOH，檢測直流系統絕緣狀況，并根據企業(yè)峰谷特點(diǎn)和電價(jià)波動(dòng)以及上級平臺指令設置儲能系統的充放電策略，控制儲能系統充放電，實(shí)現削峰填谷，降低企業(yè)用電成本。

圖4 儲能系統監控

1. 功率預測

  系統基于歷史負荷數據，結合天氣因素、企業(yè)生產(chǎn)計劃等，預測企業(yè)下個(gè)周期的功率需求和光伏發(fā)電功率曲線(xiàn)，為企業(yè)提前安排能源計劃、申報需求響應提供數據支持。

圖5 發(fā)電功率預測

1. 能耗分析

  采集企業(yè)電、水、燃氣等能源消耗，進(jìn)行分類(lèi)分項能耗統計，計算單位面積或單位產(chǎn)品的能耗數據以及趨勢，對標主要用能設備能效進(jìn)行能效診斷，計算企業(yè)碳排放，為企業(yè)制定碳達峰、碳中和路線(xiàn)提供數據支持。

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企業(yè)情況實(shí)現定時(shí)控制、光照感應控制、場(chǎng)景控制、調光控制等，并結合紅外傳感器、超聲波傳感器，實(shí)現人來(lái)燈亮、人走燈滅，并可以根據系統的控制策略實(shí)現集中控制，為企業(yè)節約照明能耗。

圖7 照明控制功能

1. 充電樁管理 

  監測企業(yè)充電樁的運行狀態(tài)，提供充電樁收費管理和狀態(tài)監測功能，并根據企業(yè)負荷率變化和需求側管理平臺指令調節充電樁功率，有序用電，并響應上級平臺的功率需求。

圖8 充電樁管理

1. 需求響應

  根據企業(yè)負荷波動(dòng)數據，再結合上級平臺的調度指令，決定以何種方式參與電網(wǎng)需求響應，平臺可通過(guò)給儲能系統下發(fā)控制策略，調整充發(fā)電時(shí)間。平臺在需求響應時(shí)間段調整可控負荷功率，停止給可中斷負荷供電，并且可以根據企業(yè)可控負荷數據制定需求響應控制策略，實(shí)現一鍵響應。

企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統硬件設備

  安科瑞具備能源互聯(lián)網(wǎng)“云-邊-端"的產(chǎn)品生態(tài)系統，終端設備包括智能網(wǎng)關(guān)、高低壓配電綜合保護和監測產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線(xiàn)監測裝置、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(lèi)解決方案等，可以為企業(yè)微電網(wǎng)能效系統提供一站式服務(wù)能力。

結束語(yǔ)

  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(shí)，再到虛擬電廠(chǎng)走向火爆，能源領(lǐng)域亟需更進(jìn)一步的數智化發(fā)展。如今，隨著(zhù)新型電力系統建設推進(jìn)，虛擬電廠(chǎng)有望迎來(lái)快速發(fā)展，隨之企業(yè)側的能源數字化也將迎來(lái)新一輪的高潮。

編輯：安科瑞 孫斌