泛在電力物聯(lián)網、能源互聯(lián)網與虛擬電廠

安科瑞 繆凱倫

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

6月1日，據南方財經報道，南方電網深圳供電局聯(lián)合南網科研院，于5月19日至30日運用5G專用切片技術，在國內驗證了虛擬電廠調頻技術。這標志著，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，為國內虛擬電廠建設及運行輸出“深圳經驗"。

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

爆火的虛擬電廠，昭示新風口

今年有多熱？據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36.1℃，打破了百年來的當地5月份氣溫的紀錄。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，據國家能源局預估，2023年全國至大的電力負荷將比去年有較大增長，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(xù)緊張的當下，數智化手段能否為電力系統(tǒng)提供全新助力？答案當然是肯定的，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電源和負荷匯聚起來，通過數字化的手段形成一個虛擬的“電廠"來做統(tǒng)一的管理和調度，同時作為主體參與電力市場。

虛擬電廠之所以引起關注，在于其可為電力穩(wěn)定供應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，電力負荷彈性面臨挑戰(zhàn)，而虛擬電廠具有聚集資源、調節(jié)流向及提高效率等功能，有助提升風光大規(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，虛擬電廠可實現大批商場負荷與電網的互動，通過將商場室內溫度提升1至2攝氏度，在顧客幾乎無覺察的情況下，大幅降低商場空調負荷，緩解電網用電壓力。

此外，虛擬電廠能夠以更低的成本參與電力系統(tǒng)調節(jié)。根據國家電網的測算，通過火電廠實現電力系統(tǒng)削峰填谷，滿足5%的峰值負荷需要投資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。“十三五“時期，我國就已經開展了虛擬電廠試點工作，部署多個虛擬電廠項目，取得了大量經驗和數據。2022年6月山西省能源局發(fā)布的《虛擬電廠建設與運營管理實施方案》，明確虛擬電廠的類型、入市流程、技術規(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，累計可調節(jié)容量達400兆瓦。

去年8月，深圳虛擬電廠管理中心成立，這是國內的虛擬電廠管理中心，標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。新京報貝殼財經記者了解到，隨著風光大規(guī)模接入，虛擬電廠可提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性及安全性，且成本較火電調峰更低。除此之外，上海虛擬電廠參與的負荷類型多；山東虛擬電廠既可參與輔助服務，也可參與日前現貨交易；廣東開啟需求響應市場化交易……

近日，國家標準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規(guī)范》兩項國家標準獲批立項，這意味著我國虛擬電廠建設將有國家統(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組織資源進行削峰填谷等需求響應，從電網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)網風口才是更為廣闊的市場目標。

虛擬電廠，能否支撐泛在電力物聯(lián)網重新起飛？

自2016年2月以來,我國開始逐步推動能源互聯(lián)網建設,并先后在全國開展試點,建設效果未能滿足預期。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，由國網冀北電力制定的IEC標準虛擬電廠《用例》提案獲批正式立項，這是國家電網在虛擬電廠國際標準編制領域的里程碑突破。國網冀北電力將通過制定虛擬電廠國際標準，推動相關科研和技術的發(fā)展，探索在促進清潔消納等技術領域的冀北方案。

2019年1月,國家電網公司進一步提出“三型兩網"發(fā)展戰(zhàn)略目標,旨在建立智能電網與泛在電力物聯(lián)網有機聯(lián)合的國際能源互聯(lián)網企業(yè)。泛在電力物聯(lián)網建設背景強調建設各級電網協(xié)調發(fā)展、狀態(tài)感知、信息處理的堅強智能電網和泛在電力物聯(lián)網,發(fā)揮電網在能源匯集、傳輸、轉換中的樞紐作用,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，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，而非簡單的電能量，其本質是一種市場化管理模式，可通過價格進行電力供需風險管理。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友好協(xié)調優(yōu)化,促進電力系統(tǒng)清潔化的有效途徑之一。

以上內容節(jié)選自微信公眾號：數智銳角《深圳經驗，趟出了一條電力物聯(lián)網大道》，作者不二。

泛在電力物聯(lián)網、能源互聯(lián)網與虛擬電廠

泛在電力物聯(lián)網的建設為能源互聯(lián)網構建提供了有力支撐,也為虛擬電廠建設與實施提供了技術驅動力。某種程度上來講，虛擬電廠是泛在電力物聯(lián)網的具體形式和基本單元。國家電網2019年發(fā)布《泛在電力物聯(lián)網2020年重點建設任務大綱》到現在，雖然泛在電力物聯(lián)網和能源互聯(lián)網建設進展一度放緩，但是一直在為企業(yè)的產品生態(tài)指導方向。現在隨著虛擬電廠的興起，泛在電力物聯(lián)網和能源互聯(lián)網建設的重要性也再度顯現。

安科瑞電氣多年來一直深耕企業(yè)微電網能效管理，根據泛在電力物聯(lián)網建設要求，在企業(yè)微電網“源-網-荷-儲-充"各個環(huán)節(jié)加大研發(fā)投入，從AcrelEMS企業(yè)微電網能效管理系統(tǒng)從1.0逐漸迭代到3.0，實現企業(yè)微電網的需求管理和負荷管理，結合物聯(lián)網、大數據技術，可實現企業(yè)電網電力監(jiān)控、能耗統(tǒng)計、負荷預測、照明控制、主要負荷監(jiān)控、充電樁運營管理、光伏發(fā)電監(jiān)控、儲能管理、需求響應等功能，提高企業(yè)配電和用電智能化，幫助企業(yè)實現用電可靠、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)微電網能效管理系統(tǒng)

AcrelEMS企業(yè)微電網能效管理系統(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設備的電氣參數、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)微電網主要回路的電能質量并進行治理，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

②　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，包括逆變器運行數據、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

③　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，并根據企業(yè)峰谷特點和電價波動以及上級平臺指令設置儲能系統(tǒng)的充放電策略，控制儲能系統(tǒng)充放電，實現削峰填谷，降低企業(yè)用電成本。  

圖4 儲能系統(tǒng)監(jiān)控

④　功率預測

系統(tǒng)基于歷史負荷數據，結合天氣因素、企業(yè)生產計劃等，預測企業(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、申報需求響應提供數據支持。

圖5 發(fā)電功率預測

⑤　能耗分析

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

圖6 能耗分析功能

⑥　照明控制

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

圖7 照明控制功能

⑦　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，并根據企業(yè)負荷率變化和需求側管理平臺指令調節(jié)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

⑧　需求響應

根據企業(yè)負荷波動數據，再結合上級平臺的調度指令，決定以何種方式參與電網需求響應，平臺可通過給儲能系統(tǒng)下發(fā)控制策略，調整充發(fā)電時間。平臺在需求響應時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，實現一鍵響應。

企業(yè)微電網能效管理系統(tǒng)硬件設備

安科瑞具備能源互聯(lián)網“云-邊-端"的產品生態(tài)系統(tǒng)，終端設備包括智能網關、高低壓配電綜合保護和監(jiān)測產品、電能質量在線監(jiān)測裝置、電能質量治理、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)微電網能效系統(tǒng)提供一站式服務能力。

結束語

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