楊燕鵬 彭波

內(nèi)容摘要 文章對(duì)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)行了探討，從闡述電力物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)入手，進(jìn)一步分析了虛擬電廠概念，并且介紹了幾種主要的虛擬電廠的控制及運(yùn)營方式，在此基礎(chǔ)上對(duì)虛擬電廠運(yùn)營的關(guān)鍵技術(shù)展開了研究。

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

1 引言

在現(xiàn)代社會(huì)的長期運(yùn)行中，人們的生活與社會(huì)的生產(chǎn)離不開基本的電能支持，這就要求電力系統(tǒng)得到持續(xù)的創(chuàng)新與升級(jí)。隨著先進(jìn)信息技術(shù)的更新?lián)Q代，電力物聯(lián)網(wǎng)隨之出現(xiàn)，并形成了更具技術(shù)含量的虛擬電廠——它由發(fā)電系統(tǒng)、能量存儲(chǔ)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等主要成分構(gòu)成。而如何采取科學(xué)的虛擬電廠運(yùn)營機(jī)制及相關(guān)技術(shù)，值得思考。

2 電力物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)

電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新而出現(xiàn)的，它可以對(duì)電力企業(yè)運(yùn)行系統(tǒng)中的諸多關(guān)鍵內(nèi)容加以準(zhǔn)確感知、快速識(shí)別、高效控制。總體而言，電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對(duì)多類現(xiàn)代化高端技術(shù)進(jìn)行高度整合，具備智能化、自動(dòng)化的特征，在電力物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行過程中，可以借助傳感器等端口迅速采集目標(biāo)信息，并對(duì)其做針對(duì)性的自動(dòng)處理與計(jì)算，毫無疑問，電力物聯(lián)網(wǎng)是直接提升電力生產(chǎn)效率的有效手段工具，是電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展必不可少的資源基礎(chǔ)。

3 虛擬電廠概述

在環(huán)境污染嚴(yán)重、資源相對(duì)緊缺的今天，提倡環(huán)保節(jié)能成為社會(huì)大勢，可再生能源因此得到了全面的推廣利用。而虛擬電廠就是采用先進(jìn)工藝將可再生能源發(fā)電大規(guī)模引入電網(wǎng)、進(jìn)而形成的區(qū)域性多能源聚合模式。該模式的出現(xiàn)，最初是為了對(duì)各類分布式能源——如分布式電源、可控負(fù)荷和儲(chǔ)能裝置等進(jìn)行優(yōu)化整合與利用，進(jìn)而提升資源使用率。虛擬電廠的具體工作原理是借助分布式電力管理體系，將整個(gè)電力系統(tǒng)內(nèi)所包含的分布式電源、可控負(fù)荷和儲(chǔ)能裝置等協(xié)調(diào)起來，構(gòu)成一個(gè)具有突出虛擬特征及綜合性的整體，成為電網(wǎng)順利工作及對(duì)其進(jìn)行調(diào)度管理的一大平臺(tái)工具，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)智能電網(wǎng)、分布式電源等要素的全面控制，確保分布式能源的優(yōu)勢能得到最大程度的展現(xiàn)，進(jìn)而為電網(wǎng)和用戶創(chuàng)造更高的效益。從虛擬電廠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，它的構(gòu)成要素包括了發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能設(shè)備、通信系統(tǒng)等[1]。

3.1 發(fā)電系統(tǒng)

在虛擬電網(wǎng)中，發(fā)電系統(tǒng)是最基礎(chǔ)的子系統(tǒng)之一，它又涵蓋了家庭型（Domestic Distribute Dgeneration，PDG）及公用型（Public Distribute Dgeneration，PDG）分布式電源兩種不同類型。其中，DDG的核心性能在于它可以達(dá)到用戶實(shí)時(shí)變化的自身負(fù)荷需求，在電能盈余時(shí)，自動(dòng)把多余的電能送往電網(wǎng)中去。與之對(duì)應(yīng)的，PDG則更多地負(fù)責(zé)將自身產(chǎn)出的電能送往電網(wǎng)體系內(nèi)，其最終目的在于售出電能，常見的風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電裝置就是PDG模式的實(shí)際運(yùn)用案例。

3.2 能量存儲(chǔ)系統(tǒng)

能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，顧名思義，該系統(tǒng)是指能夠通過能量的日常存儲(chǔ)，在可再生能源發(fā)電出力表現(xiàn)出不穩(wěn)定問題時(shí)，對(duì)其加以補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)構(gòu)。能量存儲(chǔ)系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)變動(dòng)著的電力需求情況，對(duì)可再生能源波動(dòng)所引起的電網(wǎng)系統(tǒng)薄弱問題加以改善，提升系統(tǒng)接納可再生能源發(fā)電的能力，進(jìn)而確保系統(tǒng)優(yōu)勢性能得到發(fā)揮。

3.3 通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)可以對(duì)虛擬電廠做全面的能量管理、數(shù)據(jù)收集與實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且完成電力系統(tǒng)調(diào)度中心的通信任務(wù)。在通信系統(tǒng)與電網(wǎng)及相關(guān)虛擬電廠彼此進(jìn)行信息交流的過程中，虛擬電廠的管理將更具透明性與直接性，整個(gè)虛擬電廠的管控效率也將明顯提升。

4 虛擬電廠的控制及運(yùn)營方式

4.1 集中控制方式

對(duì)虛擬電廠加以控制，可以采取集中控制的模式，它是指對(duì)電廠系統(tǒng)內(nèi)的全部內(nèi)容與分布式單元等相關(guān)信息資料進(jìn)行全面的了解，對(duì)各結(jié)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行精密計(jì)算與研究，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)全部發(fā)電或用電單元的高效控制[2]。

4.2 分散控制方式

采取分散式控制方法進(jìn)行經(jīng)營的虛擬電廠，往往被劃分成多個(gè)不同的層次。其中，位于下層的電廠控制協(xié)調(diào)中心負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部全部的發(fā)電或用電單元進(jìn)行管理，隨后由該級(jí)虛擬電廠的控制協(xié)調(diào)中心進(jìn)行信息反饋，將反饋的資料傳遞給更高一級(jí)的控制協(xié)調(diào)中心，最終形成一個(gè)極具豐富性的層次結(jié)構(gòu)。

4.3 完全分散控制方式

在完全分散控制模式影響下的虛擬電廠，其控制協(xié)調(diào)中心基本由數(shù)據(jù)交換與處理中心充當(dāng)。虛擬電廠自身也被區(qū)分為不同的也各自獨(dú)立的智能子單元，它們并不被數(shù)據(jù)交換與處理中心直接管控，而只能與數(shù)據(jù)交換與處理中心的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)交流與共享，并且結(jié)合其收到的信息對(duì)系統(tǒng)的高效運(yùn)行加以優(yōu)化。

5 虛擬電廠運(yùn)營的關(guān)鍵技術(shù)

5.1 分布式電源的互補(bǔ)技術(shù)

如前文所述，因?yàn)榭稍偕茉吹某隽Ρ旧砭哂邢喈?dāng)明顯的不穩(wěn)定性、間歇性特征，這就給分布式電源的動(dòng)態(tài)組合造成了一定的困擾。而在全球能源項(xiàng)目建設(shè)持續(xù)創(chuàng)新的背景下，國家就可再生能源問題提出了“一帶一路”和“一極一道”的方案，將參與該方案的各國所有的風(fēng)能和太陽能資源進(jìn)行整合、利用，“一極一道”進(jìn)一步推動(dòng)了可再生能源基地電力的送出、洲際電能交換工作的高效進(jìn)行。能源互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的出現(xiàn)，使得跨境電力與輸電通道的搭建成為可能，為區(qū)域電網(wǎng)的完善提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐，彌補(bǔ)了分布式電源在時(shí)差、季節(jié)上的分配差異，使得資源得到更為高效的利用。

5.2 多個(gè)分布式單元?jiǎng)討B(tài)組合技術(shù)

虛擬電廠和微電網(wǎng)的顯著差別便體現(xiàn)在虛擬電廠內(nèi)含的不同分布式發(fā)電單元往往被布局在不同的地區(qū)，因此所形成的聚合范圍及其與市場的交互效率往往會(huì)因?yàn)橥ㄐ欧€(wěn)定性的高低而存在差異。而借助多個(gè)分布式發(fā)電單元?jiǎng)討B(tài)組合技術(shù)的作用，可以將虛擬電廠中的單元根據(jù)特定規(guī)則加以聚合，使其作為一個(gè)完整的綜合體參與到電力市場中去，并且把由其產(chǎn)生的利益均衡分配給不同的分布式發(fā)電單元。

5.3 虛擬電廠數(shù)據(jù)處理技術(shù)

在信息化時(shí)代，大數(shù)據(jù)成為各行各業(yè)發(fā)展的必備工具，大數(shù)據(jù)的實(shí)質(zhì)是指無需借助傳統(tǒng)的IT技術(shù)、軟硬件工具和數(shù)學(xué)計(jì)算公式等，直接對(duì)信息進(jìn)行智能化的全面感知與提取，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效的整合、處理和研究。借助大數(shù)據(jù)工具，可以對(duì)電廠的實(shí)際負(fù)荷和可再生能源——如風(fēng)能、電能等的出力狀態(tài)等加以預(yù)估。其中，對(duì)風(fēng)能的預(yù)估是極為關(guān)鍵的，這是由于數(shù)據(jù)顯示在用電高峰期，風(fēng)電場的現(xiàn)實(shí)產(chǎn)能往往出現(xiàn)及其明顯的波動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)而影響電力系統(tǒng)的順利運(yùn)行。而完成太陽能和風(fēng)能的信息如風(fēng)速、云層等氣象資料的預(yù)估工作，也必須獲得大量的基礎(chǔ)信息，利用大數(shù)據(jù)，則恰恰能對(duì)虛擬電廠內(nèi)的多元化信息做統(tǒng)一處理，進(jìn)而確保數(shù)據(jù)交換與處理中心的運(yùn)作效率，使其為不同的各子系統(tǒng)提高更為實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的信息流。

5.4 基于博弈論的合作機(jī)制

博弈論的關(guān)注要點(diǎn)集中在各利益相關(guān)方的關(guān)系協(xié)調(diào)、矛盾處理及利益分配問題上，一般會(huì)根據(jù)各自實(shí)際狀況及手中所掌握的信息資料，形成與各自獲益有利的決策理論。按照這種觀點(diǎn)模式，虛擬電廠內(nèi)部的全部發(fā)電、用電單元以及電廠之外的全部運(yùn)營企業(yè)，彼此之間都屬于合作博弈的關(guān)系，因此博弈論對(duì)他們都具有一定的適用性。根據(jù)合作博弈理論的原理，對(duì)合作機(jī)制與模式進(jìn)行必要的完善與創(chuàng)新，使得不同的發(fā)電、用電單元保持良好協(xié)作關(guān)系，使得虛擬電廠與集成運(yùn)營商等單位高效配合，這就有利于各方在良好的合作環(huán)境中各自落實(shí)其工作內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)利益上的共贏，推動(dòng)虛擬電廠的順利運(yùn)行。

6 結(jié)語

綜上所述，加強(qiáng)對(duì)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)的探討意義重大。相關(guān)工作人員需要明確電力物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn);同時(shí)把握主要的虛擬電廠的控制及運(yùn)營方式——如集中控制方式、分散控制方式、完全分散控制方式等，在此基礎(chǔ)上對(duì)虛擬電廠運(yùn)營的關(guān)鍵技術(shù)展開研究，合理運(yùn)用分布式電源的互補(bǔ)技術(shù)、多個(gè)分布式單元?jiǎng)討B(tài)組合技術(shù)、虛擬電廠數(shù)據(jù)處理技術(shù)、基于博弈論的合作機(jī)制等。

（第一作者系平高集團(tuán)有限公司 助理工程師）

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉俊，張程，孫鴻雁，等.基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的電力市場主動(dòng)服務(wù)感知共享平臺(tái)研究[J].電力信息與通信技術(shù)，2019（7）：16-20.

[2]劉金平.泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與實(shí)施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2019（31）：77-78.