安科瑞劉秋霞
導讀：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，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(jīng)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(shù)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(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36.1℃，打破了百年來的當?shù)?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(jù)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(xiàn)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(shù)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(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)流向及提升效率等功能，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(xiàn)大批商場負荷與電網(wǎng)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(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(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(jīng)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(xiàn)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，通過相關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(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(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,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(wǎng)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(wǎng)在虛擬電廠國際標準編制領域的里程碑突破。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(wǎng)公司進一步提出“三型兩網(wǎng)"發(fā)展戰(zhàn)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(wǎng)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(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)的建設為能源互聯(lián)網(wǎng)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(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年重點建設任務大綱》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(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)的需求管理和負荷管理，結合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術，可實現(xiàn)企業(yè)電網(wǎng)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(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)
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(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
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
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
功率預測
系統(tǒng)基于歷史負荷數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)支持。
圖5 發(fā)電功率預測
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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)支持。
圖6 能耗分析功能
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(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
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
需求響應
根據(jù)企業(yè)負荷波動數(shù)據(jù)，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(jù)企業(yè)可控負荷數(shù)據(jù)制定需求響應控制策略，實現(xiàn)一鍵響應。
企業(yè)微電網(wǎng)能效管理系統(tǒng)硬件設備
安科瑞具備能源互聯(lián)網(wǎng)“云-邊-端"的產品生態(tài)系統(tǒng)，終端設備包括智能網(wǎng)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(wǎng)能效系統(tǒng)提供一站式服務能力。
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應用 |
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、諧波等電能質量，記錄各類電能質量事件,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)關鍵接點溫度和溫升預警。 | 適用于35kV、10kV以及0.4kV開關柜母排、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內可直接接入，導軌安裝。 | 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，復費率設置，適用8種季節(jié)模式、8個時段費率、14個時間段設置，內置分斷開關，可分斷80A以內三相電流，支持射頻卡刷卡或遠程充值。 | 用于單個商鋪、租戶電能預付費或后付費模式。 |
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，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、導線溫度等火災危險參數(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 | 儲能直流側絕緣監(jiān)測 |
馬達控制 |  | 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 | 照明控制驅動器，自帶RTC時鐘芯片，可離線獨立工作，執(zhí)行定時任務（含天文時鐘）。 | 照明控制 |
感應控制 |  | ASL220-PM/T ASL220-RM/T ASL220-RP/T | 支持紅外感應、微波感應、微動感應、光照度感應并預設控制邏輯。 | 自動感應控制 |
遙信遙控單元 |  | ARTU-KJ8 | 狀態(tài)量采集和控制輸出，導軌式安裝，485通訊，可實現(xiàn)斷路器或接觸器的遠程控制和狀態(tài)采集。 | 狀態(tài)量采集和控制輸出 |
電動汽車充電樁 |  | AEV200-DC160S | 一種符合國標充電接口標準、輸出功率達到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 |  | ANet-2E4SM | 邊緣計算網(wǎng)關，嵌入式linux系統(tǒng)，網(wǎng)絡通訊方式具備Socket方式，支持XML格式壓縮上傳，提供AES加密及MD5身份認證等安全需求，支持斷點續(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、轉換和邏輯判斷 |
結束語
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(shù)字化也將迎來新一輪的高潮。
