论文部分内容阅读
内容摘要 文章对电力物联网下虚拟电厂运营机制及关键技术进行了探讨，从阐述电力物联网的特点入手，进一步分析了虚拟电厂概念，并且介绍了几种主要的虚拟电厂的控制及运营方式，在此基础上对虚拟电厂运营的关键技术展开了研究。
关键词 电力物联网 虚拟电厂运营机制 关键技术
1 引言
在现代社会的长期运行中，人们的生活与社会的生产离不开基本的电能支持，这就要求电力系统得到持续的创新与升级。随着先进信息技术的更新换代，电力物联网随之出现，并形成了更具技术含量的虚拟电厂——它由发电系统、能量存储系统、通信系统等主要成分构成。而如何采取科学的虚拟电厂运营机制及相关技术，值得思考。
2 电力物联网的特点
电力物联网技术是随着现代信息技术的发展创新而出现的，它可以对电力企业运行系统中的诸多关键内容加以准确感知、快速识别、高效控制。总体而言，电力物联网技术可以对多类现代化高端技术进行高度整合，具备智能化、自动化的特征，在电力物联网的运行过程中，可以借助传感器等端口迅速采集目标信息，并对其做针对性的自动处理与计算，毫无疑问，电力物联网是直接提升电力生产效率的有效手段工具，是电力企业实现现代化发展必不可少的资源基础。
3 虚拟电厂概述
在环境污染严重、资源相对紧缺的今天，提倡环保节能成为社会大势，可再生能源因此得到了全面的推广利用。而虚拟电厂就是采用先进工艺将可再生能源发电大规模引入电网、进而形成的区域性多能源聚合模式。该模式的出现，最初是为了对各类分布式能源——如分布式電源、可控负荷和储能装置等进行优化整合与利用，进而提升资源使用率。虚拟电厂的具体工作原理是借助分布式电力管理体系，将整个电力系统内所包含的分布式电源、可控负荷和储能装置等协调起来，构成一个具有突出虚拟特征及综合性的整体，成为电网顺利工作及对其进行调度管理的一大平台工具，进而实现对智能电网、分布式电源等要素的全面控制，确保分布式能源的优势能得到最大程度的展现，进而为电网和用户创造更高的效益。从虚拟电厂的内部结构看，它的构成要素包括了发电系统、储能设备、通信系统等[1]。
3.1 发电系统
在虚拟电网中，发电系统是最基础的子系统之一，它又涵盖了家庭型（Domestic Distribute Dgeneration，PDG）及公用型（Public Distribute Dgeneration，PDG）分布式电源两种不同类型。其中，DDG的核心性能在于它可以达到用户实时变化的自身负荷需求，在电能盈余时，自动把多余的电能送往电网中去。与之对应的，PDG则更多地负责将自身产出的电能送往电网体系内，其最终目的在于售出电能，常见的风电、光伏等新能源发电装置就是PDG模式的实际运用案例。
3.2 能量存储系统
能量存储系统，顾名思义，该系统是指能够通过能量的日常存储，在可再生能源发电出力表现出不稳定问题时，对其加以补偿的结构。能量存储系统可以根据实时变动着的电力需求情况，对可再生能源波动所引起的电网系统薄弱问题加以改善，提升系统接纳可再生能源发电的能力，进而确保系统优势性能得到发挥。
3.3 通信系统
通信系统可以对虚拟电厂做全面的能量管理、数据收集与实时监控，并且完成电力系统调度中心的通信任务。在通信系统与电网及相关虚拟电厂彼此进行信息交流的过程中，虚拟电厂的管理将更具透明性与直接性，整个虚拟电厂的管控效率也将明显提升。
4 虚拟电厂的控制及运营方式
4.1 集中控制方式
对虚拟电厂加以控制，可以采取集中控制的模式，它是指对电厂系统内的全部内容与分布式单元等相关信息资料进行全面的了解，对各结构的运行状态等进行精密计算与研究，进而实现对全部发电或用电单元的高效控制[2]。
4.2 分散控制方式
采取分散式控制方法进行经营的虚拟电厂，往往被划分成多个不同的层次。其中，位于下层的电厂控制协调中心负责对系统内部全部的发电或用电单元进行管理，随后由该级虚拟电厂的控制协调中心进行信息反馈，将反馈的资料传递给更高一级的控制协调中心，最终形成一个极具丰富性的层次结构。
4.3 完全分散控制方式
在完全分散控制模式影响下的虚拟电厂，其控制协调中心基本由数据交换与处理中心充当。虚拟电厂自身也被区分为不同的也各自独立的智能子单元，它们并不被数据交换与处理中心直接管控，而只能与数据交换与处理中心的数据实现交流与共享，并且结合其收到的信息对系统的高效运行加以优化。
5 虚拟电厂运营的关键技术
5.1 分布式电源的互补技术
如前文所述，因为可再生能源的出力本身具有相当明显的不稳定性、间歇性特征，这就给分布式电源的动态组合造成了一定的困扰。而在全球能源项目建设持续创新的背景下，国家就可再生能源问题提出了“一带一路”和“一极一道”的方案，将参与该方案的各国所有的风能和太阳能资源进行整合、利用，“一极一道”进一步推动了可再生能源基地电力的送出、洲际电能交换工作的高效进行。能源互联网项目的出现，使得跨境电力与输电通道的搭建成为可能，为区域电网的完善提供了强大的技术支撑，弥补了分布式电源在时差、季节上的分配差异，使得资源得到更为高效的利用。
5.2 多个分布式单元动态组合技术
虚拟电厂和微电网的显著差别便体现在虚拟电厂内含的不同分布式发电单元往往被布局在不同的地区，因此所形成的聚合范围及其与市场的交互效率往往会因为通信稳定性的高低而存在差异。而借助多个分布式发电单元动态组合技术的作用，可以将虚拟电厂中的单元根据特定规则加以聚合，使其作为一个完整的综合体参与到电力市场中去，并且把由其产生的利益均衡分配给不同的分布式发电单元。 5.3 虚拟电厂数据处理技术
在信息化时代，大数据成为各行各业发展的必备工具，大数据的实质是指无需借助传统的IT技术、软硬件工具和数学计算公式等，直接对信息进行智能化的全面感知与提取，对数据进行高效的整合、处理和研究。借助大数据工具，可以对电厂的实际负荷和可再生能源——如风能、电能等的出力状态等加以预估。其中，对风能的预估是极为关键的，这是由于数据显示在用电高峰期，风电场的现实产能往往出现及其明显的波动现象，进而影响电力系统的顺利运行。而完成太阳能和风能的信息如风速、云层等气象资料的预估工作，也必须获得大量的基础信息，利用大数据，则恰恰能對虚拟电厂内的多元化信息做统一处理，进而确保数据交换与处理中心的运作效率，使其为不同的各子系统提高更为实时、准确的信息流。
5.4 基于博弈论的合作机制
博弈论的关注要点集中在各利益相关方的关系协调、矛盾处理及利益分配问题上，一般会根据各自实际状况及手中所掌握的信息资料，形成与各自获益有利的决策理论。按照这种观点模式，虚拟电厂内部的全部发电、用电单元以及电厂之外的全部运营企业，彼此之间都属于合作博弈的关系，因此博弈论对他们都具有一定的适用性。根据合作博弈理论的原理，对合作机制与模式进行必要的完善与创新，使得不同的发电、用电单元保持良好协作关系，使得虚拟电厂与集成运营商等单位高效配合，这就有利于各方在良好的合作环境中各自落实其工作内容，实现利益上的共赢，推动虚拟电厂的顺利运行。
6 结语
综上所述，加强对电力物联网下虚拟电厂运营机制及关键技术的探讨意义重大。相关工作人员需要明确电力物联网的特点;同时把握主要的虚拟电厂的控制及运营方式——如集中控制方式、分散控制方式、完全分散控制方式等，在此基础上对虚拟电厂运营的关键技术展开研究，合理运用分布式电源的互补技术、多个分布式单元动态组合技术、虚拟电厂数据处理技术、基于博弈论的合作机制等。
（第一作者系平高集团有限公司 助理工程师）
【参考文献】
[1]刘俊，张程，孙鸿雁，等.基于泛在电力物联网的电力市场主动服务感知共享平台研究[J].电力信息与通信技术，2019（7）：16-20.
[2]刘金平.泛在电力物联网的发展与实施[J].科技创新与应用，2019（31）：77-78.
关键词 电力物联网 虚拟电厂运营机制 关键技术
1 引言
在现代社会的长期运行中，人们的生活与社会的生产离不开基本的电能支持，这就要求电力系统得到持续的创新与升级。随着先进信息技术的更新换代，电力物联网随之出现，并形成了更具技术含量的虚拟电厂——它由发电系统、能量存储系统、通信系统等主要成分构成。而如何采取科学的虚拟电厂运营机制及相关技术，值得思考。
2 电力物联网的特点
电力物联网技术是随着现代信息技术的发展创新而出现的，它可以对电力企业运行系统中的诸多关键内容加以准确感知、快速识别、高效控制。总体而言，电力物联网技术可以对多类现代化高端技术进行高度整合，具备智能化、自动化的特征，在电力物联网的运行过程中，可以借助传感器等端口迅速采集目标信息，并对其做针对性的自动处理与计算，毫无疑问，电力物联网是直接提升电力生产效率的有效手段工具，是电力企业实现现代化发展必不可少的资源基础。
3 虚拟电厂概述
在环境污染严重、资源相对紧缺的今天，提倡环保节能成为社会大势，可再生能源因此得到了全面的推广利用。而虚拟电厂就是采用先进工艺将可再生能源发电大规模引入电网、进而形成的区域性多能源聚合模式。该模式的出现，最初是为了对各类分布式能源——如分布式電源、可控负荷和储能装置等进行优化整合与利用，进而提升资源使用率。虚拟电厂的具体工作原理是借助分布式电力管理体系，将整个电力系统内所包含的分布式电源、可控负荷和储能装置等协调起来，构成一个具有突出虚拟特征及综合性的整体，成为电网顺利工作及对其进行调度管理的一大平台工具，进而实现对智能电网、分布式电源等要素的全面控制，确保分布式能源的优势能得到最大程度的展现，进而为电网和用户创造更高的效益。从虚拟电厂的内部结构看，它的构成要素包括了发电系统、储能设备、通信系统等[1]。
3.1 发电系统
在虚拟电网中，发电系统是最基础的子系统之一，它又涵盖了家庭型（Domestic Distribute Dgeneration，PDG）及公用型（Public Distribute Dgeneration，PDG）分布式电源两种不同类型。其中，DDG的核心性能在于它可以达到用户实时变化的自身负荷需求，在电能盈余时，自动把多余的电能送往电网中去。与之对应的，PDG则更多地负责将自身产出的电能送往电网体系内，其最终目的在于售出电能，常见的风电、光伏等新能源发电装置就是PDG模式的实际运用案例。
3.2 能量存储系统
能量存储系统，顾名思义，该系统是指能够通过能量的日常存储，在可再生能源发电出力表现出不稳定问题时，对其加以补偿的结构。能量存储系统可以根据实时变动着的电力需求情况，对可再生能源波动所引起的电网系统薄弱问题加以改善，提升系统接纳可再生能源发电的能力，进而确保系统优势性能得到发挥。
3.3 通信系统
通信系统可以对虚拟电厂做全面的能量管理、数据收集与实时监控，并且完成电力系统调度中心的通信任务。在通信系统与电网及相关虚拟电厂彼此进行信息交流的过程中，虚拟电厂的管理将更具透明性与直接性，整个虚拟电厂的管控效率也将明显提升。
4 虚拟电厂的控制及运营方式
4.1 集中控制方式
对虚拟电厂加以控制，可以采取集中控制的模式，它是指对电厂系统内的全部内容与分布式单元等相关信息资料进行全面的了解，对各结构的运行状态等进行精密计算与研究，进而实现对全部发电或用电单元的高效控制[2]。
4.2 分散控制方式
采取分散式控制方法进行经营的虚拟电厂，往往被划分成多个不同的层次。其中，位于下层的电厂控制协调中心负责对系统内部全部的发电或用电单元进行管理，随后由该级虚拟电厂的控制协调中心进行信息反馈，将反馈的资料传递给更高一级的控制协调中心，最终形成一个极具丰富性的层次结构。
4.3 完全分散控制方式
在完全分散控制模式影响下的虚拟电厂，其控制协调中心基本由数据交换与处理中心充当。虚拟电厂自身也被区分为不同的也各自独立的智能子单元，它们并不被数据交换与处理中心直接管控，而只能与数据交换与处理中心的数据实现交流与共享，并且结合其收到的信息对系统的高效运行加以优化。
5 虚拟电厂运营的关键技术
5.1 分布式电源的互补技术
如前文所述，因为可再生能源的出力本身具有相当明显的不稳定性、间歇性特征，这就给分布式电源的动态组合造成了一定的困扰。而在全球能源项目建设持续创新的背景下，国家就可再生能源问题提出了“一带一路”和“一极一道”的方案，将参与该方案的各国所有的风能和太阳能资源进行整合、利用，“一极一道”进一步推动了可再生能源基地电力的送出、洲际电能交换工作的高效进行。能源互联网项目的出现，使得跨境电力与输电通道的搭建成为可能，为区域电网的完善提供了强大的技术支撑，弥补了分布式电源在时差、季节上的分配差异，使得资源得到更为高效的利用。
5.2 多个分布式单元动态组合技术
虚拟电厂和微电网的显著差别便体现在虚拟电厂内含的不同分布式发电单元往往被布局在不同的地区，因此所形成的聚合范围及其与市场的交互效率往往会因为通信稳定性的高低而存在差异。而借助多个分布式发电单元动态组合技术的作用，可以将虚拟电厂中的单元根据特定规则加以聚合，使其作为一个完整的综合体参与到电力市场中去，并且把由其产生的利益均衡分配给不同的分布式发电单元。 5.3 虚拟电厂数据处理技术
在信息化时代，大数据成为各行各业发展的必备工具，大数据的实质是指无需借助传统的IT技术、软硬件工具和数学计算公式等，直接对信息进行智能化的全面感知与提取，对数据进行高效的整合、处理和研究。借助大数据工具，可以对电厂的实际负荷和可再生能源——如风能、电能等的出力状态等加以预估。其中，对风能的预估是极为关键的，这是由于数据显示在用电高峰期，风电场的现实产能往往出现及其明显的波动现象，进而影响电力系统的顺利运行。而完成太阳能和风能的信息如风速、云层等气象资料的预估工作，也必须获得大量的基础信息，利用大数据，则恰恰能對虚拟电厂内的多元化信息做统一处理，进而确保数据交换与处理中心的运作效率，使其为不同的各子系统提高更为实时、准确的信息流。
5.4 基于博弈论的合作机制
博弈论的关注要点集中在各利益相关方的关系协调、矛盾处理及利益分配问题上，一般会根据各自实际状况及手中所掌握的信息资料，形成与各自获益有利的决策理论。按照这种观点模式，虚拟电厂内部的全部发电、用电单元以及电厂之外的全部运营企业，彼此之间都属于合作博弈的关系，因此博弈论对他们都具有一定的适用性。根据合作博弈理论的原理，对合作机制与模式进行必要的完善与创新，使得不同的发电、用电单元保持良好协作关系，使得虚拟电厂与集成运营商等单位高效配合，这就有利于各方在良好的合作环境中各自落实其工作内容，实现利益上的共赢，推动虚拟电厂的顺利运行。
6 结语
综上所述，加强对电力物联网下虚拟电厂运营机制及关键技术的探讨意义重大。相关工作人员需要明确电力物联网的特点;同时把握主要的虚拟电厂的控制及运营方式——如集中控制方式、分散控制方式、完全分散控制方式等，在此基础上对虚拟电厂运营的关键技术展开研究，合理运用分布式电源的互补技术、多个分布式单元动态组合技术、虚拟电厂数据处理技术、基于博弈论的合作机制等。
（第一作者系平高集团有限公司 助理工程师）
【参考文献】
[1]刘俊，张程，孙鸿雁，等.基于泛在电力物联网的电力市场主动服务感知共享平台研究[J].电力信息与通信技术，2019（7）：16-20.
[2]刘金平.泛在电力物联网的发展与实施[J].科技创新与应用，2019（31）：77-78.