中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：虛擬電廠是一種新型電力系統(tǒng)，可對(duì)大規(guī)模新能源電力進(jìn)行高效利用，是電力行業(yè)未來極具潛力的發(fā)展方向。虛擬電廠現(xiàn)階段發(fā)展?fàn)顩r如何？如何發(fā)揮虛擬電廠的價(jià)值？未來該從哪些方面進(jìn)一步挖掘潛力？······聚焦行業(yè)熱點(diǎn)，我們的“朋友圈”在暢聊。從本期開始，朗新研究院將陸續(xù)刊發(fā)三位作者從不同角度對(duì)【虛擬電廠】的總結(jié)思考、洞察分析，來一場(chǎng)熱點(diǎn)“暢聊局”，敬請(qǐng)關(guān)注，也歡迎留言和我們分享您的思考和見解~
上周我們已相繼刊發(fā)《“虛擬電廠大家談” | 走進(jìn)虛擬電廠——綜述篇》、《“虛擬電廠大家談” | 走進(jìn)虛擬電廠——商業(yè)篇》，本期我們將與作者一起，從技術(shù)層面探討虛擬電廠建設(shè)。
導(dǎo)語
虛擬電廠是典型的技術(shù)驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)，普通的社會(huì)化企業(yè)如果要布局虛擬電廠，需要具備并培育哪些技術(shù)能力？文章在傳統(tǒng)虛擬電廠關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)字化、智能化、區(qū)塊鏈等新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，從一般的社會(huì)化虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商的角度，提出了構(gòu)建虛擬電廠的“四大核心技術(shù)體系”和“一體兩面”的技術(shù)平臺(tái)。
模式改變，提升虛擬電廠技術(shù)門檻
在討論虛擬電廠的時(shí)候，常常會(huì)有人提出一個(gè)問題：虛擬電廠和需求響應(yīng)有什么區(qū)別，是不是一回事？我們可以看到，一些專家也會(huì)把虛擬電廠形容為需求響應(yīng)升級(jí)版。
其實(shí)叫什么并不重要，搞清楚“原來的需求響應(yīng)是做什么，怎么做的？”、“現(xiàn)在的虛擬電廠又能做什么，怎么做的？”才是關(guān)鍵。由于兩者的應(yīng)用場(chǎng)景和業(yè)務(wù)模式的不同，對(duì)于技術(shù)和能力的要求也天差地別。
目前已經(jīng)開展的所謂虛擬電廠業(yè)務(wù)，主要是邀約型需求響應(yīng)，削峰填谷。
虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商建立一個(gè)平臺(tái)，把各類可調(diào)負(fù)荷資源匯聚，根據(jù)電網(wǎng)削峰填谷的需求，進(jìn)行線上填報(bào)，等電網(wǎng)計(jì)劃下發(fā)，再執(zhí)行反饋，類似于線上工單派單系統(tǒng)。電網(wǎng)提前幾天或幾周把給調(diào)度指令計(jì)劃發(fā)下來，負(fù)荷集成商或者虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商會(huì)把計(jì)劃告訴客戶，即哪些時(shí)段需要把負(fù)荷停掉，把用電負(fù)荷降下來。這種模式對(duì)于調(diào)節(jié)的時(shí)間尺度和調(diào)節(jié)精度要求都不高。
這種情況下的虛擬電廠技術(shù)平臺(tái)的作用并不明顯，甚至依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)單粗暴地人工通斷就可以達(dá)到調(diào)節(jié)效果。
建設(shè)新型電力系統(tǒng)和電力市場(chǎng)開放，虛擬電廠可調(diào)能力比火電廠調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)、更快、更精準(zhǔn)。
在該背景下，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商的商業(yè)模式不只是參與需求響應(yīng)，還可以通過輔助市場(chǎng)和現(xiàn)貨市場(chǎng)進(jìn)行盈利。虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商會(huì)和客戶簽約、授權(quán)，判斷哪些設(shè)備可以作為可調(diào)負(fù)荷，在尖峰負(fù)荷時(shí)刻，可以對(duì)負(fù)荷進(jìn)行多大程度地調(diào)節(jié)和控制，這樣就可以通過邊緣智能網(wǎng)關(guān)對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。
這種模式就要求虛擬電廠需要具備高標(biāo)準(zhǔn)的通信、調(diào)控、計(jì)量、安全防護(hù)等技術(shù)要求，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商如果不掌握相關(guān)資源聚合建模、智能調(diào)度和靈活交易策略等“黑科技”，根本無法完成相關(guān)交易。這種情況下，虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商就必須考慮依托物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，打造自己的虛擬電廠技術(shù)支撐平臺(tái)。
四大核心，構(gòu)建虛擬電廠技術(shù)體系
在有關(guān)虛擬電廠的書籍或文章中，都將虛擬電廠的關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)為計(jì)量技術(shù)、通信技術(shù)、智能調(diào)度決策技術(shù)和信息安全防護(hù)技術(shù)等。這些技術(shù)無疑是虛擬電廠得以推廣應(yīng)用的前提，但這些技術(shù)是針對(duì)市場(chǎng)建設(shè)者或相關(guān)科研院所提出的，實(shí)際上計(jì)量技術(shù)、通信技術(shù)和信息安全防護(hù)技術(shù)并非虛擬電廠的運(yùn)營(yíng)商們研究的范疇。運(yùn)營(yíng)商們只要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求采購(gòu)設(shè)備或技術(shù)應(yīng)用即可。
因此，我們根據(jù)規(guī)模化用戶側(cè)資源參與電網(wǎng)互動(dòng)調(diào)節(jié)的應(yīng)用需求，將一般的社會(huì)化虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商所需要的關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)為四個(gè)方面：
1、資源動(dòng)態(tài)聚合技術(shù)。虛擬電廠參與電網(wǎng)的每一次調(diào)節(jié)互動(dòng)，都需要根據(jù)調(diào)節(jié)的目的和性能指標(biāo)要求等對(duì)所聚合的資源進(jìn)行選擇，并計(jì)算需要參與的資源數(shù)量。由于聚合的資源狀態(tài)（如發(fā)電、儲(chǔ)能荷電狀態(tài)、負(fù)荷或運(yùn)行成本）都處于實(shí)時(shí)變化之中，因此虛擬電廠的每一次聚合都是動(dòng)態(tài)的。當(dāng)虛擬電廠在市場(chǎng)中的任務(wù)完成后，在下一項(xiàng)任務(wù)的計(jì)劃階段又必須重新聚合。這一切決策有賴于可調(diào)節(jié)潛力分析、負(fù)荷預(yù)測(cè)、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力等算力支持，如果沒有高效的算法模型支撐是不可能完成的。
2、靈活市場(chǎng)交易技術(shù)。在未來的電力市場(chǎng)中，虛擬電廠可以同時(shí)參與現(xiàn)貨交易、需求響應(yīng)和輔助服務(wù)等各類電力交易品種。而每參加一項(xiàng)交易，必然影響到另一項(xiàng)交易的交付。同時(shí)，在參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)交易的同時(shí)，也要考慮資源所有者的正常生產(chǎn)和商業(yè)活動(dòng)安排。因此虛擬電廠參與每一項(xiàng)交易，都需要在綜合上述因素的基礎(chǔ)上，以最大收益為目標(biāo)函數(shù)，通過算法求解交易的數(shù)量和價(jià)格。
3、高效協(xié)同控制技術(shù)。虛擬電廠的可調(diào)節(jié)資源數(shù)量規(guī)模大、分布分散，且大多涉及用戶的生產(chǎn)生活安全，因此虛擬電廠的調(diào)節(jié)控制強(qiáng)調(diào)平臺(tái)與資源主體的協(xié)同控制，在技術(shù)上通常采用“云邊”協(xié)同的物聯(lián)體系架構(gòu)，由平臺(tái)評(píng)估虛擬電廠內(nèi)部分布式源、用電負(fù)荷、分布式儲(chǔ)能等各類資源情況，制定多能互濟(jì)、優(yōu)化運(yùn)行策略，下發(fā)到邊緣網(wǎng)關(guān)，由邊緣網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)相關(guān)資源系統(tǒng)調(diào)節(jié)、調(diào)控。
4、通信承載優(yōu)化技術(shù)。虛擬電廠技術(shù)平臺(tái)上接電網(wǎng)調(diào)度和交易中心，下接各類可調(diào)節(jié)資源的工業(yè)控制系統(tǒng)。一方面要滿足各種異構(gòu)資源系統(tǒng)對(duì)于電網(wǎng)調(diào)節(jié)秒級(jí)，甚至毫秒級(jí)的響應(yīng)要求；另一方面要滿足虛擬電廠通過公網(wǎng)與電網(wǎng)內(nèi)部系統(tǒng)的通信安全要求。因此在滿足基礎(chǔ)物聯(lián)和通信技術(shù)外，更需要基于“云管邊端”靈活的物聯(lián)體系架構(gòu)，持續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)通信承載技術(shù)，提升虛擬電廠的性能參數(shù)，以獲得更高的響應(yīng)收益和系統(tǒng)安全防護(hù)能力。
從上述虛擬電廠關(guān)鍵技術(shù)可以看出，虛擬電廠核心技術(shù)的本質(zhì)是運(yùn)營(yíng)商基于對(duì)自己所聚合資源充分了解的基礎(chǔ)上，運(yùn)用模型算法獲得相關(guān)調(diào)控和交易決策的能力。因此可以說虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商的企業(yè)是算法驅(qū)動(dòng)的公司，算力是虛擬電廠技術(shù)的真正內(nèi)涵。
一體兩面，打造虛擬電廠技術(shù)平臺(tái)
虛擬電廠技術(shù)平臺(tái)作為運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)其商業(yè)運(yùn)營(yíng)的載體，除了支撐可調(diào)節(jié)資源的運(yùn)行調(diào)控，還要支撐虛擬電廠的商業(yè)運(yùn)作，因此其包括虛擬電廠運(yùn)營(yíng)管理和可調(diào)節(jié)資源運(yùn)行調(diào)控“一體兩面”的雙重應(yīng)用。
虛擬電廠運(yùn)行調(diào)控平臺(tái)。通過先進(jìn)的能源物聯(lián)、通信、控制等技術(shù)聚合分布式能源、可調(diào)負(fù)荷、用戶側(cè)儲(chǔ)能、充換電站等不同類型的可調(diào)節(jié)資源，依托智能AI算法實(shí)現(xiàn)資源動(dòng)態(tài)聚合和智能交易，并根據(jù)電網(wǎng)調(diào)節(jié)互動(dòng)要求，實(shí)現(xiàn)相關(guān)資源系統(tǒng)從毫秒級(jí)、秒級(jí)、分鐘級(jí)和小時(shí)級(jí)別等多時(shí)空尺度的各類調(diào)節(jié)、調(diào)控產(chǎn)品交付。
虛擬電廠運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)。作為虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)各類資源主體管理和商業(yè)變現(xiàn)的平臺(tái)。一方面對(duì)接電力交易中心，組織資源主體參與各類電力市場(chǎng)交易，并完成相關(guān)結(jié)算和利益分配；另一方面依托平臺(tái)所積累的技術(shù)、產(chǎn)品和數(shù)據(jù)資源，對(duì)接各細(xì)分資源聚合商、售電公司、配售公司、投融資機(jī)構(gòu)等產(chǎn)業(yè)鏈上各環(huán)節(jié)生態(tài)，為其提供個(gè)性化、定制化的產(chǎn)品、產(chǎn)品組合或場(chǎng)景化應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+虛擬電廠”商業(yè)創(chuàng)新。
化“虛”為實(shí)，還看新技術(shù)加持
未來，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、人工智能等新技術(shù)的發(fā)展，將數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)分析及機(jī)器學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈等數(shù)字技術(shù)應(yīng)用到虛擬電廠，將大大提升虛擬電廠的自動(dòng)化和智能化水平，實(shí)現(xiàn)交易決策智能化、調(diào)控執(zhí)行方式自動(dòng)化，加速用戶側(cè)可調(diào)資源高效利用，推動(dòng)虛擬電廠產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
能源系統(tǒng)數(shù)字孿生技術(shù)：數(shù)字孿生通過建立虛擬映射的仿真模型，實(shí)時(shí)對(duì)虛擬電廠的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行環(huán)境等進(jìn)行監(jiān)控和模擬仿真運(yùn)行，輔助虛擬電廠運(yùn)營(yíng)商制定生產(chǎn)機(jī)組的最優(yōu)運(yùn)行策略。讓“虛擬”的電廠在云端以具象的形式進(jìn)行展現(xiàn)，讓虛擬電廠真正實(shí)現(xiàn)可觀、可測(cè)、可調(diào)、可控。
人工智能技術(shù)：虛擬電廠在調(diào)配資源時(shí)，將產(chǎn)生大量能源和交易數(shù)據(jù)，人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)可幫助虛擬電廠儲(chǔ)存和處理海量的電力數(shù)據(jù)。基于大數(shù)據(jù)分析及機(jī)器學(xué)習(xí)的智能能源管理將成為虛擬電廠的“智慧大腦”，平臺(tái)將會(huì)自學(xué)習(xí)虛擬電廠響應(yīng)與分配策略、微網(wǎng)控制和協(xié)同調(diào)度算法模型，適配電網(wǎng)調(diào)節(jié)互動(dòng)需求，實(shí)現(xiàn)交易決策智能化、調(diào)控執(zhí)行方式自動(dòng)化。
區(qū)塊鏈技術(shù)：利用區(qū)塊鏈技術(shù)的安全可信、公開透明以及分布式多中心的特點(diǎn)，可構(gòu)建防偽溯源、數(shù)據(jù)共享、自由交易的虛擬電廠信用生態(tài)體系。特別是在“隔墻售電”等政策放開，社區(qū)內(nèi)鄰里或社區(qū)之間的屋頂光伏和儲(chǔ)能可以相互交易的時(shí)候，區(qū)塊鏈技術(shù)將會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。
利用區(qū)塊鏈技術(shù)，虛擬電廠可構(gòu)建去中心化云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)信息“可信、可管、可控、可知”的傳輸，結(jié)合光伏發(fā)電、儲(chǔ)能儲(chǔ)電、用電需求以及電網(wǎng)調(diào)節(jié)互動(dòng)需求等信息進(jìn)行智能調(diào)度，提升供需兩端匹配效率。區(qū)塊鏈可對(duì)分布式資源設(shè)備進(jìn)行唯一性認(rèn)證并進(jìn)行出力核查，同時(shí)可利用賬本技術(shù)，采用可信交易積分等手段完善信用體系，提高交易效率，鼓勵(lì)需求側(cè)節(jié)能減排或參與電力市場(chǎng)交易。
小結(jié)
虛擬電廠技術(shù)為王，算力就是核心競(jìng)爭(zhēng)力。普通的社會(huì)化企業(yè)要參與虛擬電廠業(yè)務(wù)，首先要有轉(zhuǎn)型為數(shù)字化企業(yè)的決心，培養(yǎng)相關(guān)技術(shù)人才，以“四大核心”技術(shù)體系、“一體兩面”技術(shù)平臺(tái)為目標(biāo)，持續(xù)打造虛擬電廠的核心技術(shù)能力。
到此為止，我們已經(jīng)共同就虛擬電廠發(fā)展背景、驅(qū)動(dòng)因素、商業(yè)模式以及關(guān)鍵技術(shù)等問題進(jìn)行了探討。那么作為普通的社會(huì)化企業(yè)又該如何抓住虛擬電廠這千載難逢的時(shí)代機(jī)遇呢？在走進(jìn)虛擬電廠系列文章的最后，我們將一起探討切入虛擬電廠業(yè)務(wù)的正確姿勢(shì)，敬請(qǐng)期待。
作者：鄧慶安
部門：朗新科技集團(tuán)綜合能源業(yè)務(wù)部
