中國儲能網(wǎng)訊：上海市作為典型的人口聚集、負(fù)荷密集區(qū)域，具有外來電比例高、本地資源稟賦不足的特點(diǎn)。
從發(fā)電側(cè)的角度出發(fā)，新能源發(fā)電資源在電力系統(tǒng)中的占比逐年提升，未來新能源占發(fā)電資源主體的比重將超過50%，并且預(yù)計“十四五”新增風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機(jī)1.19GW、2.70GW。同時，傳統(tǒng)電力供應(yīng)體系中以煤電為主的化石能源將逐步調(diào)整成為調(diào)節(jié)性資源。
從用戶側(cè)的角度出發(fā)，隨著二氧化碳排放量的增加以及環(huán)境氣候的變化，夏、冬兩季出現(xiàn)極端性天氣的概率變高，造成電力系統(tǒng)出現(xiàn)明顯的雙峰特征，且尖峰負(fù)荷的持續(xù)時間短暫。同時，隨著第三方產(chǎn)業(yè)與居民用電的發(fā)展，負(fù)荷峰谷差逐年拉大，最大峰谷差達(dá)48.5%（1312萬kW）。并且物聯(lián)網(wǎng)、信息通信等技術(shù)的廣泛普及使得商業(yè)樓宇、電動汽車、分布式能源、5G基站等用戶靈活資源快速發(fā)展。
目前，上海市電動汽車保有量增長迅猛。截至2020年底，電動汽車保有量總規(guī)模全國第一，占全國9%。在上述背景下，上海市成為全國首批建設(shè)虛擬電廠的城市之一，并且目前已取得一定的成效。
上海市虛擬電廠發(fā)展技術(shù)路線
一、資源發(fā)掘
“十四五”規(guī)劃中指出，加快發(fā)展方式綠色轉(zhuǎn)型需要全面提高資源利用效率，強(qiáng)化重點(diǎn)用能單位節(jié)能管理，實(shí)施能量系統(tǒng)優(yōu)化、節(jié)能技術(shù)改造等重點(diǎn)工程。上海市可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源超過8760MW，其中包括工業(yè)負(fù)荷1230MW、商業(yè)負(fù)荷2160MW、電動汽車負(fù)荷1000MW等。
為充分發(fā)揮資源優(yōu)勢，上海電力公司將虛擬電廠項(xiàng)目聚焦于需求響應(yīng)資源，引導(dǎo)電力用戶的用能需求，實(shí)現(xiàn)電力用戶由電能消費(fèi)者到電能產(chǎn)消者的身份轉(zhuǎn)變。
（一）上海黃浦區(qū)商業(yè)建筑虛擬電廠示范項(xiàng)目
2020年上海市公共建筑能耗分析報告中指出，在上海市建筑的分項(xiàng)用電數(shù)據(jù)中，空調(diào)設(shè)備與照明類電器設(shè)備在用電總量占據(jù)份額超過整體的70%。在以空調(diào)負(fù)荷、照明負(fù)荷為主的電能消費(fèi)體系下，商業(yè)建筑中的負(fù)荷具有靈活可調(diào)的性能，能夠在電力市場中發(fā)揮巨大的經(jīng)濟(jì)性價值。
黃浦區(qū)作為上海市商業(yè)建筑的密集聚集區(qū)，擁有超過200幢大型商業(yè)建筑，并且在原有建筑中配備能耗監(jiān)測裝置，有完備的基礎(chǔ)條件實(shí)施需求響應(yīng)項(xiàng)目?；谏鲜鰲l件，上海市于2016年開展國家級需求管理示范項(xiàng)目“上海黃浦區(qū)商業(yè)建筑虛擬電廠示范項(xiàng)目”建設(shè)。項(xiàng)目的建設(shè)落地為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行提供保障，有效提高了可再生新能源的消納水平，充分體現(xiàn)綠色節(jié)能理念。
目前黃浦區(qū)內(nèi)約50%的商業(yè)建筑接入了虛擬電廠平臺。項(xiàng)目采用資源審計注冊，年度能力核定，滾動持續(xù)開發(fā)的方式開展資源能力的持續(xù)建設(shè)。同時，根據(jù)用戶參與情況，對優(yōu)質(zhì)資源開展自動需求改造，采用自動需求響應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對用戶側(cè)設(shè)備的調(diào)控。與傳統(tǒng)的被動需求響應(yīng)相比，自動需求響應(yīng)能夠更加及時調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，保證了需求響應(yīng)的靈活高效。截至目前，已經(jīng)完成20%的資源自動需求響應(yīng)改造。
黃浦虛擬電廠按年度常態(tài)化制定全年度虛擬發(fā)電任務(wù)，任務(wù)主要月度周期執(zhí)行，設(shè)定全資源調(diào)度，精確調(diào)度，累計執(zhí)行次數(shù)等目標(biāo)，并針對資源發(fā)電執(zhí)行情況，對前50家優(yōu)質(zhì)資源進(jìn)行年度性政策補(bǔ)貼。截止2021年，上海市黃浦區(qū)智慧虛擬電廠平臺已納入黃浦區(qū)商業(yè)樓宇130幢，注冊響應(yīng)資源約60MW商業(yè)建筑需求響應(yīng)資源開發(fā)。包含了冷水機(jī)組、風(fēng)冷熱泵、電熱鍋爐、動力照明、充電樁等大量設(shè)備。黃浦區(qū)虛擬電廠實(shí)現(xiàn)了在不降低用戶用能體驗(yàn)的前提下，針對用戶的一樓一策個性化定制。
（二）上海嘉定區(qū)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智慧充放電示范試點(diǎn)項(xiàng)目
隨著電動汽車保有量持續(xù)快速增長以及電網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級步伐加快，電動汽車作為與電網(wǎng)連接的C端用戶，其廣泛互聯(lián)、智能互動的電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和業(yè)務(wù)形態(tài)愈加顯著，將成為未來能源互聯(lián)網(wǎng)的重要一環(huán)。
上海嘉定供電公司與國網(wǎng)電動汽車服務(wù)有限公司合作開展泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智慧充放電示范試點(diǎn)項(xiàng)目，應(yīng)用V2G技術(shù)和有序充電技術(shù)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)電動汽車與電網(wǎng)電力電量平衡，有效地提高電動汽車與電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行的有序性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)清潔能源消納，減少棄風(fēng)棄光。預(yù)計到2030年，家庭電動乘用車將達(dá)8000萬輛，通過V2G充電樁以及有序充電業(yè)務(wù)的開展，國家電網(wǎng)將節(jié)約投資1750億元，為社會節(jié)約投資1430億元，共計節(jié)約3180億元。同時，電動汽車年消納清潔能源將超過2000億kW·h。
嘉定供電公司開展的電動汽車智慧充放電業(yè)務(wù)，融入共享充電理念，通過智慧能源系統(tǒng)平臺調(diào)控，實(shí)現(xiàn)電動汽車有序充電。智慧充放電業(yè)務(wù)采用線上線下結(jié)合的模式,建立“云-管-端”的整體系統(tǒng)架構(gòu)。其中用戶端層面由能源路由器(新一代智能電能表)實(shí)現(xiàn)電動汽車、儲能、分布式電源、微電網(wǎng)、蓄熱電采暖等新型用能設(shè)備的即插即用、數(shù)據(jù)感知、采集和控制。能源控制器作為配變臺區(qū)智能管理單元,實(shí)現(xiàn)臺區(qū)負(fù)荷數(shù)據(jù)收集和臺區(qū)內(nèi)客戶側(cè)設(shè)備的智能控制。云平臺負(fù)責(zé)電網(wǎng)與用戶需求的平衡,實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)負(fù)荷調(diào)度,為客戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。
開展智慧充放電項(xiàng)目解決了居民區(qū)充電困難的問題。通過制定居民區(qū)充電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，研制通用的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備，統(tǒng)一協(xié)調(diào)解決建設(shè)難題，基于有序充電、鄰近車位共享等業(yè)務(wù)方式，減少建樁數(shù)量，解決建樁難題，降低充電成本，避免出現(xiàn)無序建設(shè)、零星接入和重復(fù)施工等現(xiàn)象。智慧有序充電建設(shè)通過對用戶充電行為、用能行為的靈活引導(dǎo)與主動調(diào)控，降低配變峰值負(fù)荷超過30%，將80%充電量優(yōu)化調(diào)整到了配變負(fù)荷低谷時段，使配變接納充電樁能力提高4倍，顯著提升配電網(wǎng)資源利用率，實(shí)現(xiàn)削峰填谷。
二、市場交易
（一）政策規(guī)則介紹
2018年9月，華東能源監(jiān)督局發(fā)布了關(guān)于印發(fā)《華東電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場試點(diǎn)方案》和《華東電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場運(yùn)營規(guī)則（試行）》的通知，華東電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場于2018年9月底開展模擬運(yùn)行，2019年1月1日起正式運(yùn)行。
規(guī)則中明確規(guī)定，市場賣方主體為調(diào)峰能力不低于30萬kW及以上的燃煤機(jī)組、新投產(chǎn)電價市場化的抽水蓄能機(jī)組等，并適時考慮逐步擴(kuò)大至其他具備規(guī)定調(diào)峰能力的發(fā)電資源。2020年4月，華東能源監(jiān)督局發(fā)布了《上海電力調(diào)峰輔助服務(wù)運(yùn)營規(guī)則（試行）》，明確規(guī)定上海市電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場中包含虛擬電廠調(diào)峰交易，從此虛擬電廠可正式作為獨(dú)立市場主體參與調(diào)峰市場提供輔助服務(wù)。
上海電力調(diào)峰輔助服務(wù)運(yùn)營規(guī)則中指出，市場類型按照時間類型分為日前市場、日內(nèi)市場以及實(shí)時市場。日前市場對應(yīng)提前24h發(fā)起的調(diào)峰需求，日內(nèi)市場對應(yīng)提前三四小時發(fā)起的調(diào)峰需求，實(shí)時市場對應(yīng)未來15min發(fā)起的調(diào)峰需求。
在日前市場中，虛擬電廠通過對內(nèi)部成員的負(fù)荷預(yù)測、新能源發(fā)電預(yù)測，確定次日的基準(zhǔn)出力曲線或用電曲線，調(diào)度中心發(fā)布未來24h內(nèi)間隔15min共96個調(diào)峰需求點(diǎn)。此時，虛擬電廠在基準(zhǔn)曲線的基礎(chǔ)上，申報每個時間點(diǎn)的交易電量與電價。調(diào)度中心以統(tǒng)一邊際電價進(jìn)行市場交易出清，并發(fā)布出清結(jié)果。虛擬電廠在接收出清結(jié)果后與調(diào)度中心簽訂合約，并在次日按照出清結(jié)果發(fā)用電。由于負(fù)荷以及新能源出力的不確定性，實(shí)際負(fù)荷與預(yù)測值之間、虛擬電廠實(shí)時運(yùn)行出力與日前出清結(jié)果之間往往存在偏差，因此需要引入日前市場與實(shí)時市場。
在日內(nèi)市場與實(shí)時市場中，調(diào)度中心發(fā)布未來三四小時或15min之后的調(diào)度需求，虛擬電廠在日前交易結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行申報，在實(shí)時市場中還應(yīng)提供響應(yīng)時間，同樣由調(diào)度中心統(tǒng)一按照邊際電價進(jìn)行出清，虛擬電廠接收出清結(jié)果并執(zhí)行交易計劃。最終，虛擬電廠的收益按月度由實(shí)際執(zhí)行的電量進(jìn)行結(jié)算補(bǔ)償。具體交易流程如圖1所示。在上海電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場中，為保障參與交易的虛擬電廠能夠提供可靠的調(diào)峰能力，設(shè)置參與市場的虛擬電廠調(diào)峰容量不低于1MW·h，并且要求虛擬電廠內(nèi)用電信息采集時間周期小于15min，響應(yīng)時間不超過15min，要求響應(yīng)持續(xù)時間不小于30min。
在結(jié)算時，由于市場處于建設(shè)初期，為維護(hù)市場主體積極性，鼓勵更多主體參與市場調(diào)峰，交易規(guī)則中并未規(guī)定考核標(biāo)準(zhǔn)細(xì)則，即結(jié)算時按照實(shí)際出力進(jìn)行結(jié)算，而不考慮實(shí)際出力與計劃出力的偏差。
圖1交易流程示意
（二）上海市虛擬電廠市場化交易機(jī)制設(shè)計
虛擬電廠市場化交易立足于利用虛擬電廠可控制、可調(diào)節(jié)的資源特性，通過市場手段構(gòu)建虛擬電廠生態(tài)模式，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行特性。根據(jù)應(yīng)用場景和時間維度的不同，設(shè)計了四個交易品種。從時間維度出發(fā)分為中長期交易與短期交易。詳細(xì)交易類型與相關(guān)信息如表1所示。
中長期交易定位于獲取虛擬電廠較為穩(wěn)定的調(diào)節(jié)能力，為電網(wǎng)提供可被隨時、快速調(diào)用的調(diào)節(jié)資源，分為中長期備用交易與中長期調(diào)峰交易。中長期備用交易按照月度單邊競價，提供次月高峰時段，可在10min內(nèi)被調(diào)用的備用容量；中長期調(diào)峰交易同樣按照月度單邊競價，提供次月可供調(diào)用的調(diào)峰容量。
短期交易定位于進(jìn)一步挖掘虛擬電廠調(diào)節(jié)能力，解決電廠側(cè)的短期交易，為電廠側(cè)減少一部分費(fèi)用支出，分為新能源發(fā)電曲線調(diào)節(jié)交易與替代調(diào)峰交易。新能源發(fā)電曲線調(diào)節(jié)交易在D-2日與風(fēng)電、光伏企業(yè)交易，幫助其調(diào)整發(fā)電曲線偏差；替代調(diào)峰交易在D-2日與火電企業(yè)交易，幫助其在用電低谷時段進(jìn)行調(diào)峰。
表1交易類型
針對不同的交易品種，上海電力公司從準(zhǔn)入機(jī)制、交易出清等方面進(jìn)行了詳細(xì)的機(jī)制設(shè)計。
（1）準(zhǔn)入機(jī)制。為確保虛擬電廠主體能夠順利參與市場化交易，要求虛擬電廠主體滿足市場信息的交互要求、市場計量的周期與精度要求。同時，為適應(yīng)調(diào)峰市場規(guī)則，要求虛擬電廠最小調(diào)節(jié)功率不小于1MW。在市場建立初期，響應(yīng)時間、爬坡速率等技術(shù)指標(biāo)的要求與試點(diǎn)單位的現(xiàn)有能力相匹配。
（2）交易申報。針對中長期交易，虛擬電廠可以分時段申報調(diào)節(jié)容量與價格；針對短期交易，需要確定虛擬電廠替代調(diào)峰曲線（間隔15min）或者偏差調(diào)節(jié)曲線（間隔5min）及價格分成比例。
（3）交易出清。在交易出清階段，采用響應(yīng)速度、調(diào)節(jié)速率、可持續(xù)時間、交易執(zhí)行度等性能指標(biāo)對申報價格進(jìn)行修正，促使虛擬電廠主動提高自身技術(shù)指標(biāo)。
（4）交易執(zhí)行。調(diào)度中心完成次日虛擬電廠的預(yù)調(diào)用計劃后，虛擬電廠根據(jù)計劃確定次日各類聚合資源的調(diào)用容量，形成調(diào)用方案。次日，調(diào)度中心對虛擬電廠進(jìn)行實(shí)時調(diào)用。、
（5）偏差量執(zhí)行。偏差量由營銷部門通過對比虛擬電廠基線與交易執(zhí)行量進(jìn)行認(rèn)定，當(dāng)虛擬電廠調(diào)節(jié)容量、響應(yīng)時間未達(dá)到調(diào)用需求時，將對虛擬電廠進(jìn)行考核。結(jié)算時，由電力交易中心計算虛擬電廠補(bǔ)償費(fèi)用、偏差考核費(fèi)用等信息，并出具結(jié)算憑證。
三、運(yùn)營調(diào)度
如圖2所示，完整的虛擬電廠的運(yùn)營架構(gòu)能夠劃分為3個層次：資源層、聚合層、平臺層。
資源層主要由不同類型用戶響應(yīng)終端的可調(diào)節(jié)資源組成，包括分布式電源、小火電、新能源、常規(guī)用戶負(fù)荷、儲能設(shè)施、電動汽車、充電樁等。聚合層主要通過不同類型、不同區(qū)域的虛擬電廠側(cè)系統(tǒng)將單體容量小、資源數(shù)量多、種類豐富的可調(diào)節(jié)資源進(jìn)行匯聚和優(yōu)化控制。平臺層包括調(diào)度平臺、電力交易平臺、虛擬電廠管理平臺。
通過各平臺的協(xié)調(diào)配合實(shí)現(xiàn)虛擬電廠的注冊、交易、運(yùn)行、結(jié)算全流程管理。燃?xì)廨啓C(jī)蓄冷機(jī)光伏板儲能裝置能源站商業(yè)樓宇調(diào)度平臺電力交易平臺虛擬電廠管理平臺虛擬電廠注冊信息報價信息合同信息出清結(jié)果出清結(jié)果出清結(jié)果結(jié)算信息調(diào)度需求調(diào)用信息準(zhǔn)入審核結(jié)果執(zhí)行認(rèn)定結(jié)果虛擬電廠外特性執(zhí)行認(rèn)定結(jié)果響應(yīng)信息虛擬電廠電鍋爐動力與照明空調(diào)調(diào)用信息工業(yè)設(shè)備虛擬電廠科技產(chǎn)業(yè)園區(qū)空調(diào)動力與照明準(zhǔn)入審核結(jié)果準(zhǔn)入條件滿足情況接入方案虛擬電廠外特性虛擬電廠檔案響應(yīng)信息。
圖2虛擬電廠運(yùn)營架構(gòu)
（一）虛擬電廠運(yùn)行管理與監(jiān)控平臺
上海市構(gòu)建城市級分布式可調(diào)節(jié)資源集控平臺，并按照“四、三、二、一”運(yùn)行體系實(shí)現(xiàn)對虛擬電廠的協(xié)同調(diào)度。
“四”是指以用能設(shè)備、電力用戶、負(fù)荷集成商、市級平臺為基礎(chǔ)構(gòu)建的虛擬發(fā)電單元、虛擬機(jī)組、虛擬電廠、虛擬電廠運(yùn)控中心四級模型?！叭敝赴凑杖萘孔畲蟆Ⅲw驗(yàn)最佳、均衡控制等運(yùn)行模式實(shí)現(xiàn)上述四級模型之間的三層聚合，通過即插即用設(shè)計實(shí)現(xiàn)用戶規(guī)模的彈性匯聚?！岸敝妇C合用能優(yōu)化以及用戶與電網(wǎng)之間能量交換的優(yōu)化?！耙弧敝附ㄔO(shè)市級虛擬電廠運(yùn)行管理與監(jiān)控平臺，實(shí)現(xiàn)上海市全部虛擬電廠資源的統(tǒng)一管理與調(diào)度。
目前，上海市虛擬電廠運(yùn)行管理與監(jiān)控平臺接入12家虛擬電廠，所涵蓋資源類型包括工商業(yè)樓宇、三聯(lián)供、電動汽車、鐵塔基站等。虛擬發(fā)電機(jī)組共10078戶，削峰能力107310kW，填谷能力79300kW。
虛擬電廠運(yùn)行管理平臺包含的頂層概念數(shù)據(jù)實(shí)體有：虛擬電廠注冊管理、虛擬電廠發(fā)電資源注冊、精準(zhǔn)負(fù)荷預(yù)測、發(fā)電任務(wù)調(diào)度執(zhí)行、調(diào)節(jié)能力實(shí)時上報、運(yùn)行效果輔助決策與調(diào)節(jié)效果考核。
接入的各個虛擬電廠將各個發(fā)電資源的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)上報至運(yùn)行管理平臺，再依據(jù)實(shí)時的發(fā)電資源的設(shè)備狀態(tài)、發(fā)電狀態(tài)、儲能狀態(tài)、負(fù)荷狀態(tài)、電廠對電網(wǎng)送受電情況以及各終端可調(diào)能力，作為實(shí)時的發(fā)電任務(wù)調(diào)度依據(jù)。在每次調(diào)控任務(wù)完成后，運(yùn)管平臺提供結(jié)算、技術(shù)參數(shù)、偏差率考核等功能。使用大數(shù)據(jù)技術(shù)，對各個虛擬電廠、不同類型的發(fā)電資源進(jìn)行發(fā)電效果評估，評估維度包括斜坡能力、恢復(fù)能力、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益等，以促進(jìn)虛擬電廠對調(diào)控過程優(yōu)化。
（二）調(diào)度控制平臺
調(diào)度控制平臺負(fù)責(zé)根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行情況提出市場需求，遠(yuǎn)期具備向虛擬電廠下達(dá)控制指令的能力。針對調(diào)度控制技術(shù)，上海市電力公司進(jìn)行了探索性的規(guī)范設(shè)計，對調(diào)度技術(shù)提出了具體要求，包括調(diào)控系統(tǒng)需及時掌握可調(diào)資源用戶調(diào)節(jié)容量，支持的調(diào)控方式以及用戶響應(yīng)方式等。
調(diào)度系統(tǒng)需具備掌握可調(diào)資源用戶的可調(diào)節(jié)容量的能力：若因故障、檢修等異常導(dǎo)致的可調(diào)容量發(fā)生變化，調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)立即申報。并且建立可調(diào)節(jié)容量核查機(jī)制，定期或不定期核實(shí)實(shí)際可調(diào)節(jié)容量；調(diào)度系統(tǒng)所支持的調(diào)控方式分為三類：連續(xù)協(xié)調(diào)、離散協(xié)調(diào)以及開關(guān)協(xié)調(diào)；調(diào)度系統(tǒng)支持的用戶相應(yīng)方式分為人工響應(yīng)以及自動響應(yīng)。
2021年“五一”長假末尾，上海電力公司開展了國內(nèi)首次以“雙碳”為主題的電力需求響應(yīng)行動。運(yùn)用虛擬電廠技術(shù)，精準(zhǔn)調(diào)控工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)樓宇、微電網(wǎng)、分布式能源、冷熱電三聯(lián)供、儲能設(shè)施、冰蓄冷、公共充電站、小區(qū)居民充電樁等不同負(fù)荷資源，不僅是國內(nèi)同類需求響應(yīng)行動中可調(diào)節(jié)資源種類最全、充電樁負(fù)荷規(guī)模最大、基站儲能參與度最高的一次，同時還首次融入了“智慧減碳”的概念。
2022年春節(jié)期間，上海電力公司基于“無感調(diào)控”模式開展了2022年首次填谷需求響應(yīng)。此次響應(yīng)針對電動汽車有序充電、能源站自動調(diào)控、建筑用能控制系統(tǒng)(cyber physical systems，CPS)等3個主題場景，在不影響用戶正常生產(chǎn)、生活秩序的前提下，用戶側(cè)智能終端自動接受需求響應(yīng)調(diào)控指令，按照預(yù)置策略本地分解執(zhí)行，事后按照預(yù)定計劃自動恢復(fù)，全程無人工現(xiàn)場干預(yù)。與傳統(tǒng)調(diào)用模式相比，“無感調(diào)控”戶均影響更小、用戶積極性更強(qiáng)、調(diào)控精度更高、響應(yīng)時效更快、電網(wǎng)調(diào)控更可靠，助力需求響應(yīng)常態(tài)化開展。
四、信息通信
面對虛擬電廠空間分布廣、信息交互頻繁、電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻需求愈發(fā)迫切的要求時，現(xiàn)有通信系統(tǒng)面臨著來自4個方面的問題：（1）統(tǒng)計復(fù)用造成的時延不可控；（2）通信網(wǎng)絡(luò)分布式管理引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)資源利用率低；（3）控制層和設(shè)備層斷面連接多、協(xié)議雜、刷新頻率各異，網(wǎng)絡(luò)兼容性差；（4）控制向末梢延伸引發(fā)的暴露面擴(kuò)大，傳統(tǒng)的“圍堵式”安全防護(hù)體系無法滿足安全防護(hù)要求。
為應(yīng)對來自虛擬電廠發(fā)展帶來的挑戰(zhàn)，上海電力公司開展了面向虛擬電廠的新型通信系統(tǒng)建設(shè)，促進(jìn)現(xiàn)有通信系統(tǒng)向統(tǒng)一靈活的接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、集中式控制調(diào)度、端到端安全防控體系以及彈性通道、時延可控的虛擬電廠新型通信系統(tǒng)的演進(jìn)和發(fā)展，為虛擬電廠助力新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供了堅實(shí)的通信基礎(chǔ)。
（一）面向虛擬電廠的新型通信系統(tǒng)建設(shè)
為適應(yīng)海量分布式可調(diào)資源接入對通信網(wǎng)絡(luò)造成的影響，新型通信系統(tǒng)需同虛擬電廠一樣具有聚合能力，以此提供虛擬電廠業(yè)務(wù)差異化、安全可靠承載和按需資源調(diào)度的需求。新型通信系統(tǒng)按照“軟、硬件解耦”“承載、控制、業(yè)務(wù)分離”的原則自底向上分為承載層、控制層、資源層。
在承載層，傳統(tǒng)IP網(wǎng)面臨服務(wù)質(zhì)量(quality of service，QoS)無法嚴(yán)格保障、基于媒體接入控制(media access control，MAC)共享的“軟隔離”安全級別不高、帶寬分配不靈活等問題。為滿足虛擬電廠調(diào)控業(yè)務(wù)在時延、隔離度上的承載需求，承載層開展確定性時延網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。通過確定性網(wǎng)絡(luò)有界低時延、低抖動、低丟包、高精度、泛在連接等特性，為高可靠、低時延的虛擬電廠調(diào)度業(yè)務(wù)提供可靠確定性的網(wǎng)絡(luò)條件。
上海電力公司采用切片分組網(wǎng)(slicing packet network，SPN)開展確定性時延網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。SPN屬于IP化的確定性光傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是利用切片以太網(wǎng)技術(shù)并融合密集波分復(fù)用(dense wavelength division multiplexing，DWDM)的新一代傳送網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。SPN網(wǎng)絡(luò)底層采用通道靈活以太坊技術(shù)(flex Ethernet,FlexE)技術(shù)，通過固定時隙調(diào)度機(jī)制，保證通道承載業(yè)務(wù)的時延、抖動及安全隔離要求；同時通過通道化、端口綁定、子速率等多種帶寬分配機(jī)制，保障業(yè)務(wù)帶寬分配的靈活性。
向上使用源路由技術(shù)，并通過SDN控制器與源節(jié)點(diǎn)通訊，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)上所有SPN節(jié)點(diǎn)間的路徑自動計算與生成，并自動生成保護(hù)路徑，使網(wǎng)絡(luò)具有抗多點(diǎn)故障下的業(yè)務(wù)恢復(fù)能力，確保了虛擬電廠控制類業(yè)務(wù)的安全可靠。網(wǎng)絡(luò)具備毫秒級時延、百微秒級抖動的確定性指標(biāo)能力。
在控制層，針對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分布式路由算法固有的缺乏全局拓?fù)湫畔?、易陷于局部最?yōu)解、全網(wǎng)資源利用率不均衡等問題，上海電力公司通過引入基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)思想的集中控制器，構(gòu)建了具有全局視圖、實(shí)時監(jiān)測能力的“上帝視角”，將傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備解耦為通用轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備和控制器，通過集中控制器實(shí)時獲取全網(wǎng)的拓?fù)湫畔?，與上層資源調(diào)度平面協(xié)同處理，將用戶的需求轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)控制策略，將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)“面向無連接”方式轉(zhuǎn)變?yōu)椤懊嫦蜻B接”方式，在實(shí)現(xiàn)差異化業(yè)務(wù)按需承載的同時，提升了全網(wǎng)資源利用率和“比特”價值。平均帶寬利用率提升20%以上，降低數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)設(shè)備負(fù)載率30%以上。
在資源層，面對協(xié)議復(fù)雜多樣、不同廠家網(wǎng)管難以兼容、跨域跨網(wǎng)業(yè)務(wù)QoS保障等問題，對統(tǒng)一資源調(diào)度的能力、可靠性提出了更高的要求。上海公司開展通信資源智能調(diào)度系統(tǒng)部署，如圖3所示。
該系統(tǒng)向下屏蔽不同廠家控制器的差異，對上將用戶需求翻譯成控制器可以理解的策略并下發(fā)執(zhí)行，同時引入基于人工智能的流量預(yù)測算法，提升資源調(diào)度的準(zhǔn)確性，使業(yè)務(wù)保障方式變得按需靈活。配置指令數(shù)量從原有的成百上千條精簡到現(xiàn)有的20條以下，新業(yè)務(wù)的上線時間從原來的小時、天級縮短到現(xiàn)在的分鐘級，真正實(shí)現(xiàn)電力通信網(wǎng)“一鍵指配”，按需保障業(yè)務(wù)端到端服務(wù)質(zhì)量。
圖3基于人工智能流量預(yù)測的通信資源調(diào)度系統(tǒng)
（二）“端云邊”新型通信系統(tǒng)安全架構(gòu)
為應(yīng)對虛擬電廠終端本體安全、接入可信安全、業(yè)務(wù)行為安全、數(shù)據(jù)安全等自下而上的安全挑戰(zhàn)，上海電力公司通過終端威脅感知、可信安全交互、業(yè)務(wù)安全檢測、統(tǒng)一數(shù)據(jù)安全管控等方面構(gòu)建虛擬電廠安全防御體系，提出“端管云”安全整體解決方案，為虛擬電廠保駕護(hù)航。
在端側(cè)，針對光纖傳輸竊聽篡改安全風(fēng)險，利用光纖內(nèi)生安全理論，基于物理層安全內(nèi)源式防御信道模型，研制電力內(nèi)生安全光通信終端，完成虛擬電廠平臺生產(chǎn)控制區(qū)到承載網(wǎng)站點(diǎn)兩側(cè)部署。安全光通信是以抵御線路或節(jié)點(diǎn)竊聽攻擊為目的，以增強(qiáng)抗截獲信息防護(hù)能力為手段的新體制光通信技術(shù)，不依賴于附加的外部協(xié)商過程，是完全由通信系統(tǒng)自身提供對信息傳輸內(nèi)源式防護(hù)的安全光通信方式。
內(nèi)生安全終端通過把傳統(tǒng)光通信信道噪聲區(qū)和信號區(qū)進(jìn)行了重新劃分，攻擊者在竊聽光信號的時候只能竊聽到混疊的信號，恢復(fù)出來信息的誤碼率趨近于50%，從信息論的角度說，竊聽者獲得的信息量趨近為0，從而解決通信加密、隱藏和竊聽發(fā)現(xiàn)一體化的安全問題，實(shí)現(xiàn)虛擬電廠通信系統(tǒng)“通密一體、傳防融合”，大大降低敏感數(shù)據(jù)被竊聽、被篡改的風(fēng)險。
在管側(cè)，遵循《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》和《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)方案》等要求，創(chuàng)新性提出具有高度共識的“安全I(xiàn)區(qū)+”的概念?！鞍踩獻(xiàn)區(qū)+”是在原有安全一區(qū)的防護(hù)基礎(chǔ)上，加入負(fù)荷調(diào)控模塊。能夠確保在原有I、II區(qū)電網(wǎng)控制功能不受影響的條件下，進(jìn)一步強(qiáng)化了可調(diào)節(jié)負(fù)荷數(shù)據(jù)的安全保護(hù)。
在“云”側(cè)，完成網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知平臺和數(shù)據(jù)安全管控平臺部署。網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢感知平臺基于大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)，結(jié)合虛擬電廠多種業(yè)務(wù)場景，從攻擊發(fā)生時系統(tǒng)對象的不同空間層次、攻擊持續(xù)時間以及破壞正常業(yè)務(wù)邏輯的行為表征等多個維度進(jìn)行攻擊關(guān)聯(lián)和推理，實(shí)現(xiàn)攻擊路徑回溯及可視化。
同時，通過與安全設(shè)備聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)對攻擊事件的智能處置。數(shù)據(jù)安全管控平臺，采用服務(wù)化、組件化方式，打造敏感數(shù)據(jù)識別、分類分級、數(shù)據(jù)脫敏、數(shù)據(jù)水印、虛擬數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)加密等安全服務(wù)能力，構(gòu)建敏捷高效的數(shù)據(jù)安全能力資源池，為虛擬電廠業(yè)務(wù)運(yùn)行過程中的個人信息、客戶敏感信息、企業(yè)經(jīng)營數(shù)據(jù)等提供持續(xù)先進(jìn)的數(shù)據(jù)安全能力服務(wù)，保障數(shù)據(jù)各環(huán)節(jié)安全可控。
