中國(guó)儲(chǔ)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(lái)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(lái)新能源占發(fā)電資源主體的比重將超過(guò)50%，并且預(yù)計(jì)“十四五”新增風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)1.19GW、2.70GW。同時(shí)，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(shí)間短暫。同時(shí)，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(wàn)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(dòng)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(dòng)汽車保有量增長(zhǎng)迅猛。截至2020年底，電動(dòng)汽車保有量總規(guī)模全國(guó)第一，占全國(guó)9%。在上述背景下，上海市成為全國(guó)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(guò)8760MW，其中包括工業(yè)負(fù)荷1230MW、商業(yè)負(fù)荷2160MW、電動(dòng)汽車負(fù)荷1000MW等。
為充分發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，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(bào)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(guò)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(chǎng)中發(fā)揮巨大的經(jīng)濟(jì)性價(jià)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(guò)200幢大型商業(yè)建筑，并且在原有建筑中配備能耗監(jiān)測(cè)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(kāi)展國(guó)家級(jí)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(tái)。項(xiàng)目采用資源審計(jì)注冊(cè)，年度能力核定，滾動(dòng)持續(xù)開(kāi)發(fā)的方式開(kāi)展資源能力的持續(xù)建設(shè)。同時(shí)，根據(jù)用戶參與情況，對(duì)優(yōu)質(zhì)資源開(kāi)展自動(dòng)需求改造，采用自動(dòng)需求響應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶側(cè)設(shè)備的調(diào)控。與傳統(tǒng)的被動(dòng)需求響應(yīng)相比，自動(dòng)需求響應(yīng)能夠更加及時(shí)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(dòng)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(jì)執(zhí)行次數(shù)等目標(biāo)，并針對(duì)資源發(fā)電執(zhí)行情況，對(duì)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(tái)已納入黃浦區(qū)商業(yè)樓宇130幢，注冊(cè)響應(yīng)資源約60MW商業(yè)建筑需求響應(yīng)資源開(kāi)發(fā)。包含了冷水機(jī)組、風(fēng)冷熱泵、電熱鍋爐、動(dòng)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(duì)用戶的一樓一策個(gè)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(dòng)汽車保有量持續(xù)快速增長(zhǎng)以及電網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐加快，電動(dòng)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(dòng)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(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的重要一環(huán)。
上海嘉定供電公司與國(guó)網(wǎng)電動(dòng)汽車服務(wù)有限公司合作開(kāi)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(dòng)汽車與電網(wǎng)電力電量平衡，有效地提高電動(dòng)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(jì)到2030年，家庭電動(dòng)乘用車將達(dá)8000萬(wàn)輛，通過(guò)V2G充電樁以及有序充電業(yè)務(wù)的開(kāi)展，國(guó)家電網(wǎng)將節(jié)約投資1750億元，為社會(huì)節(jié)約投資1430億元，共計(jì)節(jié)約3180億元。同時(shí)，電動(dòng)汽車年消納清潔能源將超過(guò)2000億kW·h。
嘉定供電公司開(kāi)展的電動(dòng)汽車智慧充放電業(yè)務(wù)，融入共享充電理念，通過(guò)智慧能源系統(tǒng)平臺(tái)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)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(dòng)汽車、儲(chǔ)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(tái)區(qū)智能管理單元,實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)負(fù)荷數(shù)據(jù)收集和臺(tái)區(qū)內(nèi)客戶側(cè)設(shè)備的智能控制。云平臺(tái)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(kāi)展智慧充放電項(xiàng)目解決了居民區(qū)充電困難的問(wèn)題。通過(guò)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(wú)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(guò)對(duì)用戶充電行為、用能行為的靈活引導(dǎo)與主動(dòng)調(diào)控，降低配變峰值負(fù)荷超過(guò)30%，將80%充電量?jī)?yōu)化調(diào)整到了配變負(fù)荷低谷時(shí)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(chǎng)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(chǎng)試點(diǎn)方案》和《華東電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)則（試行）》的通知，華東電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)于2018年9月底開(kāi)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(chǎng)賣方主體為調(diào)峰能力不低于30萬(wàn)kW及以上的燃煤機(jī)組、新投產(chǎn)電價(jià)市場(chǎng)化的抽水蓄能機(jī)組等，并適時(shí)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(yíng)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(chǎng)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(chǎng)主體參與調(diào)峰市場(chǎng)提供輔助服務(wù)。
上海電力調(diào)峰輔助服務(wù)運(yùn)營(yíng)規(guī)則中指出，市場(chǎng)類型按照時(shí)間類型分為日前市場(chǎng)、日內(nèi)市場(chǎng)以及實(shí)時(shí)市場(chǎng)。日前市場(chǎng)對(duì)應(yīng)提前24h發(fā)起的調(diào)峰需求，日內(nèi)市場(chǎng)對(duì)應(yīng)提前三四小時(shí)發(fā)起的調(diào)峰需求，實(shí)時(shí)市場(chǎng)對(duì)應(yīng)未來(lái)15min發(fā)起的調(diào)峰需求。
在日前市場(chǎng)中，虛擬電廠通過(guò)對(duì)內(nèi)部成員的負(fù)荷預(yù)測(cè)、新能源發(fā)電預(yù)測(cè)，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(lái)24h內(nèi)間隔15min共96個(gè)調(diào)峰需求點(diǎn)。此時(shí)，虛擬電廠在基準(zhǔn)曲線的基礎(chǔ)上，申報(bào)每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的交易電量與電價(jià)。調(diào)度中心以統(tǒng)一邊際電價(jià)進(jìn)行市場(chǎng)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(cè)值之間、虛擬電廠實(shí)時(shí)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(chǎng)與實(shí)時(shí)市場(chǎng)。
在日內(nèi)市場(chǎng)與實(shí)時(shí)市場(chǎng)中，調(diào)度中心發(fā)布未來(lái)三四小時(shí)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(bào)，在實(shí)時(shí)市場(chǎng)中還應(yīng)提供響應(yīng)時(shí)間，同樣由調(diào)度中心統(tǒng)一按照邊際電價(jià)進(jìn)行出清，虛擬電廠接收出清結(jié)果并執(zhí)行交易計(jì)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(chǎng)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(chǎng)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(shí)間周期小于15min，響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)15min，要求響應(yīng)持續(xù)時(shí)間不小于30min。
在結(jié)算時(shí)，由于市場(chǎng)處于建設(shè)初期，為維護(hù)市場(chǎng)主體積極性，鼓勵(lì)更多主體參與市場(chǎng)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(shí)按照實(shí)際出力進(jìn)行結(jié)算，而不考慮實(shí)際出力與計(jì)劃出力的偏差。
圖1交易流程示意
（二）上海市虛擬電廠市場(chǎng)化交易機(jī)制設(shè)計(jì)
虛擬電廠市場(chǎng)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(guò)市場(chǎng)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(chǎng)景和時(shí)間維度的不同，設(shè)計(jì)了四個(gè)交易品種。從時(shí)間維度出發(fā)分為中長(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)、快速調(diào)用的調(diào)節(jié)資源，分為中長(zhǎng)期備用交易與中長(zhǎng)期調(diào)峰交易。中長(zhǎng)期備用交易按照月度單邊競(jìng)價(jià)，提供次月高峰時(shí)段，可在10min內(nèi)被調(diào)用的備用容量；中長(zhǎng)期調(diào)峰交易同樣按照月度單邊競(jìng)價(jià)，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(shí)段進(jìn)行調(diào)峰。
表1交易類型
針對(duì)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(jì)。
（1）準(zhǔn)入機(jī)制。為確保虛擬電廠主體能夠順利參與市場(chǎng)化交易，要求虛擬電廠主體滿足市場(chǎng)信息的交互要求、市場(chǎng)計(jì)量的周期與精度要求。同時(shí)，為適應(yīng)調(diào)峰市場(chǎng)規(guī)則，要求虛擬電廠最小調(diào)節(jié)功率不小于1MW。在市場(chǎng)建立初期，響應(yīng)時(shí)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(bào)。針對(duì)中長(zhǎng)期交易，虛擬電廠可以分時(shí)段申報(bào)調(diào)節(jié)容量與價(jià)格；針對(duì)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(jià)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(shí)間、交易執(zhí)行度等性能指標(biāo)對(duì)申報(bào)價(jià)格進(jìn)行修正，促使虛擬電廠主動(dòng)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(jì)劃后，虛擬電廠根據(jù)計(jì)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(duì)虛擬電廠進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)用。、
（5）偏差量執(zhí)行。偏差量由營(yíng)銷部門(mén)通過(guò)對(duì)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(shí)間未達(dá)到調(diào)用需求時(shí)，將對(duì)虛擬電廠進(jìn)行考核。結(jié)算時(shí)，由電力交易中心計(jì)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(yíng)調(diào)度
如圖2所示，完整的虛擬電廠的運(yùn)營(yíng)架構(gòu)能夠劃分為3個(gè)層次：資源層、聚合層、平臺(tái)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(chǔ)能設(shè)施、電動(dòng)汽車、充電樁等。聚合層主要通過(guò)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(tái)層包括調(diào)度平臺(tái)、電力交易平臺(tái)、虛擬電廠管理平臺(tái)。
通過(guò)各平臺(tái)的協(xié)調(diào)配合實(shí)現(xiàn)虛擬電廠的注冊(cè)、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(chǔ)能裝置能源站商業(yè)樓宇調(diào)度平臺(tái)電力交易平臺(tái)虛擬電廠管理平臺(tái)虛擬電廠注冊(cè)信息報(bào)價(jià)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(dòng)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(dòng)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(yíng)架構(gòu)
（一）虛擬電廠運(yùn)行管理與監(jiān)控平臺(tái)
上海市構(gòu)建城市級(jí)分布式可調(diào)節(jié)資源集控平臺(tái)，并按照“四、三、二、一”運(yùn)行體系實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jí)平臺(tái)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(jí)模型?！叭敝赴凑杖萘孔畲?、體驗(yàn)最佳、均衡控制等運(yùn)行模式實(shí)現(xiàn)上述四級(jí)模型之間的三層聚合，通過(guò)即插即用設(shè)計(jì)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(jí)虛擬電廠運(yùn)行管理與監(jiān)控平臺(tái)，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(tái)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(dòng)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(tái)包含的頂層概念數(shù)據(jù)實(shí)體有：虛擬電廠注冊(cè)管理、虛擬電廠發(fā)電資源注冊(cè)、精準(zhǔn)負(fù)荷預(yù)測(cè)、發(fā)電任務(wù)調(diào)度執(zhí)行、調(diào)節(jié)能力實(shí)時(shí)上報(bào)、運(yùn)行效果輔助決策與調(diào)節(jié)效果考核。
接入的各個(gè)虛擬電廠將各個(gè)發(fā)電資源的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)上報(bào)至運(yùn)行管理平臺(tái)，再依據(jù)實(shí)時(shí)的發(fā)電資源的設(shè)備狀態(tài)、發(fā)電狀態(tài)、儲(chǔ)能狀態(tài)、負(fù)荷狀態(tài)、電廠對(duì)電網(wǎng)送受電情況以及各終端可調(diào)能力，作為實(shí)時(shí)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(tái)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(duì)各個(gè)虛擬電廠、不同類型的發(fā)電資源進(jìn)行發(fā)電效果評(píng)估，評(píng)估維度包括斜坡能力、恢復(fù)能力、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益等，以促進(jìn)虛擬電廠對(duì)調(diào)控過(guò)程優(yōu)化。
（二）調(diào)度控制平臺(tái)
調(diào)度控制平臺(tái)負(fù)責(zé)根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行情況提出市場(chǎng)需求，遠(yuǎn)期具備向虛擬電廠下達(dá)控制指令的能力。針對(duì)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(jì)，對(duì)調(diào)度技術(shù)提出了具體要求，包括調(diào)控系統(tǒng)需及時(shí)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(bào)。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(kāi)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(dòng)響應(yīng)。
2021年“五一”長(zhǎng)假末尾，上海電力公司開(kāi)展了國(guó)內(nèi)首次以“雙碳”為主題的電力需求響應(yīng)行動(dòng)。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(chǔ)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(guó)內(nèi)同類需求響應(yīng)行動(dòng)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(chǔ)能參與度最高的一次，同時(shí)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(wú)感調(diào)控”模式開(kāi)展了2022年首次填谷需求響應(yīng)。此次響應(yīng)針對(duì)電動(dòng)汽車有序充電、能源站自動(dòng)調(diào)控、建筑用能控制系統(tǒng)(cyber physical systems，CPS)等3個(gè)主題場(chǎng)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(dòng)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(jì)劃自動(dòng)恢復(fù)，全程無(wú)人工現(xiàn)場(chǎng)干預(yù)。與傳統(tǒng)調(diào)用模式相比，“無(wú)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(shí)效更快、電網(wǎng)調(diào)控更可靠，助力需求響應(yīng)常態(tài)化開(kāi)展。
四、信息通信
面對(duì)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(shí)，現(xiàn)有通信系統(tǒng)面臨著來(lái)自4個(gè)方面的問(wèn)題：（1）統(tǒng)計(jì)復(fù)用造成的時(shí)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(wú)法滿足安全防護(hù)要求。
為應(yīng)對(duì)來(lái)自虛擬電廠發(fā)展帶來(lái)的挑戰(zhàn)，上海電力公司開(kāi)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(shí)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(jiān)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(duì)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(wú)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(jí)別不高、帶寬分配不靈活等問(wèn)題。為滿足虛擬電廠調(diào)控業(yè)務(wù)在時(shí)延、隔離度上的承載需求，承載層開(kāi)展確定性時(shí)延網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。通過(guò)確定性網(wǎng)絡(luò)有界低時(shí)延、低抖動(dòng)、低丟包、高精度、泛在連接等特性，為高可靠、低時(shí)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(kāi)展確定性時(shí)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(guò)固定時(shí)隙調(diào)度機(jī)制，保證通道承載業(yè)務(wù)的時(shí)延、抖動(dòng)及安全隔離要求；同時(shí)通過(guò)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(guò)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(dòng)計(jì)算與生成，并自動(dòng)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(jí)時(shí)延、百微秒級(jí)抖動(dòng)的確定性指標(biāo)能力。
在控制層，針對(duì)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(wèn)題，上海電力公司通過(guò)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(shí)監(jiān)測(cè)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(guò)集中控制器實(shí)時(shí)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(wú)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(shí)，提升了全網(wǎng)資源利用率和“比特”價(jià)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(duì)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(wèn)題，對(duì)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(kāi)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(duì)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(shí)引入基于人工智能的流量預(yù)測(cè)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(jiǎn)到現(xiàn)有的20條以下，新業(yè)務(wù)的上線時(shí)間從原來(lái)的小時(shí)、天級(jí)縮短到現(xiàn)在的分鐘級(jí)，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(cè)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(duì)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(guò)終端威脅感知、可信安全交互、業(yè)務(wù)安全檢測(cè)、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(duì)光纖傳輸竊聽(tīng)篡改安全風(fēng)險(xiǎn)，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(tái)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(tīng)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(guò)程，是完全由通信系統(tǒng)自身提供對(duì)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(guò)把傳統(tǒng)光通信信道噪聲區(qū)和信號(hào)區(qū)進(jìn)行了重新劃分，攻擊者在竊聽(tīng)光信號(hào)的時(shí)候只能竊聽(tīng)到混疊的信號(hào)，恢復(fù)出來(lái)信息的誤碼率趨近于50%，從信息論的角度說(shuō)，竊聽(tīng)者獲得的信息量趨近為0，從而解決通信加密、隱藏和竊聽(tīng)發(fā)現(xiàn)一體化的安全問(wèn)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(tīng)、被篡改的風(fēng)險(xiǎn)。
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(shí)的“安全I(xiàn)區(qū)+”的概念。“安全I(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(shì)感知平臺(tái)和數(shù)據(jù)安全管控平臺(tái)部署。網(wǎng)絡(luò)安全態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)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(chǎng)景，從攻擊發(fā)生時(shí)系統(tǒng)對(duì)象的不同空間層次、攻擊持續(xù)時(shí)間以及破壞正常業(yè)務(wù)邏輯的行為表征等多個(gè)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(shí)，通過(guò)與安全設(shè)備聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)攻擊事件的智能處置。數(shù)據(jù)安全管控平臺(tái)，采用服務(wù)化、組件化方式，打造敏感數(shù)據(jù)識(shí)別、分類分級(jí)、數(shù)據(jù)脫敏、數(shù)據(jù)水印、虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)、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(guò)程中的個(gè)人信息、客戶敏感信息、企業(yè)經(jīng)營(yíng)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。
