3D可視化打造節(jié)能減排綠色虛擬電廠，開啟電力元宇宙高階模式

由于電力供需緊張，廣東整合省內(nèi)發(fā)電資源，加強一次能源燃料監(jiān)測預(yù)警。浙江通過數(shù)字化、智能化電網(wǎng)技術(shù)，在 1.2 萬家用電企業(yè)內(nèi)部形成了一個 1000 萬千瓦“虛擬電廠”，可以隨時智能調(diào)控負(fù)荷，發(fā)動企業(yè)主動參與削峰填谷。

以上海市商業(yè)型虛擬電廠為例，通過圖撲的 Hightopo 可視化集成各 DG 的數(shù)據(jù)，從資源管理、實時狀態(tài)監(jiān)測、負(fù)荷預(yù)測、發(fā)電任務(wù)管理、發(fā)電任務(wù)追溯、運行效果決策六個方面闡述“虛擬電廠”的運作流程。

注解：

分布式發(fā)電裝置（Distributed Generation，DG）

分布式供能（Distributed Energy Resource，DER）

虛擬電廠通過協(xié)調(diào)控制、智能計量以及信息通信等技術(shù)聚合 DG、儲能系統(tǒng)、可控負(fù)荷、電動汽車等不同類型的分布式能源，通過更高層的軟件構(gòu)架實現(xiàn)多個 DER 之間的協(xié)調(diào)優(yōu)化運作，達(dá)到資源的優(yōu)勢配置和使用，并作為一個特殊電廠參與電力市場和電網(wǎng)運行的電源協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)。借助圖撲的 HT for Web 產(chǎn)品，能有效進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，將分散的 DER 聚合到可視化系統(tǒng)中統(tǒng)一進(jìn)行管理，通過 Web 提供豐富的展示形式和效果。“虛擬電廠”的可視化協(xié)調(diào)控制減小了以往 DER 并網(wǎng)對公網(wǎng)造成的沖擊，降低了 DG 增長帶來的調(diào)度難度，使配電管理趨于合理有序，提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

商業(yè)型虛擬電廠是從商業(yè)收益角度考慮的虛擬電廠，是 DER 投資組合的一種靈活表述?？苫谟脩粜枨蟆⒇?fù)荷預(yù)測和發(fā)電潛力預(yù)測，從而制定發(fā)電計劃，參與市場競標(biāo)。在本地網(wǎng)絡(luò)中，DER 運行參數(shù)、發(fā)電計劃、市場競價等信息由商業(yè)型虛擬電廠提供。

容量指標(biāo)

將區(qū)域內(nèi)的注冊虛擬電廠數(shù)量、注冊發(fā)電機(jī)組數(shù)量、注冊發(fā)電單元、分布式能源額定裝機(jī)容量分別統(tǒng)計，利于管理者進(jìn)行負(fù)荷和發(fā)電潛力預(yù)測，控制 DER 執(zhí)行發(fā)電計劃。

運行模式

注冊虛擬電廠的調(diào)控能力監(jiān)測，接入削峰、填谷實時數(shù)據(jù)，評判調(diào)控能力。網(wǎng)供負(fù)荷和上網(wǎng)負(fù)荷實時對比，判斷虛擬電廠的供電能力。分布式發(fā)電系統(tǒng)多采用性能先進(jìn)的中小型模塊化設(shè)備，開停機(jī)快速，維修管理方便，調(diào)節(jié)靈活，且各電源相對獨立，可快速滿足供電需求。

總發(fā)電、總用電量、發(fā)電和用電負(fù)荷曲線圖是了解本座城市電力調(diào)控結(jié)果的有效指標(biāo)，管理者可根據(jù)圖表調(diào)控策略。響應(yīng)偏差率、響應(yīng)完成率、機(jī)組爬坡率數(shù)據(jù)可作為虛擬電廠和各個 DG 的考核指標(biāo)，對于響應(yīng)速度較慢的 DG 可逐步淘汰，建立響應(yīng)速度更快的分布式能源。

發(fā)電單元類型分布

圖撲軟件提供了構(gòu)建先進(jìn) 2D 數(shù)據(jù)可視化的解決方案，基于自主研發(fā)的 HT for Web 圖形引擎，可快速構(gòu)建“虛擬電廠”中實時數(shù)據(jù)驅(qū)動的圖表，提供豐富的可視化展示形式和效果。采用柱狀圖和散點圖分別統(tǒng)計 DG、儲能系統(tǒng)、可控負(fù)荷等的分布情況。在城區(qū)等負(fù)荷密集地區(qū)需以可控負(fù)荷構(gòu)成虛擬電廠，作為系統(tǒng)備用，或削減高峰用電；在鄉(xiāng)村或郊區(qū)，以大規(guī)模 DG、儲能等構(gòu)成虛擬電廠，實現(xiàn)對系統(tǒng)的穩(wěn)定和持續(xù)供電。

資源管理

聚合多樣化的 DER 實現(xiàn)對系統(tǒng)高要求的電能輸出是虛擬電廠協(xié)調(diào)控制的重點和難點。實際上，一些可再生能源發(fā)電站（如風(fēng)力發(fā)電站和光伏發(fā)電站）具有間歇性或隨機(jī)性以及存在預(yù)測誤差等特點，因此，將其大規(guī)模并網(wǎng)必須考慮不確定性的影響。這就要求儲能系統(tǒng)、可分配發(fā)電機(jī)組、可控負(fù)荷與之合理配合，以保證電能質(zhì)量并提高發(fā)電經(jīng)濟(jì)性。

風(fēng)力發(fā)電站

光伏發(fā)電站

綜合分析

各虛擬電廠排名

排名越高表示虛擬電廠有更強的調(diào)控能力和更快的響應(yīng)速度，在競標(biāo)時相關(guān)部門可著重考慮。

注冊調(diào)控能力占比

削峰數(shù)據(jù)、填谷數(shù)據(jù)百分比統(tǒng)計，了解每個虛擬電廠的實力。中國是典型的負(fù)荷中心與發(fā)電中心不協(xié)調(diào)國家，東南地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，為負(fù)荷中心，但是缺煤、少光、缺風(fēng)；西北、西南地區(qū)經(jīng)濟(jì)相對落后，但是煤多、水多、風(fēng)多、光多。這種不協(xié)調(diào)決定了中國的清潔能源的利用只能寄希望于打造數(shù)十個超大型清潔能源發(fā)電中心，然后通過特高壓通道（直流或者交流）輸送到東南負(fù)荷中心。

能力占比

采用雷達(dá)圖表示各行業(yè)發(fā)電機(jī)組注冊調(diào)控和各發(fā)電單元類別注冊調(diào)控的數(shù)據(jù)，區(qū)分不同 DER 在不同時間段執(zhí)行發(fā)電計劃的百分比。

數(shù)量占比

統(tǒng)計聚合 DG、儲能系統(tǒng)、可控負(fù)荷、電動汽車等不同類型的分布式能源的數(shù)量占比，預(yù)測發(fā)電潛力，有序制定發(fā)電計劃。

分區(qū)信息

變電站作為電力系統(tǒng)不可或缺的部分，對電壓和電流進(jìn)行變換，接受電能及分配電能。圖撲可視化大屏標(biāo)注的變電站以 110kV 及以下的四類變電站為主，包括亭衛(wèi)變電站、遠(yuǎn)東變電站、黃渡變電站、練塘變電站等上海市不同區(qū)域的變電站，點擊變電站名稱可顯示削峰、填谷數(shù)據(jù)。通過 HT 實現(xiàn)“虛擬電廠”跨平臺（桌面 Mouse/移動 Touch/虛擬現(xiàn)實 VR）、跨區(qū)域管理的數(shù)據(jù)可視化需求。

管理總覽

電網(wǎng)負(fù)荷主要包含剛性負(fù)荷、柔性負(fù)荷兩大類。其中剛性負(fù)荷是用戶生活工作必須滿足的負(fù)荷，不能夠接受電網(wǎng)的調(diào)控，受控程度很低。廣義柔性負(fù)荷，既包含彈性負(fù)荷（可削減負(fù)荷）、可調(diào)節(jié)負(fù)荷（負(fù)荷聚合商）、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷，也包括源性負(fù)荷（儲能、電動汽車）。

收集不可控分布式能源、儲能、可控式能源、可控負(fù)荷的發(fā)電單元數(shù)量、發(fā)電容量占比數(shù)據(jù)，確定用戶在不同時段對電網(wǎng)負(fù)荷的需求量，讓用戶通過分時電價提前安排工作的時間，減少峰期用電。

能力占比和數(shù)量占比的統(tǒng)計，便于確定小型發(fā)電裝置在調(diào)峰、為邊遠(yuǎn)用戶、商業(yè)區(qū)和居民區(qū)供電時的能力。分布式電源可大大地提高供電可靠性，可在電網(wǎng)崩潰和意外災(zāi)害（例如地震、暴風(fēng)雪、人為破壞）情況下，維持重要用戶的供電。

資源注冊

虛擬電廠具體信息

圖撲軟件聚焦工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控運維可視化應(yīng)用領(lǐng)域，通過接入 DER 的多路視頻，便于分布式能源的管理。分布式發(fā)電系統(tǒng)主要包含：熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）與微型熱電聯(lián)產(chǎn)、燃料電池、太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、斯特林發(fā)動機(jī)、往復(fù)式發(fā)動機(jī)、柴油引擎、汽油引擎等。

節(jié)能成效

我國用電量大的主要原因之一是工業(yè)設(shè)備和家用電器能效偏低，可實時監(jiān)測中央空調(diào)、電動汽車等柔性可控負(fù)荷。統(tǒng)計節(jié)約電量、日均節(jié)電、未端精密空調(diào)節(jié)能率、機(jī)房整體節(jié)能率、機(jī)組負(fù)荷量的數(shù)據(jù)，減少高耗能設(shè)備的使用頻次。

虛擬電廠審核管理

龐大的虛擬電廠數(shù)據(jù)，在圖撲可視化系統(tǒng)中批量聚合，HT for Web 可承受萬級甚至十萬級別數(shù)據(jù)量。不同類型的虛擬電廠側(cè)重點不同，有以實現(xiàn) DG 可靠并網(wǎng)和電力市場運營為目標(biāo)的電廠，DG 占據(jù)DER 的主要成分；有基于需求響應(yīng)計劃發(fā)展而來，兼顧考慮可再生能源利用的電廠，可控負(fù)荷占據(jù)主要成分。在審核時要根據(jù)能源分布情況，選擇適合本地的虛擬電廠。

發(fā)電單元管理

每個發(fā)電單元接入實時數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，避免發(fā)電不足引發(fā)重要設(shè)備停機(jī)，保障供電的持續(xù)性、穩(wěn)定性。

實時狀態(tài)監(jiān)測

智能計量技術(shù)是虛擬電廠的一個重要組成部分，是實現(xiàn)虛擬電廠對 DG 和可控負(fù)荷等監(jiān)測和控制的重要基礎(chǔ)。智能計量系統(tǒng)最基本的作用是自動測量和讀取用戶住宅內(nèi)的電、氣、熱、水的消耗量或生產(chǎn)量，即自動抄表（Automated Meter Reading，AMR），以此為虛擬電廠提供電源和需求側(cè)的實時信息。作為 AMR 的發(fā)展，自動計量管理和高級計量體系能夠遠(yuǎn)程測量實時用戶信息，合理管理數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送給相關(guān)各方。

通過 HT 可視化的 2D 面板和圖表的數(shù)據(jù)綁定，以及利用不同樣式的圖表統(tǒng)計方式展示不同區(qū)縣的工業(yè)企業(yè)排名、工業(yè)企業(yè)潛力排名、工業(yè)企業(yè)實測負(fù)荷排名，能分辨本地的用電大戶，他們是虛擬電廠的主要客戶。

監(jiān)測實時負(fù)荷、發(fā)電負(fù)荷因子、可調(diào)控負(fù)荷、主變?nèi)萘?、發(fā)電機(jī)組、發(fā)電單元，圍繞用戶和系統(tǒng)需求，自動調(diào)節(jié)并優(yōu)化響應(yīng)質(zhì)量，減少電源和電網(wǎng)建設(shè)的投資，在創(chuàng)造良好舒適生活環(huán)境的同時，實現(xiàn)用戶和系統(tǒng)，技術(shù)和商業(yè)模式的雙贏。

負(fù)荷預(yù)測

將工業(yè)、農(nóng)業(yè)、郵電、交通、市政、商業(yè)以及城鄉(xiāng)居民所消耗的功率相加，就得電力系統(tǒng)的綜合用電負(fù)荷。負(fù)荷是隨機(jī)變化，每當(dāng)用電設(shè)備啟動或停止都會有對應(yīng)的負(fù)荷發(fā)生變化，從某種程度上可以發(fā)現(xiàn)具有一定規(guī)律性，可依據(jù)規(guī)律進(jìn)行預(yù)測。

數(shù)據(jù)查詢

不可控 DG、可控 DG、儲能、可控負(fù)荷的數(shù)量統(tǒng)計結(jié)合商業(yè)型虛擬電廠網(wǎng)絡(luò)信息（拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、限制條件等），利于技術(shù)型虛擬電廠計算本地系統(tǒng)中每個 DER 可作出的貢獻(xiàn)，形成技術(shù)型虛擬電廠成本和運行特性。

多維度負(fù)荷預(yù)測

發(fā)電負(fù)荷和用電負(fù)荷處于天平的兩端，需要保持平衡，才能保障雙方利益。發(fā)電機(jī)組和虛擬電廠的歷史數(shù)據(jù)查詢，能讓管理者了解不同時段的供需變化，進(jìn)行有效調(diào)控。查詢界面采用事件機(jī)制進(jìn)行界面局部更新，避免 FPS 的游戲方式，過多進(jìn)行無意義的界面刷新，避免桌面卡頓和手機(jī)發(fā)燙等問題。

發(fā)電任務(wù)管理

虛擬電廠采用雙向通信技術(shù)，它不僅能夠接收各個單元的當(dāng)前狀態(tài)信息，而且能夠向控制目標(biāo)發(fā)送控制信號。應(yīng)用于虛擬電廠中的通信技術(shù)主要是基于互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，如基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的服務(wù)、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)、電力線路載波技術(shù)和無線技術(shù)（如全球移動通信系統(tǒng)/通用分組無線服務(wù)技術(shù)（USM/UPRS）等）。

價格信號

實時電價和分時電價的設(shè)定應(yīng)根據(jù)虛擬電廠中的可再生能源所占成分區(qū)別設(shè)定，同時規(guī)定可再生能源發(fā)電應(yīng)盡量并網(wǎng)，進(jìn)一步完善現(xiàn)行的分時電價辦法，鼓勵和促進(jìn)用電高峰時用戶節(jié)電和 DG 發(fā)電。

采用雷達(dá)圖分配虛擬電廠計劃負(fù)荷，明確計劃發(fā)電負(fù)荷。

激勵信號

時間軸設(shè)置

豐水期電價可采取一定優(yōu)惠措施，可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)將活動通知期和進(jìn)行期的時間確定，有序開展活動。

調(diào)控模式設(shè)置

負(fù)荷調(diào)整模式和控制模式統(tǒng)計，短期和中長期需求響應(yīng)事件管理，可減小最大負(fù)荷和最小負(fù)荷的差值，使負(fù)荷曲線圖形較為平坦。通過合理地、有計劃地安排種類用戶的用電時間，有利于充分利用發(fā)電、供電設(shè)備（主變壓器等）容量，提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性。

發(fā)電任務(wù)追溯

通過追溯可判斷出夏季和冬季是負(fù)荷的高峰時期，此時如采用以天然氣為燃料的燃?xì)廨啓C(jī)等冷、熱、電三聯(lián)供系統(tǒng)，不但可解決夏季的供冷與冬季的供熱需要，同時也提供了一部分電力，由此可對電網(wǎng)起到削峰填谷作用。此外，也部分解決了天然氣供應(yīng)時的峰谷差過大問題，發(fā)揮了天然氣與電力的互補作用。

激勵型信息

可根據(jù)年份追溯負(fù)荷控制、有序用電、緊急需求響應(yīng)、需求側(cè)競價、容量/輔助服務(wù)等信息。折線圖和面積圖展示了一周內(nèi)實測負(fù)荷和預(yù)測負(fù)荷的對比，幫助預(yù)測者修正數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

電源追溯可以快速搜索出某重要供電設(shè)備的實際供電路徑，并結(jié)合可視化的展示方式，以清晰、直觀的方式予以展示，使電網(wǎng)人員能夠快速地對電網(wǎng)中的各重要負(fù)荷的供電通道進(jìn)行梳理并形成保電通道和設(shè)備集，為重要負(fù)荷的供電保障任務(wù)提供有力的技術(shù)支持，而且還可以幫助電網(wǎng)調(diào)度人員更為全面、迅速地掌握電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為電網(wǎng)安全、穩(wěn)定地運行提供技術(shù)保障。

需求響應(yīng)詳情

需求響應(yīng)是指電力市場價格明顯升高（降低）或系統(tǒng)安全可靠性存在風(fēng)險時，電力用戶根據(jù)價格信號或激勵措施，改變其用電行為，減少（增加）用電。雷達(dá)圖展示響應(yīng)速度、響應(yīng)完成率、響應(yīng)偏差率等的比率。同時，顯示具體事件名稱和類型，利于重大事件的統(tǒng)計。

虛擬電廠和發(fā)電機(jī)組在需求響應(yīng)中的能力占比，顯示了他們的反應(yīng)速度，是對運維人員考核的重要一環(huán)。

參與虛擬電廠列表

虛擬電廠的各類資源（相比傳統(tǒng)需求響應(yīng)，新增添了各類分布式能源）自動接收需求響應(yīng)信號，通過自己的能量管理系統(tǒng)控制調(diào)整用電，并對需求響應(yīng)結(jié)果自動進(jìn)行報告。使需求響應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)迅速、高效和精準(zhǔn)的電力實時動態(tài)調(diào)控，能有效解決電力供給側(cè)可再生能源發(fā)電帶來的巨大不確定性。列表可展示響應(yīng)能力較強的虛擬電廠。

預(yù)覽事件曲線動態(tài)展示通知期、斜坡期、活動期、恢復(fù)期、復(fù)原期、結(jié)束期的負(fù)荷變化，更直觀。通過時間軸設(shè)置，了解各個時期的耗用時間，作為下次運行的依據(jù)。

有序用電詳情

事件信息顯示偶然事件的準(zhǔn)備階段、執(zhí)行階段、恢復(fù)階段、結(jié)算階段，對某一次的偶然事件可記錄下目標(biāo)調(diào)控負(fù)荷、目標(biāo)調(diào)控電量、實際調(diào)控負(fù)荷、實際調(diào)控電量、事件收益、開始時間、結(jié)束時間。明確此類事件的處理流程和所需負(fù)荷，作為后續(xù)此類事件處理的方案。

針對不同的偶然和必然事件，統(tǒng)計出在事件中發(fā)電機(jī)組數(shù)量占比、虛擬電廠調(diào)控能力占比、參與虛擬電廠列表、負(fù)荷數(shù)量占比，可分析整個電力系統(tǒng)是否穩(wěn)定。

運行效果決策

技術(shù)參數(shù)考核

虛擬電廠中分布式能源的地域信息一目了然，便于管理。虛擬電廠運營系統(tǒng)能監(jiān)測到客戶參與需求響應(yīng)的具體設(shè)備的負(fù)荷變化，負(fù)荷管理工作的顆粒度更為精細(xì)，響應(yīng)更快速。

虛擬電廠技術(shù)參數(shù)考核

虛擬電廠從需求側(cè)響應(yīng)起步，根據(jù)技術(shù)參數(shù)差異化設(shè)置收益激勵，創(chuàng)新交易機(jī)制，打造出全新的電力負(fù)荷調(diào)度模式。依據(jù)爬坡耗時、參與機(jī)組數(shù)量、在線機(jī)組數(shù)量、爬坡速度、響應(yīng)量、完成耗時、電量偏差、負(fù)荷偏差、目標(biāo)調(diào)控負(fù)荷、實際調(diào)控負(fù)荷統(tǒng)一進(jìn)行管理。

發(fā)布單元類型排名

將太陽能利用、風(fēng)能利用、燃料電池、燃?xì)饫?、熱、電三?lián)供、氣體燃料等多種形式的能源按照電力負(fù)荷排名，甄選優(yōu)質(zhì)能源。

偏差率考核

圖撲的 HT 可視化系統(tǒng)，可按照事件名稱、電廠名稱、日期、年份名稱分別查詢爬坡速度、響應(yīng)量、完成耗時、電量偏差、負(fù)荷偏差、目標(biāo)調(diào)控負(fù)荷、實際調(diào)控負(fù)荷的數(shù)據(jù)，讓用電負(fù)荷有據(jù)可查。

虛擬電廠最具吸引力的功能在于能夠聚合 DER 參與電力市場和輔助服務(wù)市場運行，為配電網(wǎng)和輸電網(wǎng)提供管理和輔助服務(wù)。“虛擬電廠”的解決思路在我國有著非常大的市場潛力，對于面臨“電力緊張和能效偏低矛盾”的中國來說，無疑是一種好的選擇。

虛擬電廠雖然進(jìn)行了 DER 的聚合，可當(dāng)前儲能基本配置在“源”側(cè)和“網(wǎng)”側(cè)。為最大化利用清潔電力，平滑清潔電力的“間歇性、波動性”，穩(wěn)定電源供應(yīng)，儲能成為解決問題的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的“源網(wǎng)荷”電力系統(tǒng)將由此變?yōu)椤霸淳W(wǎng)荷儲”電力系統(tǒng)。

編輯：fqj