虚拟电厂入网链路与功能组织

虚拟电厂，作为促进各类分布式资源大量入网的能源聚合模式，可对规模化灵活资源进行智能“编排”，实现对海量灵活性分散资源终端的聚能、储能、供能与用能，是应对并解决这些挑战的重要手段。

（来源：微信公众号“IESPlaza综合能源服务网”作者：宋天琦、刘惠萍）

虚拟电厂技术发展趋势与研究基础

规模化灵活资源的聚合集群与优化调度在能量尺度、空间尺度和时间尺度上都给虚拟电厂带来了挑战。“云管边端”架构具备强大的融合互动性和分层可拓性，是当前虚拟电厂实现资源整合与分配的前瞻性体系结构。在此架构上，虚拟电厂接入电力系统的入网链路及相关功能衔接与运营是应对挑战的关键。

边缘智能终端作为新一代配电物联网的边缘层的关键节点，可支撑虚拟电厂聚合资源经由配电自动化主站和用电信息采集主站等接入电网，联通各层级的虚拟电厂运营管理云平台，并同时提升虚拟电厂的服务质量和配网运营管理水平，是虚拟电厂实现“云边协同”入网链路的理想着力点。

结合我国电力系统配网部分的数字化转型成果与配电物联网的发展趋势，下文将以“云管边端”架构下的边缘智能终端为主要抓手，深入分析虚拟电厂入网链路的局部及整体架构，并从虚拟电厂动态响应特性评估及评估结果利用的角度出发，研究虚拟电厂接入电力系统的功能组织和运营生态。

虚拟电厂入网链路分析

电网内式链路与外式链路是云边协同架构

服务规模化灵活资源的两大路径当前我国虚拟电厂形式多样，内涵丰富。根据虚拟电厂及其资源依照电网接入体系和可控性所形成的分类与调控策略，第二类和第三类虚拟电厂资源及其相关虚拟电厂，是“云边协同”架构吸纳规模化灵活资源的重要范畴。

第二类资源通常采用电网内式链路，经由台区智能融合终端、专变智能终端或智慧用能单元等接入电网管理信息大区，不直接参与电网调度，但可经电网配网系统的物管平台、用采前置、新型电力负荷管理系统等接入电网企业中台，进而与国网云进行信息交互，间接参与电网调控。该类资源通常有选择是否参与以及如何参与虚拟电厂机制或其他类型电网调控的灵活性，通常包含的是低压资源，如小型光伏、储能、微网及工商业可调负荷用户等。

第三类资源通常采用电网外式链路，其信息交流与运行决策几乎不与电网关联，多经由聚合商和设备聚合管理平台与电网调控发生联动。资源实体构成与第二类资源相似，但入网链路不同。

在市场条件日趋完善的情形下，诸多资源实体将在这两类入网链路中进行比选，它们也成为虚拟电厂资源入网链路的两大并行路径。

“云管边端”结构体系为虚拟电厂技术“云边协同”发展打下基础

（1）“云”。虚拟电厂入网链路中的云平台主要包括电力系统中统一的各级虚拟电厂运营管理云平台以及系统外聚合商云平台。在物联网架构云化的背景下，这些平台利用云计算、大数据、人工智能、区块链等技术进行数据处理、决策优化和指令分解，同时与电力调度平台、电力交易中心平台等平台进行互动。

（2）“管”。“管”是为“云”“边”“端”数据提供数据传输的通道，支撑海量信息在虚拟电厂和电力系统各环节互联互通，是“云边协同”的泛在连接媒介。它传输资源集群的关键数据和信息，如与虚拟电厂动态响应能力量化评估结果相关的可调容量、爬坡速率等信息。

通常采用“远程通信网+本地通信网”的技术架构来完成电网海量信息的高效传输。根据“云管边端”的整体链路理念，虚拟电厂通信的整体架构主要包括三大类：“边”与“云”之间的通信；“端”与“边”之间的通信；“端”与“云”之间的通信。

（3）“边”。“边”即边缘计算节点，本研究选取边缘智能终端作为虚拟电厂入网链路的边缘节点。这些终端融合网络、计算、存储、应用等核心能力，通过边缘计算技术提高业务处理的实时性，减轻主站通信和计算压力。它们与智能感知设备通过数据交换完成边端协同，实现数据全采集、全感知、全掌控；与虚拟电厂运营管理云平台实时全双工交互关键运行数据完成“边云协同”，发挥云计算和边缘计算的各自优势，实现合理分工。

边缘智能终端通常采用“通用硬件平台+边缘操作系统+边缘计算框架+APP业务应用软件”技术架构。其中，边缘计算框架可实现软件功能在不同基础平台上的动态迁移，为边缘计算提供数据支撑，便于数据共享管理，实现APP以及边缘计算应用的模块化和标准化。因此，边缘智能终端可以通过软件来定义终端功能，实现虚拟电厂相关功能的灵活部署，同时使终端硬件和软件功能在一定程度上解耦，从而更好地应对当前及未来的多元化功能需求和应用场景。

在边缘层，虚拟电厂依托边缘智能终端的入网链路进行智慧管控，如图1所示。

边缘智能终端作为虚拟电厂资源融入电力系统的边缘层智慧管控中枢，在电网内式入网链路中，一方面与台区内资源台进行互动，融合和派送虚拟电厂的相关信息与指令；另一方面将融合后的信息经由对口的配电自动化主站和用采主站送入电力系统，并抵达虚拟电厂运营管理云平台，同时反向接收云平台的反馈信息和指令，实现虚拟电厂的边缘接入及其与电力系统的“云边协同”。对于电网外式入网链路，边缘智能终端可能是设备集群单元的就地控制器或低层次资源聚合的管控平台。

（4）“端”。“端”是架构中的感知层和执行层，负责采集资源运行状态、设备状态、环境状态以及其他辅助信息等基础数据，并执行决策命令，同时也是与电力客户互动最紧密的层级。

在虚拟电厂入网链路中，涉及的“端”通常可分为两类：对于内式链路，其主要是台区内直接连接至融合终端的单体资源的相关设备；对于外式链路，则是被聚合的单体资源。

这些采集、处理的“端”大多是单体资源的相关感知与执行设备，包括新能源电站逆变器等融合设备、智能电表等电力仪表、用于监测且带有通信功能的物联网化传感器以及辅助运维的终端等。

综上所述，在“云管边端”理念基础上构建的虚拟电厂接入电力系统的入网链路中，聚合资源分布类型不同的虚拟电厂均通过所属的智能融合终端入网，如图2所示。

虚拟电厂聚合的并网分布式电源、电动汽车充电桩、可调负荷等多元化资源，依托边缘智能终端实现向配电自动化主站及用采主站的接入，进而与虚拟电厂运营管理云平台实现云边互动。云平台根据资源聚合属性整合全部虚拟电厂分布式资源，参与市场交易和调控运行，实现规模化资源与电网的灵活高效互动。

功能组织

结合虚拟电厂入网链路的特点，从虚拟电厂动态响应特性评估及其结果利用的角度出发，探讨虚拟电厂接入电力系统的功能组织，是今后虚拟电厂充分发挥多元化资源整合潜力，助力我国新型电力系统实现经济可靠、节能降碳愿景的关键前提。

响应能力量化分析评估功能布局强调动态性全局功能组织

面对多样的分布式灵活资源、多元的市场运营环境和复杂的系统运行调控需求，将规模化分布式灵活资源聚合为虚拟电厂进行互动，为提升电力系统的灵活性拓展了可调资源边界，形成了高可靠、清洁化、低成本的重要解决方案。然而，在边缘智能终端的入网链路上，面对规模化灵活资源的“云边协同”，对虚拟电厂进行响应能力的动态精准量化分析十分重要。

从系统性角度来看，虚拟电厂技术的云端平台需要电力系统给出相关信号，如线路阻塞信号等，以触发利用规模化灵活资源分层分区聚合，形成动态虚拟电厂，并进行响应能力量化分析评估，从而向各类电力市场申报，成为服务电力系统的资源。同时，当电力系统出现线路阻塞信号时，常规模式下调度系统会采取一些内在措施，如打开母线联络线来改变网络拓扑或利用移相变压器来增加输电容量等；或者重新调度，如调节发电机组出力或改变负荷大小。因此，当调度系统拥有第三种措施——使用虚拟电厂技术时，应以怎样的优先级组织利用，或如何择时配合电力市场机制利用，都是动态功能组织中需要深入研究的具体问题。

响应能力量化分析评估功能布局有赖合理开发利用边缘智能终端应用

在响应能力的精准量化方面，由于海量分布式灵活资源多维度信息获取成本高、难度大，并且聚合参与的市场机制和业务类型多样，资源运营主体行为随机性强，解析困难，因此海量高维数据存储利用和集群响应能力量化面临巨大挑战，需要虚拟电厂面向不同维度需求辨识资源动态特性并精准评估响应潜力边界。随着量化评估算法的逐步完善优化，这些功能可通过APP形式在虚拟电厂入网链路上实现。

通过开发响应量化评估APP并集成到边缘智能终端中，可以在虚拟电厂入网链路的边缘节点实现评估。这种评估结果具有优先服务本台区调控及邻近台区间互济的可行性，能够加快信息处理与传输速度，减少延迟，降低带宽成本。同时，评估结果上传云端，可服务于更高层面的协调调度工作。实现这一功能场景的相关要素主要有：资源对象行为模式提取与逻辑分析；发用电动态特性辨识与聚合；不同分布式灵活资源集群响应需求潜力评估；面向平衡、调峰、调频等不同维度运行需求的虚拟电厂响应互动能力等。

交通领域资源潜力巨大，是虚拟电厂技术功能组织的关键领域

通过部署针对充电站的边缘智能终端、电动汽车与电网互动系列装置等，充分挖掘电动汽车及其充电系统作为优质虚拟电厂资源的互动潜力。无论是在居住、办公社区等交流慢充场景中，还是在高速公路沿线、商业综合体等直流快充场景中，随着具有有序充电、需求响应以及V2G（Vehicle-to-Grid）等功能的充电设施、车辆以及用户互动平台的不断普及推广与完善，充放电现场负荷数据与需求响应主站、负荷聚合商以及电力交易平台对接日趋成熟，加之交通工具中的电动车船等天然具有移动性和储能性，并且其中的公共交通体系更具有良好的计划性和可预测性，这必然使与之对应的边缘智能终端能够更好地组织执行虚拟电厂的互动响应任务，提供高质量的协控资源，并辅助虚拟电厂呈现更灵活、快速、精准的响应调节能力，乃至更可靠的应急能力。

以全球环境基金（GEF）项目中的中国新能源汽车与可再生能源综合应用商业化推广上海示范项目组群为例，该项目组群配备了一个总体能源管理平台。此平台基于云计算、移动互联网、大数据等先进技术，采集所有参与示范项目的数据进行统计、分析、挖掘，实现资源集群发电量、储能量、使用量的全面数字化和可视化。这一平台将是未来智慧城市的能源与交通共管枢纽。它既可以作为电网外式链路的独立云平台，自己作为一个既定的虚拟电厂参与电网互动，也可以作为电网内式链路的边缘智能终端，汇入内式链路云平台进行更大范围的聚合调控。虚拟电厂资源场景示意如图3所示。

此外，该项目组群中的项目单元包含“多种可再生能源、储能与电动汽车充放电系统集成的智慧微网”“V2G充电桩群”“有序充电桩群”“新能源汽车分时租赁运营系统”“公共巴士/定制巴士运营系统”等，均是交通领域内优质虚拟电厂智慧资源的典型代表。示范项目以外的这些类型资源，既可选择接入一个类似示范项目中的综合管理云平台，也可依据自身情况经由对应的台区智能融合终端、智慧用能单元等接入内式链路的云管平台。

此时，内式链路的获利核算和利益分配模式，以及外式链路参与电力市场提供电能量和各类服务的经济性，均显得至关重要，它们将影响海量资源选择内式链路还是外式链路参与虚拟电厂技术应用体系。此外，基于云边协同架构的发展路径，其经济适用性和功能的发挥与完善深受资源接入规模的影响。因此，虚拟电厂规模化灵活资源入网链路的相关政策机制，以及我国电力市场各项价格和机制的制定与发展，都值得密切关注。

结语

在深入分析虚拟电厂资源入网链路的基础上，对于虚拟电厂技术应用的功能组织，有以下两点值得在对虚拟电厂架构体系进行深入细致研究前进一步思考探索：一是调度系统对虚拟电厂的应用以何种方式与既有调度体系配合；二是虚拟电厂技术体系如何与同时创新发展出的配电网边缘终端优化技术体系有效配合。此外，交通领域丰富资源的吸纳与利用的理想模式也极具研究发展空间，值得密切关注与跟踪。

依托云边协同架构，整合新型电力系统中配网侧分散灵活资源，完善虚拟电厂功能组织与资源吸纳，通过聚合“编排”已有规模化灵活资源，特别是飞速发展变革的交通领域资源，虚拟生成更接近常规电厂调节能力的虚拟电厂，能更好地助力提升我国新型电力系统的经济性与可靠性，以及实现“双碳”愿景。