摘要：虛擬電廠(Virtualpowerplant，VPP)作為電力市場(chǎng)下促進(jìn)可再生能源消納、應(yīng)對(duì)能源分布不均的重要運(yùn)營模式，近年來得到迅速發(fā)展。同時(shí)，國家電網(wǎng)逐漸普及配網(wǎng)量測(cè)裝置，并推進(jìn)通訊網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，其與VPP的聚合及通訊內(nèi)核緊密融合，為VPP帶來了新特點(diǎn)、新模式、新方法。鑒于此，探討VPP的內(nèi)涵、特性、功能及工程示范;深入分析大數(shù)據(jù)背景下VPP呈現(xiàn)出的新特點(diǎn)、新型參與主體及發(fā)展關(guān)鍵技術(shù);基于海量廣域?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步研究數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法在VPP參與主體及外部環(huán)境預(yù)測(cè)、優(yōu)化調(diào)控策略及電力市場(chǎng)分析三個(gè)角度的應(yīng)用現(xiàn)狀。

　　關(guān)鍵詞：虛擬電廠;數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng);大數(shù)據(jù);分布式電源

　　0引言

　　分布式能源(distributedenergyresources,DER)因其經(jīng)濟(jì)、可靠、靈活、環(huán)保的特點(diǎn)，以及易于實(shí)現(xiàn)可再生能源充分利用及就地消納的優(yōu)勢(shì)，近年來在配用電側(cè)蓬勃發(fā)展，逐步取代了原有大規(guī)模電力生產(chǎn)及遠(yuǎn)距離傳輸結(jié)合的能源應(yīng)用模式。然而盡管其優(yōu)勢(shì)明顯，DER在并網(wǎng)時(shí)依然存在單一機(jī)組容量小、地理位置相對(duì)分散、出力間歇性強(qiáng)等問題，使得電網(wǎng)調(diào)度中心難以針對(duì)DER實(shí)現(xiàn)合理調(diào)控。目前，我國通常采用構(gòu)建微電網(wǎng)的方式，實(shí)現(xiàn)多類DER的出力互補(bǔ)，協(xié)調(diào)同一區(qū)域DER與負(fù)荷間的供需平衡，降低DER并網(wǎng)的不確定性。然而微電網(wǎng)受地理區(qū)域范圍的限制，組成主體約束性強(qiáng)，難以實(shí)現(xiàn)電力市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下的廣域DER調(diào)控[1]。隨著通信技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)電、需求響應(yīng)及儲(chǔ)能設(shè)備遠(yuǎn)程聚合管理、自動(dòng)優(yōu)化調(diào)度使得虛擬電廠逐漸發(fā)展，并有望成為未來電網(wǎng)的重要組成單元。

　　隨著虛擬電廠構(gòu)成主體的逐漸規(guī)模化與多元化，其運(yùn)行方式更為靈活，增大了主體認(rèn)知及調(diào)度管理的難度。一方面，虛擬電廠中的構(gòu)成主體本身具有較強(qiáng)的不確定性，難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的物理模型構(gòu)建，另一方面，用戶的不確定行為、多種終端間的耦合極大地增加了虛擬電廠進(jìn)行能量管理、參與市場(chǎng)交易的難度，為制定合理的策略帶來挑戰(zhàn)。因此，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法，從而實(shí)現(xiàn)構(gòu)成主體的精準(zhǔn)感知與合理調(diào)度、交易策略的制定具有重要意義。隨著配網(wǎng)量測(cè)裝置的普及和通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，可獲取海量廣域量測(cè)數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)信息精準(zhǔn)快速傳輸，這與VPP聚合及通訊的核心緊密結(jié)合，使得VPP可獲取的數(shù)據(jù)逐漸廣域化、實(shí)時(shí)化。基于海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法可充分應(yīng)用于VPP中內(nèi)部參與主體及外部環(huán)境的精準(zhǔn)感知，并制定電力市場(chǎng)利益驅(qū)動(dòng)下的自學(xué)習(xí)智能調(diào)度與控制，促使電網(wǎng)向數(shù)字化、智能化、服務(wù)化運(yùn)營模式轉(zhuǎn)型。

　　國網(wǎng)冀北電力有限公司打造的冀北全域VPP示范工程則是大數(shù)據(jù)背景下VPP實(shí)現(xiàn)應(yīng)用落地的典范。示范工程依托于VPP智能管控平臺(tái)，結(jié)合智能配網(wǎng)多能流網(wǎng)絡(luò)，集能源流、業(yè)務(wù)流、信息流為一體，充分挖掘海量數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的信息，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部、外部的多方面應(yīng)用服務(wù)，對(duì)我國虛擬電廠的建設(shè)及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)在VPP應(yīng)用落地中的應(yīng)用具有重要意義。據(jù)現(xiàn)有研究所知，以往綜述鮮有從數(shù)字驅(qū)動(dòng)技術(shù)在VPP中應(yīng)用現(xiàn)狀的角度切入研究，因而本文聚焦大數(shù)據(jù)背景下的虛擬電廠，基于電網(wǎng)獲取的海量數(shù)據(jù)，研究數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)在VPP中的應(yīng)用情況。具體而言，首先探究VPP的內(nèi)涵、特性、功能及工程示范;隨后，分析大數(shù)據(jù)背景下VPP呈現(xiàn)出的三個(gè)特點(diǎn)，可構(gòu)成VPP的新型主體，以及VPP發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù);最后，從參與主體及外部環(huán)境預(yù)測(cè)、優(yōu)化調(diào)控策略及電力市場(chǎng)分析方法三個(gè)角度，探究了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)在VPP中的應(yīng)用情況。

　　1VPP概述

　　1.1VPP的概念

　　綜合來看，VPP是一個(gè)聚合了多種DER及柔性負(fù)荷的虛擬實(shí)體，依托于控制中心、電力交易中心等平臺(tái)，并基于信息數(shù)據(jù)通訊技術(shù)，采用適當(dāng)?shù)墓芾聿呗裕�在保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提下參與電力系統(tǒng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)一定區(qū)域內(nèi)地理位置相對(duì)分散的參與主體的協(xié)調(diào)控制，以達(dá)到提高可再生能源經(jīng)濟(jì)利益、降低發(fā)電成本、減少溫室氣體排放、優(yōu)化資源利用等目標(biāo)。VPP整體呈現(xiàn)出資產(chǎn)虛擬性、資源多樣性及運(yùn)行靈活性。資產(chǎn)虛擬性強(qiáng)調(diào)與傳統(tǒng)發(fā)電廠的不同，VPP內(nèi)的DER在地理位置上相對(duì)分散，在聚合時(shí)不改變DER的并網(wǎng)方式;DER資產(chǎn)不一定歸VPP運(yùn)營商所有，二者之間的關(guān)系主要為能量流調(diào)度、信息流通訊及資金流分配。資源多樣性體現(xiàn)為VPP中聚合DER的類型、供應(yīng)商、物理特性、調(diào)控方式以及收益目標(biāo)存在明顯差異。

　　運(yùn)行靈活性表現(xiàn)為VPP基于DER間的互補(bǔ)特性，通過合理的協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)控，不僅可以呈現(xiàn)穩(wěn)定可靠的發(fā)電廠外特性，還可以實(shí)現(xiàn)整體出力的靈活調(diào)節(jié)，對(duì)電網(wǎng)呈現(xiàn)出虛擬發(fā)電特性。VPP的實(shí)現(xiàn)依托于參與主體及信息技術(shù)的聚合，其中參與主體包括多種類型的發(fā)電機(jī)組、儲(chǔ)能裝置、可控負(fù)荷及電動(dòng)汽車等，信息技術(shù)主要包括信息采集技術(shù)及通訊技術(shù)。

　　1.2VPP實(shí)現(xiàn)的功能

　　根據(jù)VPP功能的不同，可將VPP劃分為兩個(gè)類別：商業(yè)型虛擬電廠(CommercialVPP，CVPP)和技術(shù)型虛擬電廠(TechnicalVPP，TVPP)[2]。CVPP聚焦商業(yè)收益角度，主要目的在于實(shí)現(xiàn)內(nèi)部DER資源的投資組合，使其參與到能量批發(fā)市場(chǎng)、輔助服務(wù)市場(chǎng)中，獲取最優(yōu)投資組合收益。CVPP通過獲取分布式能源的運(yùn)行參數(shù)、邊際成本、量測(cè)及預(yù)測(cè)結(jié)果，結(jié)合電價(jià)預(yù)測(cè)結(jié)果等市場(chǎng)信息，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部聚合分布式能源的投資組合，并參與市場(chǎng)競(jìng)標(biāo)，獲取授權(quán)后制定合同提供系統(tǒng)平衡、輔助服務(wù)等市場(chǎng)服務(wù)，并向TVPP提供DER的調(diào)度計(jì)劃及成本信息。

　　CVPP提供的服務(wù)主要包括：現(xiàn)貨市場(chǎng)競(jìng)價(jià)、可再生能源出力預(yù)測(cè)、負(fù)荷預(yù)測(cè)、日內(nèi)優(yōu)化調(diào)度等。TVPP側(cè)重系統(tǒng)管理角度，主要目的在于為DSO提供管理服務(wù)。TVPP結(jié)合從CVPP中獲取的信息，計(jì)算內(nèi)部資源聚合整體的技術(shù)特性，并且關(guān)注DER聚合后對(duì)本地網(wǎng)絡(luò)的影響，為DSO提供可視化的信息，以獲取滿足配網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行條件的調(diào)控指令，再通過制定內(nèi)部合理的調(diào)控方案，實(shí)現(xiàn)所聚合的配電網(wǎng)資源的主動(dòng)管理。TVPP提供的服務(wù)主要包括：狀態(tài)監(jiān)測(cè)、DER信息可視化、故障定位等。CVPP和TVPP在參與電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)通常相互配合，共同發(fā)揮作用。

　　CVPP在參與電力市場(chǎng)競(jìng)價(jià)時(shí)常與傳統(tǒng)發(fā)電廠相互配合，共同制定最優(yōu)發(fā)電計(jì)劃。此外，CVPP為TVPP提供資源信息、日內(nèi)優(yōu)化調(diào)度計(jì)劃等信息，TVPP則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)資源管理，為電力系統(tǒng)平衡市場(chǎng)提供服務(wù)。隨著虛擬電廠的發(fā)展，CVPP和TVPP相互支撐、逐步融合成為兩種功能共存的VPP。通過CVPP的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和TVPP的技術(shù)支撐，有助于VPP的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

　　1.3VPP的工程示范

　　基于VPP的理論研究成果，國內(nèi)外相繼開展了一系列VPP的工程應(yīng)用示范項(xiàng)目。歐洲各國自2001年起開始開展VPP項(xiàng)目，主要關(guān)注DER的可靠并網(wǎng)，并打造電力市場(chǎng)中穩(wěn)定的商業(yè)模式。北美VPP相關(guān)工程示范開展相對(duì)較晚，側(cè)重于推進(jìn)用戶側(cè)可控負(fù)荷的需求響應(yīng)[3]。我國目前的VPP工程示范項(xiàng)目建設(shè)正處于快速發(fā)展階段，重點(diǎn)關(guān)注大規(guī)模DER的接入及其利用率問題。隨著清潔能源的不斷發(fā)展以及國家對(duì)新興技術(shù)的大力推動(dòng)，VPP作為全球能源互聯(lián)網(wǎng)中的重要聚合形式，將逐漸實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用普及。

　　2大數(shù)據(jù)背景下的VPP

　　2.1大數(shù)據(jù)背景下VPP呈現(xiàn)的特點(diǎn)

　　2.1.1信息廣域化與實(shí)時(shí)化

　　為保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，現(xiàn)有電網(wǎng)中輸電網(wǎng)的信息采集系統(tǒng)已較為成熟，通過數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制系統(tǒng)(supervisorycontrolanddataacquisition，SCADA)、同步相量測(cè)量裝置(phasormeasurementunit，PMU)及光纖連接通訊，可實(shí)現(xiàn)輸電網(wǎng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)及信息互聯(lián)[8]。然而配網(wǎng)中僅實(shí)現(xiàn)了電氣物理連接，現(xiàn)有信息采集及互聯(lián)裝置和系統(tǒng)并不完善，存在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)難以下沉的問題，使得VPP難以實(shí)現(xiàn)對(duì)參與主體全面實(shí)時(shí)感知。

　　2.1.2計(jì)算本地化與智能化

　　VPP根據(jù)運(yùn)行控制結(jié)構(gòu)的不同，可以分為集中式、層級(jí)式和分布式三個(gè)類別[9]。其中集中式控制方式下，需完全掌握轄域主體的全部運(yùn)行信息，并在VPP集中控制中心進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)算。層級(jí)式控制方式，通過設(shè)置代理分散管控所屬區(qū)域內(nèi)的DER，并將信息反饋給VPP控制決策中心，實(shí)現(xiàn)全局集中控制。這兩種模式可通過利用快速高效通訊的網(wǎng)絡(luò)，將量測(cè)裝置獲取的海量數(shù)據(jù)無損上傳到云端，通過云計(jì)算結(jié)合人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效決策管理，并實(shí)現(xiàn)決策結(jié)果的準(zhǔn)確、高速傳遞反饋。隨著成員個(gè)體對(duì)信息隱私要求的提高，VPP的分散控制模式逐漸發(fā)展。

　　分布式控制方式的VPP通過劃分區(qū)域，設(shè)置區(qū)域智能數(shù)據(jù)中心，取代前兩種模式中的全局控制中心。并通過數(shù)據(jù)中心的信息交互，實(shí)現(xiàn)各區(qū)域的運(yùn)行優(yōu)化決策。則可構(gòu)建邊緣數(shù)據(jù)中心，通過利用邊緣側(cè)獲取的海量量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行本地化協(xié)調(diào)計(jì)算，在保護(hù)用戶隱私及信息安全的前提下，實(shí)現(xiàn)高效計(jì)算。

　　2.1.3模式靈活化

　　通過獲取大量數(shù)據(jù)，可充分實(shí)現(xiàn)參與主體的靈活性挖掘，進(jìn)而進(jìn)行合理調(diào)控及商業(yè)模式選擇。海量信息為實(shí)時(shí)電價(jià)提供可行性。實(shí)時(shí)電價(jià)(real-timepricing，RTP)要求能源供應(yīng)商與電力用戶之間保持實(shí)時(shí)無中斷的通信，且該方法的有效性還與能源供應(yīng)商及EMC間的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量相關(guān)[10]。目前常采用其替代方法，一種方法是采用近似實(shí)時(shí)電價(jià)，即提前一天宣布第二天的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)價(jià)格，并據(jù)此向電力用戶收取費(fèi)用[11];而通過增設(shè)大量的傳感器及計(jì)量設(shè)備，可為工業(yè)用戶及商業(yè)用戶需求響應(yīng)時(shí)的實(shí)時(shí)電價(jià)的制定提供硬件基礎(chǔ)，將有助于促使固定零售電價(jià)模式向動(dòng)態(tài)電價(jià)模式轉(zhuǎn)變。

　　2.2大數(shù)據(jù)背景下VPP的新主體

　　隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)各行業(yè)對(duì)計(jì)算能力的需求大幅增加，促使數(shù)據(jù)中心在世界范圍內(nèi)的急劇增長。數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)中包含多種能源，如發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能以及太陽能、風(fēng)能等可再生能源。一方面，可通過合理調(diào)控可再生能源為數(shù)據(jù)中心供電，可以降低運(yùn)營成本，減少碳排放，另一方面，儲(chǔ)能和發(fā)電機(jī)的靈活調(diào)度可以確保為數(shù)據(jù)中心臨界負(fù)載情況提供可靠的電力供應(yīng)。因此，數(shù)據(jù)中心可以作為VPP參與到電力市場(chǎng)中，以有效降低運(yùn)行成本[12]。數(shù)據(jù)中心作為VPP的典型特征為：①供電資源的冗余性數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)中集成了大量供電資源，例如發(fā)電機(jī)、電池組等，且為降低運(yùn)營成本及溫室氣體的排放量，數(shù)據(jù)中心逐步增大光伏、風(fēng)機(jī)等可再生能源的供電比重。

　　此外，數(shù)據(jù)中心為保證可以提供安全可靠的服務(wù)，要求保證本身高可靠的電源供應(yīng)，因而數(shù)據(jù)中心的供電系統(tǒng)以滿足峰值負(fù)載為要求配置資源容量，且配備有大規(guī)模備用存儲(chǔ)系統(tǒng)，因而在平均負(fù)載情況下，存在大量冗余能源，能源使用率非常低。因而可將冗余資源進(jìn)行合理調(diào)度，為數(shù)據(jù)中心VPP參與能源市場(chǎng)提供條件。②負(fù)載調(diào)節(jié)的靈活性數(shù)據(jù)中心的耗電量主要取決于其處理的數(shù)據(jù)量，且多個(gè)數(shù)據(jù)中心間可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸，因而可將其耗電量等價(jià)為可靈活調(diào)節(jié)的負(fù)載。數(shù)據(jù)中心可根據(jù)需求響應(yīng)策略，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心信息處理任務(wù)的快速轉(zhuǎn)移，在5分鐘內(nèi)減少耗電量的10%[13]。因而可以通過使用有效的能源管理方案，合理調(diào)度內(nèi)部供電系統(tǒng)發(fā)電資源，并對(duì)數(shù)據(jù)中心本身耗電的等價(jià)負(fù)載進(jìn)行需求側(cè)管理，將數(shù)據(jù)中心中的供電資源及等價(jià)負(fù)載聚集為一個(gè)整體，作為VPP單元參與到電力市場(chǎng)交易中[14]。

　　2.3大數(shù)據(jù)背景下VPP發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)

　　VPP的運(yùn)營過程涉及到參與主體感知、信息傳輸、優(yōu)化決策以及市場(chǎng)交易等階段，該過程中的能量流及信息流，并標(biāo)注了四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用環(huán)節(jié)。通過采用以下幾項(xiàng)新興關(guān)鍵技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)背景下VPP運(yùn)營能力的大幅提升。

　　3數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法在VPP中的應(yīng)用

　　底層量測(cè)裝置的普及和通信網(wǎng)絡(luò)的完善可提供VPP中的海量數(shù)據(jù)，促使了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法在VPP中的應(yīng)用。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)在VPP中的應(yīng)用主要分為參與主體行為與外部環(huán)境感知、優(yōu)化調(diào)控策略和為參與電力市場(chǎng)提供決策支持三個(gè)方面。

　　4結(jié)論

　　隨著電網(wǎng)終端采集裝備的普及，電網(wǎng)可獲取的數(shù)據(jù)信息呈爆炸式增長，結(jié)合邊緣計(jì)算、5G通信技術(shù)、區(qū)塊鏈技術(shù)和人工智能技術(shù)等前沿技術(shù)，將給電力系統(tǒng)帶來重大變革，加速電網(wǎng)數(shù)字化、信息化、智能化進(jìn)程。本文剖析了VPP的概念、內(nèi)涵、特性與工程示范，并根據(jù)功能的區(qū)別，闡述了CVPP和TVPP的目的、功能及相互間的聯(lián)系。此外，分析了大數(shù)據(jù)背景下VPP呈現(xiàn)出的三種新特性及一種新主體，并介紹了VPP發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。最后，針對(duì)參與主體(資源)與外部環(huán)境識(shí)別、優(yōu)化調(diào)度、電力市場(chǎng)分析三個(gè)方面總結(jié)了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法在VPP中的應(yīng)用情況。

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　　電子方向論文范文：電廠汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組的安裝施工技術(shù)分析

　　摘要：電力是我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中應(yīng)用最為普遍的能源，電力的生產(chǎn)和供應(yīng)直接關(guān)系到社會(huì)發(fā)展和人們的正常生活。目前我國的電力行業(yè)中，電力的生產(chǎn)主要以發(fā)電廠的運(yùn)行為主，發(fā)電廠在發(fā)電的過程中，汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組是最為核心的設(shè)備，汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組的運(yùn)行質(zhì)量會(huì)直接關(guān)系到電力的生產(chǎn)質(zhì)量以及供應(yīng)需求，所以在當(dāng)前我國電力事業(yè)發(fā)展的過程中，對(duì)于電廠汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組的重視程度也在不斷提高，尤其重視其安裝施工工作。所以本文就對(duì)電廠的汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組安裝施工工藝進(jìn)行分析，提高汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行水平，促進(jìn)我國電力事業(yè)的發(fā)展。