Standardization Demand Analysis and System Design of Information and Communication for Virtual Power Plants

QU Yayun1：2\" WANG Shuyang12 ZHENG Tao3 CHEN Ke1.2 LIU Yuqing1.2 （1.China Electric Power Research Institute; 2.Beijing Key Laboratory of Demand-side Multi-energy Complementary Optimization and Supply-demand Interaction Technology;3.Nanrui Group Co.，Ltd.）

Abstract：This paperfirstly sorts outthecurrentsituation of standards constructionon domestic virtual power plants in termsof thestandardssystemandexistingstandardsatdiferentlevels.Itanalyzesthedevelopmenttrendofvirtualpower plantcommunication technologyand judges the communication architecture supporting the development of virtual power plant businessIt finallyputs forward the mainproblems and standardization construction demandof virtualpower plant informationand communication，designs the directionof standardsconstruction of thecommunicationbranch of virtual power plants，summarizes andanalyzes the scope ofapplication，maincontents and problems tobesolved，soas to provide technical guidance for the development of virtual power plants and accelerate the application.

Keywords：virtual power plants; standardssystem;communication architecture

0 引言

隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)快速推進，分布式電源、電動汽車等新興資源發(fā)展迅猛，“源荷”雙側(cè)隨機特性凸顯，傳統(tǒng)“源隨荷動”的電網(wǎng)運行調(diào)節(jié)方式受到挑戰(zhàn)，系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)資源容量嚴(yán)重不足，到2030年預(yù)計可再生能源功率調(diào)節(jié)缺口將達到7億千瓦。在電力供需雙側(cè)不確定性顯著增強的新形勢下，虛擬電廠作為需求側(cè)資源開發(fā)的新興手段備受關(guān)注”。

近兩年來，國家、地方層面密集出臺數(shù)十項支持政策，鼓勵虛擬電廠加快發(fā)展，主動參與新型電力系統(tǒng)建設(shè)。今年4月，國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)《關(guān)于加快推進虛擬電廠發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確虛擬電廠是基于電力系統(tǒng)架構(gòu)，運用現(xiàn)代信息通信、系統(tǒng)集成控制等技術(shù)，聚合分布式電源可調(diào)節(jié)負荷、儲能等各類分散資源，作為新型經(jīng)營主體協(xié)同參與電力系統(tǒng)優(yōu)化和電力市場交易的電力運行組織模式[2]。作為新型電力系統(tǒng)的重要組成部分，虛擬電廠可整合需求側(cè)可調(diào)節(jié)資源，促進新能源消納，支撐電力安全保供；可帶動能源電力業(yè)態(tài)模式創(chuàng)新，助力發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力和能源產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

然而，在當(dāng)前產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展態(tài)勢下，虛擬電廠運營商積極聚合各類主體，加快搶占資源、擴大規(guī)模，但實際可調(diào)節(jié)容量卻相對較小[3]，對電網(wǎng)調(diào)節(jié)貢獻價值作用非常有限。同時，虛擬電廠實際建設(shè)運營受限于基礎(chǔ)設(shè)施能力不足、運營機制缺乏、盈利模式單一、用戶參與意愿低等痛點問題，亟需建立科學(xué)性、規(guī)范性、引領(lǐng)性的虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系和核心標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)虛擬電廠建設(shè)應(yīng)用[4-5]。

國內(nèi)虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)工作起步較早，但現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)體系仍不健全，虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)研制進度與虛擬電廠發(fā)展速度存在不匹配，虛擬電廠實際建設(shè)運營中出現(xiàn)無據(jù)可依的情況。其中，信息通信技術(shù)作為虛擬電廠運行的重要依托，未來面臨海量高頻信息采集、傳輸、處理需求，在采集時延、信息安全等問題上面臨更多挑戰(zhàn)。因此本文立足于虛擬電廠快速發(fā)展的新形勢，梳理目前國內(nèi)虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)現(xiàn)狀，分析梳理未來虛擬電廠通信技術(shù)的整體架構(gòu)，結(jié)合具體技術(shù)方面研判虛擬電廠信息通信領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)需求，設(shè)計對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展，為虛擬電廣高速發(fā)展提供規(guī)范支撐。

1虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系概況

我國電力行業(yè)虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系于2021年開始布局，建立了中國電力企業(yè)聯(lián)合會牽頭、相關(guān)標(biāo)委會配合的工作機制。目前，在國家標(biāo)準(zhǔn)層面，GB/T44241—2024《虛擬電廠管理規(guī)范》和GB/T44260—2024《虛擬電廠資源配置與評估技術(shù)規(guī)范》已于2025年2月1日正式實施，標(biāo)志著行業(yè)進入標(biāo)準(zhǔn)化新階段。地方標(biāo)準(zhǔn)方面，深圳率先發(fā)布了3項技術(shù)規(guī)范，分別針對分布式光伏接人、終端安全加密及電動汽車充換電設(shè)施的有序充電與V2G互動，形成了區(qū)域特色的標(biāo)準(zhǔn)補充。

隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)加快推進，為滿足虛擬電廠快速發(fā)展的需求，筆者作為全國智能電網(wǎng)用戶接口標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC549）、全國電力系統(tǒng)管理及其信息交換標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（SAC/TC82）代表，深度參與了中電聯(lián)組織的虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系研討工作，推動形成涵蓋基礎(chǔ)通用、系統(tǒng)與終端、資源與接人、設(shè)計與驗收、運行與管理、效益與評估的虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系，并承擔(dān)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的歸口管理工作。虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系為虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和行業(yè)規(guī)范發(fā)展提供了根本依據(jù)。

2 虛擬電廠通信架構(gòu)

虛擬電廠作為靈活性資源集成聚合的主要形式，通過云管邊端架構(gòu)，依托虛擬電廠運營商技術(shù)支持系統(tǒng)實現(xiàn)對海量靈活性資源的感知監(jiān)測、信息通信、實時控制、智能決策和網(wǎng)絡(luò)安全支撐，推動終端可調(diào)節(jié)資源的實時監(jiān)測、聚合調(diào)控、可信調(diào)用。

通信系統(tǒng)是虛擬電廠的關(guān)鍵要素之一，先進、完善的信息通信技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化的通信協(xié)議為虛擬電廠實現(xiàn)分布式可調(diào)節(jié)資源的監(jiān)控、數(shù)據(jù)的快速匯聚和傳輸、海量智能終端的互聯(lián)和數(shù)據(jù)管理、虛擬電廠高水平互動和實時數(shù)據(jù)交換提供技術(shù)支撐]。虛擬電廠信息通信架構(gòu)融合虛擬電廠各項實際業(yè)務(wù)，高頻采集并整合需求側(cè)分布式資源多類型異構(gòu)數(shù)據(jù)[]。圖1為虛擬電廠通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖，虛擬電廠內(nèi)部的通信系統(tǒng)具有分層體系結(jié)構(gòu)，即感知（終端）層、接入層、骨干層和平臺層，不同層級間依靠安全可靠的通信協(xié)議。

（1）感知（終端）層主要由虛擬電廠數(shù)據(jù)采集終端和分布式可調(diào)節(jié)資源控制終端等組成，包括電動汽車、分布式光伏、儲能設(shè)施、樓宇負荷等分布式可調(diào)節(jié)資源。

（2）接入層的主要的通信設(shè)備包括接人終端、匯聚路由器、網(wǎng)關(guān)等，負責(zé)對管轄區(qū)域內(nèi)分布式可調(diào)節(jié)資源的數(shù)據(jù)匯聚、清洗和上傳，接人層向下采用多種通信規(guī)約與分布式可調(diào)節(jié)資源建立通信連接并適配各類型的感知設(shè)備，向上則可采用多種通信方式，包括光纖、230M無線專網(wǎng)、4G或5G等將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息上傳和轉(zhuǎn)發(fā)，因此需要在接入層完成對異構(gòu)終端的統(tǒng)一接入。

（3）骨干層即虛擬電廠通信系統(tǒng)的通信骨干網(wǎng)絡(luò)，主要采用光纖通信，承載多個平臺和系統(tǒng)的互聯(lián)互通，實現(xiàn)分布式可調(diào)節(jié)資源的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)量和控制操作信息的實時交互。

（4）平臺層基于人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)通過軟件平臺對分散的分布式可調(diào)節(jié)資源進行負荷預(yù)測和動態(tài)聚合管理，利用云邊協(xié)同實現(xiàn)資源的高效利用和多個分布式可調(diào)節(jié)資源系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)調(diào)度，以及引導(dǎo)分布式可調(diào)節(jié)資源參與電力市場報價和交易。

虛擬電廠通信系統(tǒng)協(xié)議可在現(xiàn)有的協(xié)議基礎(chǔ)上進行擴展，DL/T1867、OpenADR2.0、IEC62325、IEC61970和IEC62746等現(xiàn)有的高可靠性、可擴展性通信協(xié)議均適用于虛擬電廠通信系統(tǒng)。

3 虛擬電廠信息通信標(biāo)準(zhǔn)需求和分支設(shè)計

3.1信息通信標(biāo)準(zhǔn)需求分析

隨著虛擬電廠在全國范圍內(nèi)的快速發(fā)展，信息采集節(jié)點和數(shù)據(jù)量規(guī)?；卣梗邢薜奈锢硗ㄐ呕A(chǔ)設(shè)施難以應(yīng)對低時延、高可靠、高頻次、高并發(fā)的信息采集、傳輸和利用帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)]。現(xiàn)有技術(shù)方案及成果存在邊緣設(shè)備智能化和密文計算能力不足、分布式資源主體數(shù)據(jù)潛在篡改風(fēng)險、集中式明文計算易引發(fā)敏感業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)泄露等問題。此外，規(guī)?；`活資源虛擬電廠將會形成一個龐大的異構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)，高頻次異構(gòu)數(shù)據(jù)的信息抽象化要求虛擬電廠具備異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的高效自組織能力。如何實現(xiàn)有效信息的高效提取和整合利用，對虛擬電廠應(yīng)對接入資源對象開放性和未知性的挑戰(zhàn)具有關(guān)鍵意義。

在虛擬電廠信息通信標(biāo)準(zhǔn)方面，由于缺乏統(tǒng)一、規(guī)范的虛擬電廠通信協(xié)議，在實際調(diào)用虛擬電廠參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)時，難以實現(xiàn)快速高效資源聚合與調(diào)控，造成了不同程度上的資源浪費和重復(fù)建設(shè)。虛擬電廠未來的運行控制架構(gòu)對通信網(wǎng)絡(luò)分布式智能控制、分布式資源間協(xié)調(diào)[2、精細化控制與低時延通信均提出了更高技術(shù)水平的要求。原有電力自動化系統(tǒng)相關(guān)通信交換規(guī)范亦無法滿足虛擬電廠參與電力市場交易等業(yè)務(wù)的通信需求。亟需圍繞虛擬電廠的通信原則和要求、信息模型、交互服務(wù)及交互機制等方面提出相關(guān)技術(shù)規(guī)范，實現(xiàn)不同廠家、不同類型虛擬電廠資源聚合、統(tǒng)一調(diào)度和參與市場交易，提升虛擬電廠的運營效率，為虛擬電廠規(guī)范化、規(guī)?；瘧?yīng)用提供良好技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)保障。

3.2信息通信分支標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計

根據(jù)電力行業(yè)虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系，信息交互分支屬于系統(tǒng)與終端大類，包含信息模型、信息交互功能規(guī)范、通信協(xié)議規(guī)范、網(wǎng)絡(luò)安全防護技術(shù)規(guī)范、接口一致性測試規(guī)范等5項標(biāo)準(zhǔn)（如圖2所示）。

3.2.1信息模型標(biāo)準(zhǔn)

虛擬電廠需要實現(xiàn)與多個電網(wǎng)上級主站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，但目前沒有統(tǒng)一的信息交互功能規(guī)范，虛擬電廠進行技術(shù)支持系統(tǒng)建設(shè)時無法厘清需要對接的系統(tǒng)對象和交互的數(shù)據(jù)，亟需提升系統(tǒng)間數(shù)據(jù)貫通效率和可拓展性。

該項標(biāo)準(zhǔn)需要規(guī)定虛擬電廠運營商技術(shù)支持系統(tǒng)與新型電力負荷管理系統(tǒng)、電力調(diào)度自動化系統(tǒng)等電網(wǎng)上級主站系統(tǒng)之間，虛擬電廠內(nèi)部各節(jié)點（含資源、子站）之間進行信息交互的邏輯架構(gòu)、物理架構(gòu)、信息交互要求。

3.2.2信息交互功能規(guī)范

虛擬電廠與上級主站各類系統(tǒng)之間存在通信協(xié)議不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)交互壁壘高的問題，亟需相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范信息交互工程，確保信息傳遞的準(zhǔn)確性和實時性，為虛擬電廠的優(yōu)化調(diào)度和決策提供數(shù)據(jù)支持。同時通信協(xié)議中將強化虛擬電廠的信息安全防護能力，確保通信過程中的數(shù)據(jù)安全和系統(tǒng)穩(wěn)定，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問和攻擊。

該項標(biāo)準(zhǔn)需要規(guī)定虛擬電廠與電網(wǎng)上級主站之間、虛擬電廠內(nèi)部各節(jié)點之間的信息通信的一般原則和要求、信息通信服務(wù)及信息通信機制。

3.2.3通信協(xié)議規(guī)范

虛擬電廠內(nèi)部及與電網(wǎng)上級主站之間交互信息模型不統(tǒng)一，不同虛擬電廠以及虛擬電廠與電網(wǎng)上級主站之間在數(shù)據(jù)傳輸、協(xié)議轉(zhuǎn)換等方面存在兼容性問題，導(dǎo)致功能重復(fù)建設(shè)，增加開發(fā)成本和建設(shè)周期。而信息模型不統(tǒng)一還會引發(fā)數(shù)據(jù)解析、集成難題，降低系統(tǒng)整體運行效率，阻礙虛擬電廠與主站間的數(shù)據(jù)共享和協(xié)同運行，亟需通過建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范通信協(xié)議，以促進虛擬電廠的高效建設(shè)和運行。

該項標(biāo)準(zhǔn)需要規(guī)定各業(yè)務(wù)場景下，虛擬電廠與電網(wǎng)上級主站之間、虛擬電廠內(nèi)部各節(jié)點之間的交互的信息模型構(gòu)建原則、模型關(guān)聯(lián)關(guān)系、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)類型、通用數(shù)據(jù)模型、專用數(shù)據(jù)模型。

3.2.4網(wǎng)絡(luò)安全防護技術(shù)規(guī)范

面向不同業(yè)務(wù)場景下的差異化數(shù)據(jù)安全需求和使用需求，網(wǎng)絡(luò)安全問題可能導(dǎo)致系統(tǒng)服務(wù)中斷、崩潰或癱瘓等情況的發(fā)生，亟需對應(yīng)的防護技術(shù)規(guī)范，以確保及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)安全隱患并快速排除，實現(xiàn)用戶隱私保護和虛擬電廠數(shù)據(jù)安全管理。

該項標(biāo)準(zhǔn)需要規(guī)定虛擬電廠業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)安全防護架構(gòu)和安全防護技術(shù)要求，包括分區(qū)部署、安全接入、終端安全、業(yè)務(wù)應(yīng)用安全、數(shù)據(jù)安全等內(nèi)容。

3.2.5接口一致性測試規(guī)范

虛擬電廠運營商技術(shù)支持系統(tǒng)與電網(wǎng)上級主站系統(tǒng)的通信一致性、接口行為一致性、接口安全性、集成性與互操作性檢測的檢測流程、方法和判定規(guī)則需進一步規(guī)范，指導(dǎo)虛擬電廠信息交互、通信協(xié)議等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)落地應(yīng)用。

該項標(biāo)準(zhǔn)需要規(guī)定虛擬電廠與電網(wǎng)上級主站之間、虛擬電廠內(nèi)部各節(jié)點之間的通信接口一致性測試的檢測流程、檢測方法和檢測規(guī)則。

4結(jié)論

目前，國內(nèi)虛擬電廠正處于快速發(fā)展階段，為匹配新興業(yè)態(tài)的快速發(fā)展需求，亟需加快核心標(biāo)準(zhǔn)立項編制進程、監(jiān)督標(biāo)準(zhǔn)落地實施效果。本文在梳理和分析國內(nèi)虛擬電廠標(biāo)準(zhǔn)體系發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合虛擬電廠信息通信的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)需求，提出了通信分支的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方向及標(biāo)準(zhǔn)編制內(nèi)容。未來還需要進一步做好通信分支標(biāo)準(zhǔn)制定，高質(zhì)量開展各項標(biāo)準(zhǔn)研究和編制工作，提高標(biāo)準(zhǔn)的實用價值和引領(lǐng)作用，鼓勵虛擬電廠項目建設(shè)運營過程中積極采用標(biāo)準(zhǔn)化的通信技術(shù)和設(shè)備，提升資源拓展能力和運行效率。

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