隨著GIS（Geographic Information System）技術和網路技術的發展,GIS技術已經廣泛應用於各種基於網路的管理資訊系統中。為了給規模日益擴大的電網提供一種更為高效的管理方式,採用GIS技術的空間構造和網路分析方法,將電網資訊和地理空間資訊有機聯絡起來進行相關資料的處理和查詢分析。通過對智慧電網管理系統的分析和設計,實現了電網執行狀態查詢、應急供電站排程管理、故障維護管理、故障點設計、鷹眼設計等主要功能。

以上海市商業型虛擬電廠為例，通過圖撲的 HT 視覺化整合各 DG 的資料，從資源管理、實時狀態監測、負荷預測、發電任務管理、發電任務追溯、執行效果決策六個方面闡述“虛擬電廠”的運作流程。

註解：

分散式發電裝置（Distributed Generation，DG）

分散式供能（Distributed Energy Resource，DER）

虛擬電廠通過協調控制、智慧計量以及資訊通訊等技術聚合 DG、儲能系統、可控負荷、電動汽車等不同型別的分散式能源，通過更高層的軟體構架實現多個 DER 之間的協調優化運作，達到資源的優勢配置和使用，並作為一個特殊電廠參與電力市場和電網執行的電源協調管理系統。

藉助圖撲的 HT for Web 產品，能有效進行資料融合，將分散的 DER 聚合到視覺化系統中統一進行管理，通過 Web 提供豐富的展示形式和效果。“虛擬電廠”的視覺化協調控制減小了以往 DER 併網對公網造成的衝擊，降低了 DG 增長帶來的排程難度，使配電管理趨於合理有序，提高了系統執行的穩定性。

系統分析

商業型虛擬電廠是從商業收益角度考慮的虛擬電廠，是 DER 投資組合的一種靈活表述。可基於使用者需求、負荷預測和發電潛力預測，從而制定發電計劃，參與市場競標。在本地網路中，DER 執行引數、發電計劃、市場競價等資訊由商業型虛擬電廠提供。

容量指標

將區域內的註冊虛擬電廠數量、註冊發電機組數量、註冊發電單元、分散式能源額定裝機容量分別統計，利於管理者進行負荷和發電潛力預測，控制 DER 執行發電計劃。

執行模式

註冊虛擬電廠的調控能力監測，接入削峰、填谷實時資料，評判調控能力。網供負荷和上網負荷實時對比，判斷虛擬電廠的供電能力。分散式發電系統多采用效能先進的中小型模組化裝置，開停機快速，維修管理方便，調節靈活，且各電源相對獨立，可快速滿足供電需求。

總髮電、總用電量、發電和用電負荷曲線圖是瞭解本座城市電力調控結果的有效指標，管理者可根據圖表調控策略。響應偏差率、響應完成率、機組爬坡率資料可作為虛擬電廠和各個 DG 的考核指標，對於響應速度較慢的 DG 可逐步淘汰，建立響應速度更快的分散式能源。

發電單元型別分佈

圖撲軟體提供了構建先進 2D 資料視覺化的解決方案，基於自主研發的 HT for Web 圖形引擎，可快速構建“虛擬電廠”中實時資料驅動的圖表，提供豐富的視覺化展示形式和效果。採用柱狀圖和散點圖分別統計 DG、儲能系統、可控負荷等的分佈情況。在城區等負荷密集地區需以可控負荷構成虛擬電廠，作為系統備用，或削減高峰用電；在鄉村或郊區，以大規模 DG、儲能等構成虛擬電廠，實現對系統的穩定和持續供電。

資源管理

聚合多樣化的 DER 實現對系統高要求的電能輸出是虛擬電廠協調控制的重點和難點。實際上，一些可再生能源發電站（如風力發電站和光伏發電站）具有間歇性或隨機性以及存在預測誤差等特點，因此，將其大規模併網必須考慮不確定性的影響。這就要求儲能系統、可分配發電機組、可控負荷與之合理配合，以保證電能質量並提高發電經濟性。

風力發電站

光伏發電站

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控能力和更快的響應速度，在競標時相關部門可著重考慮。

註冊調控能力佔比

削峰資料、填谷資料百分比統計，瞭解每個虛擬電廠的實力。中國是典型的負荷中心與發電中心不協調國家，東南地區經濟發達，為負荷中心，但是缺煤、少光、缺風；西北、西南地區經濟相對落後，但是煤多、水多、風多、光多。這種不協調決定了中國的清潔能源的利用只能寄希望於打造數十個超大型清潔能源發電中心，然後通過特高壓通道（直流或者交流）輸送到東南負荷中心。

能力佔比

採用雷達圖表示各行業發電機組註冊調控和各發電單元類別註冊調控的資料，區分不同 DER 在不同時間段執行發電計劃的百分比。

數量佔比

統計聚合 DG、儲能系統、可控負荷、電動汽車等不同型別的分散式能源的數量佔比，預測發電潛力，有序制定發電計劃。

分割槽資訊

變電站作為電力系統不可或缺的部分，對電壓和電流進行變換，接受電能及分配電能。圖撲視覺化大屏標註的變電站以 110kV 及以下的四類變電站為主，包括亭衛變電站、遠東變電站、黃渡變電站、練塘變電站等上海市不同區域的變電站，點選變電站名稱可顯示削峰、填谷資料。通過 HT 實現“虛擬電廠”跨平臺（桌面 Mouse/移動 Touch/虛擬現實 VR）、跨區域管理的資料視覺化需求。

管理總覽

電網負荷主要包含剛性負荷、柔性負荷兩大類。其中剛性負荷是使用者生活工作必須滿足的負荷，不能夠接受電網的調控，受控程度很低。廣義柔性負荷，既包含彈性負荷（可削減負荷）、可調節負荷（負荷聚合商）、可轉移負荷，也包括源性負荷（儲能、電動汽車）。

收集不可控分散式能源、儲能、可控式能源、可控負荷的發電單元數量、發電容量佔比資料，確定使用者在不同時段對電網負荷的需求量，讓使用者通過分時電價提前安排工作的時間，減少峰期用電。

能力佔比和數量佔比的統計，便於確定小型發電裝置在調峰、為邊遠使用者、商業區和居民區供電時的能力。分散式電源可大大地提高供電可靠性，可在電網崩潰和意外災害（例如地震、暴風雪、人為破壞）情況下，維持重要使用者的供電。

資源註冊

虛擬電廠具體資訊

圖撲軟體聚焦工業網際網路監控運維視覺化應用領域，通過接入 DER 的多路視訊，便於分散式能源的管理。分散式發電系統主要包含：熱電聯產（CHP）與微型熱電聯產、燃料電池、太陽能發電、風力發電、斯特林發動機、往復式發動機、柴油引擎、汽油引擎等。

節能成效

我國用電量大的主要原因之一是工業裝置和家用電器能效偏低，可實時監測中央空調、電動汽車等柔性可控負荷。統計節約電量、日均節電、未端精密空調節能率、機房整體節能率、機組負荷量的資料，減少高耗能裝置的使用頻次。

虛擬電廠稽核管理

龐大的虛擬電廠資料，在圖撲視覺化系統中批量聚合，HT for Web 可承受萬級甚至十萬級別資料量。不同型別的虛擬電廠側重點不同，有以實現 DG 可靠併網和電力市場運營為目標的電廠，DG 佔據DER 的主要成分；有基於需求響應計劃發展而來，兼顧考慮可再生能源利用的電廠，可控負荷佔據主要成分。在稽核時要根據能源分佈情況，選擇適合本地的虛擬電廠。

發電單元管理

每個發電單元接入實時資料進行監控，避免發電不足引發重要裝置停機，保障供電的持續性、穩定性。

實時狀態監測

智慧計量技術是虛擬電廠的一個重要組成部分，是實現虛擬電廠對 DG 和可控負荷等監測和控制的重要基礎。智慧計量系統最基本的作用是自動測量和讀取使用者住宅內的電、氣、熱、水的消耗量或生產量，即自動抄表（Automated Meter Reading，AMR），以此為虛擬電廠提供電源和需求側的實時資訊。作為 AMR 的發展，自動計量管理和高階計量體系能夠遠端測量實時使用者資訊，合理管理資料，並將其傳送給相關各方。

通過 HT 視覺化的 2D 面板和圖表的資料繫結，以及利用不同樣式的圖表統計方式展示不同區縣的工業企業排名、工業企業潛力排名、工業企業實測負荷排名，能分辨本地的用電大戶，他們是虛擬電廠的主要客戶。

監測實時負荷、發電負荷因子、可調控負荷、主變容量、發電機組、發電單元，圍繞使用者和系統需求，自動調節並優化響應質量，減少電源和電網建設的投資，在創造良好舒適生活環境的同時，實現使用者和系統，技術和商業模式的雙贏。

負荷預測

將工業、農業、郵電、交通、市政、商業以及城鄉居民所消耗的功率相加，就得電力系統的綜合用電負荷。負荷是隨機變化，每當用電裝置啟動或停止都會有對應的負荷發生變化，從某種程度上可以發現具有一定規律性，可依據規律進行預測。

資料查詢

不可控 DG、可控 DG、儲能、可控負荷的數量統計結合商業型虛擬電廠網路資訊（拓撲結構、限制條件等），利於技術型虛擬電廠計算本地系統中每個 DER 可作出的貢獻，形成技術型虛擬電廠成本和執行特性。

多維度負荷預測

發電負荷和用電負荷處於天平的兩端，需要保持平衡，才能保障雙方利益。發電機組和虛擬電廠的歷史資料查詢，能讓管理者瞭解不同時段的供需變化，進行有效調控。查詢介面採用事件機制進行介面區域性更新，避免 FPS 的遊戲方式，過多進行無意義的介面重新整理，避免桌面卡頓和手機發燙等問題。

發電任務管理

虛擬電廠採用雙向通訊技術，它不僅能夠接收各個單元的當前狀態資訊，而且能夠向控制目標傳送控制訊號。應用於虛擬電廠中的通訊技術主要是基於網際網路的技術，如基於網際網路協議的服務、虛擬專用網路、電力線路載波技術和無線技術（如全球移動通訊系統/通用分組無線服務技術（USM/UPRS）等）。

價格訊號

實時電價和分時電價的設定應根據虛擬電廠中的可再生能源所佔成分區別設定，同時規定可再生能源發電應儘量併網，進一步完善現行的分時電價辦法，鼓勵和促進用電高峰時使用者節電和 DG 發電。

採用雷達圖分配虛擬電廠計劃負荷，明確計劃發電負荷。

激勵訊號

時間軸設定

豐水期電價可採取一定優惠措施，可根據歷史資料將活動通知期和進行期的時間確定，有序開展活動。

調控模式設定

負荷調整模式和控制模式統計，短期和中長期需求響應事件管理，可減小最大負荷和最小負荷的差值，使負荷曲線圖形較為平坦。通過合理地、有計劃地安排種類使用者的用電時間，有利於充分利用發電、供電裝置（主變壓器等）容量，提高系統執行的經濟性。

發電任務追溯

通過追溯可判斷出夏季和冬季是負荷的高峰時期，此時如採用以天然氣為燃料的燃氣輪機等冷、熱、電三聯供系統，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，由此可對電網起到削峰填谷作用。此外，也部分解決了天然氣供應時的峰谷差過大問題，發揮了天然氣與電力的互補作用。

激勵型資訊

可根據年份追溯負荷控制、有序用電、緊急需求響應、需求側競價、容量/輔助服務等資訊。折線圖和麵積圖展示了一週內實測負荷和預測負荷的對比，幫助預測者修正資料的準確性。

電源追溯可以快速搜尋出某重要供電裝置的實際供電路徑，並結合視覺化的展示方式，以清晰、直觀的方式予以展示，使電網人員能夠快速地對電網中的各重要負荷的供電通道進行梳理並形成保電通道和裝置集，為重要負荷的供電保障任務提供有力的技術支援，而且還可以幫助電網排程人員更為全面、迅速地掌握電網結構，為電網安全、穩定地執行提供技術保障。

需求響應詳情

需求響應是指電力市場價格明顯升高（降低）或系統安全可靠性存在風險時，電力使用者根據價格訊號或激勵措施，改變其用電行為，減少（增加）用電。雷達圖展示響應速度、響應完成率、響應偏差率等的比率。同時，顯示具體事件名稱和型別，利於重大事件的統計。

虛擬電廠和發電機組在需求響應中的能力佔比，顯示了他們的反應速度，是對運維人員考核的重要一環。

參與虛擬電廠列表

虛擬電廠的各類資源（相比傳統需求響應，新增添了各類分散式能源）自動接收需求響應訊號，通過自己的能量管理系統控制調整用電，並對需求響應結果自動進行報告。使需求響應能夠實現迅速、高效和精準的電力實時動態調控，能有效解決電力供給側可再生能源發電帶來的巨大不確定性。列表可展示響應能力較強的虛擬電廠。

預覽事件曲線動態展示通知期、斜坡期、活動期、恢復期、復原期、結束期的負荷變化，更直觀。通過時間軸設定，瞭解各個時期的耗用時間，作為下次執行的依據。

有序用電詳情

事件資訊顯示偶然事件的準備階段、執行階段、恢復階段、結算階段，對某一次的偶然事件可記錄下目標調控負荷、目標調控電量、實際調控負荷、實際調控電量、事件收益、開始時間、結束時間。明確此類事件的處理流程和所需負荷，作為後續此類事件處理的方案。

針對不同的偶然和必然事件，統計出在事件中發電機組數量佔比、虛擬電廠調控能力佔比、參與虛擬電廠列表、負荷數量佔比，可分析整個電力系統是否穩定。

執行效果決策

技術引數考核

虛擬電廠中分散式能源的地域資訊一目瞭然，便於管理。虛擬電廠運營系統能監測到客戶參與需求響應的具體裝置的負荷變化，負荷管理工作的顆粒度更為精細，響應更快速。

虛擬電廠技術引數考核

虛擬電廠從需求側響應起步，根據技術引數差異化設定收益激勵，創新交易機制，打造出全新的電力負荷排程模式。依據爬坡耗時、參與機組數量、線上機組數量、爬坡速度、響應量、完成耗時、電量偏差、負荷偏差、目標調控負荷、實際調控負荷統一進行管理。

釋出單元型別排名

將太陽能利用、風能利用、燃料電池、燃氣冷、熱、電三聯供、氣體燃料等多種形式的能源按照電力負荷排名，甄選優質能源。

偏差率考核

圖撲的 HT 視覺化系統，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、響應量、完成耗時、電量偏差、負荷偏差、目標調控負荷、實際調控負荷的資料，讓用電負荷有據可查。

虛擬電廠最具吸引力的功能在於能夠聚合 DER 參與電力市場和輔助服務市場執行，為配電網和輸電網提供管理和輔助服務。“虛擬電廠”的解決思路在我國有著非常大的市場潛力，對於面臨“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。

虛擬電廠雖然進行了 DER 的聚合，可當前儲能基本配置在“源”側和“網”側。為最大化利用清潔電力，平滑清潔電力的“間歇性、波動性”，穩定電源供應，儲能成為解決問題的關鍵。傳統的“源網荷”電力系統將由此變為“源網荷儲”電力系統。

更多行業應用例項可以參考圖撲軟體官網案例連結：

https://www.hightopo.com/demos/index.html