徐悅

安科瑞電氣股份有限公司

摘要：大量電動汽車用戶的無序充電可能造成電網負荷劇烈波動，危及電網的安全穩定。隨著電動汽車入網技術的應用，將電動汽車充電站及其周邊的分布式新能源發電聚合為虛擬電廠后進行優化調度，有助于改善電動汽車用戶充放電的經濟性及滿意度，同時提高分布式新能源的利用率，平抑電網負荷波動，但電動汽車充電站的整體充放電負荷是大量個體電動汽車用戶隨機行為的聚合，難以用數學模型描述。針對包含電動汽車的虛擬電廠，提出一種基于深度強化學習的交互式調度框架，以虛擬電廠內電動汽車用戶的總效益。虛擬電廠控制平臺作為智能體決策電動汽車個體的充放電動作，無需掌握個體詳細模型，而是通過與區域電網環境的交互，不斷學習和更新動作策略，從而克服集中式優化方法的局限性。該優化調度框架采用深度確定性策略梯度算法進行求解。仿真結果表明，與集中式優化方法相比，該優化算法提高了各電動汽車用戶的效益，并使電動汽車充放電負荷與分布式新能源發電協調配合實現削峰填谷，改善了虛擬電廠的整體運行性能。

關鍵詞：虛擬電廠；電動汽車；電動汽車入網技術；分布式新能源；

1.為什么要搭建虛擬電廠

大量電動汽車的無序充電不僅會影響電網的安全穩定運行，而且會給用戶造成經濟損失。事實上，電動汽車充電負荷不僅具有較大的調節彈性，而且可以基于電動汽車入網技術實現發電和用電側的角色轉換，具備很大的優化調度潛力。通過搭建虛擬電廠整合區域配電網中的電動汽車充放電負荷及分布式新能源發電資源，合理引導電動汽車用戶的充放電行為，不但可以降低電動汽車車主的充電費用，提高充電需求滿足程度，同時可使電動汽車充放電負荷與分布式新能源發電協調配合，提高新能源利用率，平抑虛擬電廠整體負荷的波動。虛擬電廠是電力系統中智能配電網運行的重要技術，通過創建一個虛擬電廠控制平臺，可以將配電網中的電動汽車充放電負荷與分布式新能源聚合為一個整體參與電網運行，更好地發掘電動汽車充放電負荷與分布式新能源的價值和效益。

然而，在上述包含電動汽車充放電負荷及分布式新能源的虛擬電廠中，電動汽車充電站的總負荷特性是大量個體電動汽車用戶隨機充放電行為的聚合，難以對其進行的數學建模和準確預測，這給傳統的基于負荷預測進行優化計算的集中式調度模式帶來了挑戰。解決這一難點的一種有效途徑是采用基于強化學習方法的交互式優化調度模式。該模式中，虛擬電廠控制平臺作為智能體，包含電動汽車個體用戶及分布式新能源的區域電網為智能體所在的環境。虛擬電廠控制平臺在不掌握電動汽車個體用戶詳細模型的情況下給出電動汽車個體的充放電動作決策，并通過與區域電網的交互評估當前決策的性能，不斷學習和更新動作策略，直至得到令人滿意的優化決策。基于智能體與環境之間信息交互的強化學習方法可以在缺乏數學模型的情況下模擬順序決策問題并獲得對環境的響應。這種基于強化學習的交互式調度模式克服了傳統集中式調度的局限性，有望在虛擬電廠優化調度中得到應用。

目前，國內外針對電動汽車充電優化調度的研究主要關注電網側和用戶側的經濟效益。第1類文獻提出將電動汽車充電負荷接入微電網：構建了一個包含風光、基礎負荷、儲能電池以及電動汽車代理商等對象的微電網，采用粒子群算法對電網經濟優化調度模型進行求解；構建了面向工業園區的包含電動汽車充電站的風/光/柴獨立微電網模型，通過混合整數線性規劃算法，采用Matlab的YALMIP工具包對模型進行求解。第2類文獻提出了針對電動汽車充電負荷的市場機制：提出了制定電力交易合約和兩級拍賣的優化策略，通過搭建分層區塊鏈結構，提高了電網對區域內電動汽車充放電行為的優化調度；采用市場機制方法進行電動汽車充電量和本地負荷之間的協調調度，避免因負荷聚集而導致配電系統阻塞。另一類文獻提出了消納電動汽車充電負荷的虛擬電廠：采用粒子群優化算法，通過構建虛擬電廠對高比例新能源、電動汽車和可控電源的出力進行優化調度；構建了包含風電、光伏、微燃氣機組、儲能、基礎負荷和電動汽車負荷的虛擬電廠，制定了虛擬電廠與電動汽車用戶雙方經濟效益的主從博弈定價策略。

2構建實施

2.1 應用平臺構建

虛擬電廠平臺系統運行監測、系統運行管理、資源分析與建模、結算管理等功能部署于管理信息大區，交易申報與信息發布、可視化展示等功能部署于互聯網大區，方便外界資源接入，兩部分平臺之間通過強邏輯隔離裝置進行信息交互，分別簡稱為外平臺與內平臺。

外平臺作為聚合商與虛擬電廠用戶等社會資源的接入端口與申報發布端口，主要與智慧能源服務平臺、電力交易平臺、虛擬電廠用戶等交互；內平臺主要與電網資源業務中臺、數據中臺、調度系統、虛擬電廠用戶等交互。虛擬電廠運營平臺采用統一的虛擬電廠聚合商接口，各虛擬電廠聚合商可通過此架構基礎進一步與所管控虛擬電廠進行數據與指令交互，并可集成多類型微服務，例如綜合能源服務公司、電動汽車公司、第三方負荷聚合商等主體的

自建能量管理系統或管理平臺。

虛擬電廠運營平臺針對不同時間尺度的調控指令與交易、運營數據交互需求，設置不同的數據通路，包括信息上傳與需求計劃下發通路等。運營平臺與調度系統通過多道安全防護進行出力計劃與調節需求等數據交互，構建調控信息通路；運營平臺與智慧能源服務平臺、交易平臺通過相關技術支持功能進行市場信息、出清與結算數據等數據交互，構建市場信息通路。

針對輔助服務、需求響應、電能量交易等所需的數據交互類型，運營平臺代理進行交易申報，接收相應上級平臺發布的市場出清結果、調節需求或計劃曲線，通過預設的協調優化策略，將其分解下發至各虛擬電廠聚合商，在建設前期也可直接發送至底層虛擬電廠用戶，并進行實際運行情況的監測、接收、運行評估；此外運營平臺還通過交易數據通路，接收輔助服務市場的月度結算信息并分解下發至聚合商或虛擬電廠用戶。

2.2 試點應用

組織開展虛擬電廠試點參與平臺調峰、調頻的洽談、改造及接入，并逐步拓展接入多元資源的種類與規模，針對接入的聚合商或負荷資源開展調控業務的模擬運行，實現電源側與負荷側靈活資源的有效耦合利用與深度互動，以及光伏新能源棄限電量消納。

2.3 溝通推動政策出臺

溝通相關部門推動河北調頻輔助服務市場規則的出臺，確認虛擬電廠主體角色，鼓勵前期按照“報量不報價”的原則參與服務；后期根據電力現貨市場建設情況，推動虛擬電廠相關補貼政策出臺。一方面，規定可再生能源發電應盡量并網，并進一步完善現行的分時電價辦法，鼓勵和促進用電高峰時用戶節電和分布式能源發電。另一方面，應區別對待不同職能的虛擬電廠。

3 安科瑞智慧能源管理平臺助力虛擬電廠快速發展

3.1安科瑞智慧能源管理平臺

AcrelEMS 智慧能源管理平臺是針對企業微電網的能效管理平臺，對企業微電網分布式電源、市政電源、儲能系統、充電設施以及各類交直流負荷的運行狀態實時監視、智能預測、動態調配，優化策略，診斷告警，可調度源荷有序互動、能源全景分析，滿足企業微電網能效管理數字化、安全分析智能化、調整控制動態化、全景分析可視化的需求，完成不同策略下光儲充資源之間的靈活互動與經濟運行，為用戶降低能源成本，提高微電網運行效率。AcrelEMS 智慧能源管理平臺可以接受虛擬電廠的調度指令和需求響應，是虛擬電廠平臺的企業級子系統。

圖1 AcrelEMS 智慧能源管理平臺主界面

3.2平臺結構

系統覆蓋企業微電網“源-網-荷-儲-充”各環節，通過智能網關采集測控裝置、光伏、儲能、充電樁、常規負荷數據，根據負荷變化和電網調度進行優化控制，促進新能源消納的同時降低對電網的至大需量，使之運行安全。

圖2 AcrelEMS 智慧能源管理平臺結構

3.3平臺功能

3.3.1.能源數字化展示

通過展示大屏實時顯示市電、光伏、風電、儲能、充電樁以及其它負荷數據，快速了解能源運行情況。

3.3.2.優化控制

直觀顯示能源生產及流向，包括市電、光伏、儲能充電及消耗過程，通過優化控制儲能和可控負載提升新能源消納，削峰填谷，平滑系統出力，并顯示優化前和優化后能源曲線對比等。

3.3.3.智能預測

結合氣象數據，歷史數據對光伏、風力發電功率和負荷功率進行預測，并與實際功率進行對比分析，通過儲能系統和負荷控制實現優化調度，降低需量和用電成本。

3.3.4.能耗分析

采集企業電、水、天然氣、冷/熱量等各種能源介質消耗量，進行同環比比較，顯示能源流向，能耗對標，并折算標煤或碳排放等。

3.3.5.有序充電

系統支持接入交直流充電樁，并根據企業負荷和變壓器容量，并和變壓器負荷率進行聯動控制，引導用戶有序充電，保障企業微電網運行安全。

3.3.6.運維巡檢

系統支持任務管理、巡檢/缺陷/消警/搶修記錄以及通知工單管理，并通過北斗定位跟蹤運維人員軌跡，實現運維流程閉環管理。

3.4設備選型

除了智慧能源管理平臺外，還具備現場傳感器、智能網關等設備，組成了完整的“云-邊-端”能源數字化體系，具體包括高低壓配電綜合保護和監測產品、電能質量在線監測裝置、電能質量治理、照明控制、充電樁、電氣消防類解決方案等，可以為虛擬電廠企業級的能源管理系統提供一站式服務能力。

名稱	圖片	型號	功能	應用
中高壓微機保護裝置		AM6、AM5SE	實現110kV至10kV回路的保護、測量和自動控制功能	110kV、10kV回路斷路器
電能質量在線監測裝置		APView500	集諧波分析/波形采樣/電壓閃變監測/電壓不平衡度監測等穩態監測、電壓暫降/暫升/短時中斷等暫態監測、事件記錄、測量控制等功能為一體，滿足A級電能質量評估標準，能夠滿足110kV及以下供電系統電能質量監測的要求。	110kV、35kV、10kV、0.4kV
防孤島保護裝置		AM5SE-IS	防止分布式電源并網發電系統非計劃持續孤島運行的繼電保護措施，防止電網出現孤島效應。裝置具有低電壓保護、過電壓保護、高頻保護、低頻保護、逆功率保護、檢同期、有壓合閘等保護功能。	110kV、35kV、10kV、0.4kV
動態諧波無功補償系統		AnCos*/*-G Ⅰ型	同時具備諧波治理、無功功率線性補償與三相電流平衡治理和穩定電壓的功能,響應時間快，精度高、運行穩定，能根據系統的無功特性自動調整輸出，動態補償功率因數；	0.4kV電能質量治理
多功能儀表		APM520	全電力參數測量、復費率電能計量、四象限電能計量、諧波分析以及電能監測和考核管理。 接口功能：帶有RS485/MODBUS協議	并網柜、進線柜、母聯柜以及重要回路
多功能儀表		AEM96	具有全電量測量，諧波畸變率、分時電能統計，開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出。	主要用于電能計量和監測
電能表		DTSD1352	具有全電量測量，電能統計，80A內可直接接入，導軌安裝。	低壓配電箱
物聯網儀表		ADW300W	主要用于計量中低壓配電的三相電氣參數，采集狀態量并控制斷路器，可靈活安裝于配電箱內，自帶開口式互感器，可實現不停電安裝，具備RS485、4G、LoRaWan無線通信功能，適用于配電系統數字化改造。	微電網數字化改造
物聯網儀表		ARCM300	三相交流電能計量、漏電電流測量、諧波分析、4路溫度采集功能，通過對配電回路的剩余電流、導線溫度等火災危險參數實施監控和管理，可采集狀態量或控制斷路器，具備RS485通訊或4G通訊功能。	微電網電氣消防和數字化改造
直流電能表		DJSF1352-RN	可測量直流系統中的電壓、電流、功率以及正反向電能等，配套霍爾傳感器(可選)。	直流計量
馬達保護		ARD3M	電動機保護控制器，適用于額定電壓至 660V 的低壓電動機回路，集保護、測量、控制、通訊、運維于一體。其完善的保護功能確保電動機安全運行，強大的邏輯可編程功能可以滿足各種控制要求，多種可選配的通訊方式適應現場不同的總線通訊需求。	電機保護控制
智慧斷路器		ASCB1LE-63-C63-4P/Z4G	三相智能微型斷路器，具備普通微斷保護和控制功能，同時具備電流、電壓、功率、電能測量功能，支持漏電保護和用電行為特征識別，支持遠程控制，4G通訊。	末端配電
防火限流式保護器		ASCP200-63D	可實現短路限流滅弧保護、過載限流保護、過/欠壓保護、漏電監測、線纜溫度監測、內部超溫限流保護等，電流0-63A，RS485通訊	末端配電保護
遙信遙控單元		ARTU100	具備開關量采集和繼電器輸出控制功能，導軌式安裝，485通訊，可實現斷路器或接觸器的遠程控制和狀態量采集。	狀態量采集和控制輸出
電動汽車充電樁		AEV200-DC60S AEV200-DC80D AEV200-DC120S AEV200-DC160S	輸出功率160/120/80/60kW直流充電樁，滿足快速充電的需要。	充電樁運營和充電控制
智能網關		ANet-2E4SM	邊緣計算網關，嵌入式linux系統，網絡通訊方式具備Socket方式，支持XML格式壓縮上傳，提供AES加密及MD5身份認證等安全需求，支持斷點續傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協議	電能、環境等數據采集、轉換和邏輯判斷
開口式電流互感器		AKH-0.66/K	AKH-0.66K系列開口式電流互感器安裝方便，無須拆一次母線，亦可帶電操作，不影響客戶正常用電，可與繼電器保護、測量以及計量裝置配套使用。	交流電流采集轉化
霍爾傳感器		AHKC	霍爾電流傳感器主要適用于交流、直流、脈沖等復雜信號的隔離轉換，通過霍爾效應原理使變換后的信號能夠直接被AD、DSP、PLC、二次儀表等各種采集裝置直接采集和接受，響應時間快，電流測量范圍寬精度高，過載能力強，線性好，抗干擾能力強。	直流電流采集轉化
智能剩余電流繼電器		ASJ	該系列繼電器可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式的剩余電流動作保護器，主要適用于交流50Hz，額定電壓為400V及以下的TT或TN系統配電線路，防止接地故障電流引起的設備和電氣火災事故，也可用于對人身觸電危險提供間接接觸保護。	剩余電流采集，防止接地故障

安科瑞系統解決方案還包含電力運維云平臺、能源綜合計費管理平臺、環保用電監管云平臺、充電樁運營管理云平臺、智慧消防云平臺、電力監控系統、微電網能量管理系統、智能照明控制系統、電能質量治理系統、電氣消防系統、隔離電源絕緣監測系統等系統解決方案，覆蓋企業微電網各個環節，打造準確感知、邊緣智能、智慧運行的企業微電網智慧能源管理系統。

3.5安科瑞充電樁云平臺系統功能

3.5.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、充電樁故障等進行統計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

作者介紹：

徐悅，女，安科瑞電子商務有限公司，從事電氣相關物聯網系統研發工作，郵箱:2885206556@qq.com，手機：18702111076（微信同號），QQ:2885206556