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1、基于虚拟电厂的物联网关键技术解决方案*tf*.!7!Sl.Ul,i,主要内容分层集群新型电力系统虚拟电厂的电力物联网关键技术虚拟电厂的通信与安全挑战前景展望主要内容分层集群新型电力系统一虚拟电厂的电力物联网关键技术虚拟电厂的通信与安全挑战前景展望战略支持2020年9月2020年9月，习近平主席在七十五届联合国大会一般性辩论上宣布，“二氧化碳排放力争于j2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。2021年3月2021年3月，中央财经委员会第九次会议提出，“实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统”。1._二-：2022年4月；2022年4月，中央财
2、经委员会第十一次会议提出“发展分布式智能电网，建设一批新型绿色低碳能源基地”。2022年10月2022年10月，习近平总书记在党的二十大报告提出“深入推进能源革命，加强煤炭清洁高效利用，加大油气资源勘探开发和增储上产力度，加快规划建设新型能源体系”。1.J战略支持2021年11月，工业和信息化部印发“十四五”信息通信行业发展规划1、规划内容规划围绕建设新型数字基础设施、拓展数字化发展空间、构建新型行业管理体系、加强网络安全保障体系和能力建设、跨地域跨行业统筹协调方面提出了261页发展重点和21个工程。2、规划总体目标到2025年，信息通信行业整体规模进一步壮大，发展质量显著提升，基本建成高速泛
3、在、集成互联、智能绿色、安全可靠的新型数字基础设施，创新能力大幅提高，新兴业态蓬勃发展，赋能经济社会数字化转型升级的能力全面提升。3、规划支持电力物联网技术创新发展（节选）规划在“新型数字基础设施建设”方面提出5项重点任务，包括全面部署5G、千兆光纤网络、IPV6、移动物联网、卫星通信网络等新一代通信网络基础设施，统筹优化数据中心布局，构建绿色智能、互通共享的数据与算力设施，积极发展工业互联网和车联网等融合基础设施加快构建并形成以技术创新为驱动、以新一代通信网络为基础、以数据和算力设施为核心、以融合基础设施为突破的新飒字基础设施体系。推进移动物联网全面发展。推动存量2G/3G物联网业务向NB-
4、IoT4G（含LTEYatl,即速率类别1的4G网络）5G网络迁移，构建低中高速移动物联网协同发展综合生态体系。按需完善NBToT网络部署，在交通路网、城市管网、工业园区、现代农业示范区等有需求场景提升深度覆盖水平。支持4G（含LTECatl）发展，满足中等速率物联需求和话音需求。加快5G海量机器类通信（mMT。应用场景网络建设，满足高速率、低时延联网需求。构建互通共享的数据基础设施。鼓励构建行业级、城市级大数据平台，汇聚政务、行业和城市管理等数据资源，强化数据采集、数据存储、加工处理、智能分析等能力。推动建设公共数据共享交换平台、大数据交易中心等设施，促进数据开放共享和流通交易。构建多层次的
5、算力设施体系。加快算力设施智能化升级，推进多元异构的智能云计算平台建设，增强算力设施高速处理海量异构数据和数据深度加工能力。深入推进云网协同，促进云间互联互通，实现计算资源与网络资源优化匹配、有效协同，推动计算资源集约部署和异构云能力协同共享，提高计算资源利用率。协同推进社会生活新型基础设施部署。支持基础电信企业利用物联网、网络切片等技术与电网企业合作建设智能电力物联网。分布式能源与可再生能源定义国际能源署(International Energy Agency, IEA) 将接入配 电网或位于负荷中心附近 的天然气分布式能源、分 布式可再生能源，以及分 布式储能、需求侧响应和 能效技术等均纳
6、入分布式 能源(DER)的范畴。,日本分布式项目以冷热电联供和太阳能光伏发电为主，分布式发电总装机容量约3600万kW,占全国总量的13.4%o丹麦在Bornholm示范工程中面向居民商业用户实施的实时电力市场，配电网向各分布式电源聚合商下发实时价格。美国PJM允许负荷削减服务商(CUrtailmentserviceprovider,CSP)参与其容量市场。目标：我国将提高国家自主贡献力度，力争二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。，举措：实施可再生能源替代行动，改革电力体制，构建以新能源为主体的新型电力系统。X二十大精神：加快规划建设新型能源体系，确保能源安
7、全。千乡万村驭风计划-、“双碳”目标千乡万村沐光行动分层集群新型电力系统研究背景新能源并网给 电力系统运行 稳定带来影响新型电力系统下系统稳定控制的结构性困境日趋明显，迫切需要新型系统拓扑的协同控制参与电网动态响应，提升大电网运行安全水平研究分层集群的新型电力系统重点运行与控制电源侧、电网侧与负荷侧分布式资源协同控制,集群端对端交易、调频辅助服务、虚拟电厂交易等分层集群新型电力系统三层网络架构价值共创物理实现（麦克斯韦方程组、基尔霍夫定律、牛顿运动 定律、纳维-斯托克斯方程、热力学/传热学定 律等物理学规律）（价值规律）网络信息网络（信息、通信、优化、控制等相关规律）能量网络信息调控电力与能源
8、的商品交易及价值共创基于ICE技术对能源生产、储运和利用进行调控能源的生产、储运和利用-T赌基于电网、热网、气网等网络进行随着新型电力系统、综合能源、电力电子和数字化等技术的发展和应用，新型能源体系将呈现出“能量TS息一价值”三层网络架构的形态。大电网能源资源大范围优化配置枢纽平台的主体作用不变，但对其优化配置的灵活、高效能力要求将极大提高输电网与配用电网络的关系由主从依附转变为相互支撑主动配电网以分布式电源和用户为主体的分布式电网广泛存在，形成具有供需平衡能力的电力交换网络，电力用户实现灵活互动用电侧建立以电力为枢纽的电/冷/热/气/储等综合能源耦合网络，实现终端能源消费结构的优化管理与灵活
9、互济主动配电网集群X区填输电系统集群*最终实现:大电网微电网 集群X区域输电 系统集群y微电网 集群y主动配 电网集群y分布式区域输电 系统集配主动配电 网集群源系统,电动汽车集群储耗微网层集群聚合商来网综合能消纳新能源电力以新能源为主体分层集群新型电力系统研究问题高动态、高维度、多智能主体、分布式建模/分析/优化/控制问题研究理论基础协同控制理论口微分博奔理论口信息和通信前沿理论口连续时间商品模型电力理论口电力市场设计学充分调动各调节资源进行合理、自主、协同、智能地参与系统控制研究可再生能源系统多资源协同控制的基础配套的定价和市场机制足够合理才能保证各调频资源踊跃充分参与系统控制负荷侧多资源
10、协同新能源电力系统动态特性分析与评估 集群的形成与组成成分 大电网、主动配电网与微电网之间的层级区分 形成带有激励机制的辅助服务市场，充分调动分布式能源参与系统调节的积极性 建立多层级集群电力市场机制的可行性 系统运行状态与动态调节能力在线监测 高动态、高维度、多智能主体、分布式控制问题 电力物联网使能负荷侧参与能量交易的建模与控制 需求侧灵活资源、储能和可再生能源发电参与能量交换的个体与集群的优化控制研究 能量资源内部多主体的相互协调 信息物理系统的融合与隐私安全掌握各种可再生能源与负荷的并网特性及调节能力,作为多类型资源参与系统稳定运行研究的基础分布式可再生能源系统的调节能力评估集群电动汽
11、车的建模与控制 虚拟电厂交易机制 分布式储能的交易机制 柔性负荷参与集群能量调节的建模与控制主要内容分层集群新型电力系统虚拟电厂的电力物联网关键技术虚拟电厂的通信与安全挑战前景展望电力物联网的三重含义 “物联网+”电力（自动化科学视角）物联网技术（LPWAN、5G等）在电力行业的应用，作为传统电力信息化、自动化的延伸，其主要作用是获取尚未覆盖的边缘数据，并应用于电力系统规划、运行与控制。 “电力+”物联网（数据科学视角）通过物联网技术获取电力用户用电数据，通过数据科学方法可以处理用电数据中所包含的大量有价值的社会经济信息，并为各行各业提供决策支撑。 “电网即物联网”（通信科学视角）即基于电力线
12、通信（PLC）的物联网技术，利用电力线作为通信介质（如宽带电力线载波HPLC）,网随电通，可传输其他非电气量数据（如水、电、气、热四表合一集抄）。虚拟电厂赋能新型电力系统建设波动性随机性广东某风电场短期预测与实测曲线对比间歇性广东某海上风电低出力持续超7天安员别景浆器界景浆员品量地发员景地员员景Nm06K02FPPPRFPRKNR虚拟电厂是新型电力系统不可或缺的重要组成部分新型电力系统中，新能源随机性、间歇性和波动性特性引起供需平衡困难，频率稳定问题突出,仅依靠传统电厂的调节能力难以应对，迫切需要唤醒需求侧沉睡的资源。虚拟电厂赋能新型电力系统建设能量市场交易中心调频市场备用市场调度中心执行反馈
13、:一虚拟电厂B 一；（1,N交易出清数据监测调节目标终满3交易申报”艇L信息将T 分离-汇聚”需求发布虚拟电厂是一种通过先进信息通信技术和软硬件系统，实现分布式发电、储能系统、可控负荷、电动汽车等分布式能源资源的聚合和协同优化，以作为一个具有“源-荷”双重身份的特殊电厂参与电力市场交易和电网运行，实现“能量-三息询值”三流”分离-汇聚”。虚拟电厂赋能新型电力系统建设价值实现：能源共享、泛在智能、绿色低碳4gM分布式协同调控运行L二栏”规模化灵活资源虚拟电厂Wy分布式调控策略和运行控制技术分布式可信交易平台Po基于区块链的安全，、分散、可信的交易技术、大规模终端访问认证承载通信控制系统海M端我交
14、互技术多层级聚合管理体系何 !P*-一期空、多能量尺度电力互联互通分布式电源、储能及可调负荷等灵活资源具有容量小、种类多、参数各异、点多面广等特点，虚拟电厂需要依靠安全、强大的通信网络实现灵活资源多层级聚合管理、端对端的可信能源交易和“源-网-荷-储”协同调控运行。虚拟电厂的三层网络架构调度中心调度系统信息流交易流:区块链全节点.区块随轻节点8加密模块时延测量控制模块同色智能交互终端动态聚合为同色的虚拟电厂有线电网MEC无线局域网有线同域网CAN三l:交易流纵向控制流虚拟电厂生产单元（快速调频+调峰）虚拟电厂生产单元（调峰）|虚报电厂生产单元（调峰）；调控中心4fr雌VPPlVPP2广域网维端
15、区块链区块链VPP3VPPn互联网智能网关有线局域网/5G信息采集流横向控制流丁，一 ； 一 T纵向通信方式包括：5G,光纤专网，虚拟专网，互联网J横向通信方式包括：有线/无线局域网，5G,光纤专网，虚拟专网，互联网以及异构网络互通J海量异构终端的通信连接是虚拟电厂协调控制的关键环节，本质上即为电力物联网，形成复杂异构通信网络。虚拟电厂是实现电力物联网泛在感知，解决用户侧“最后一公里”通信问题的突破口之一。智能交互终端的通信接入方式应因地制宜，根据通信性能与通信距离需求合理选择通信技术，进一步推进虚拟电厂通信网络深度覆盖。J有线网络端到端时延较小，且技术成熟，但部署比较困难。4G、窄带物联网（
16、LPWAN）等无线网络时延及确定性保障不足，难以承载虚拟电厂的快速控制类业务。5G技术提供了高速、低延迟的通信网络，可以支持虚拟电厂中各种设备之间的实时通信和数据传输，是虚拟电厂物联网通信的良好解决方案。4S14S)虚拟电厂的信息网络（信息视角）虚拟电厂是信息网络与能量网络高度结合的大规模、复杂的高维的动态系统。随着传感技术的不断发展，智能交互终端需要采集的数据变得更加多元化、小型化、数据数量更为庞大。但鉴于虚拟电厂系统的高维特性，通常很难有足够的传感器节点，使得系统完全可观测。在经典的分布式感知问题中，一组分散的传感器节点观测环境的状态信息，传感器将自身观测结果的部分信息传输至融合中心，由融
17、合中心对环境的状态进行估计。节点通信能力不足电力供应不足中心式算法安全性不够系统鲁棒性不够保密性更强.鲁棒性更强：节点可以随时进出网络均匀分配计算和通信负担虚拟电厂的信息网络(信息视角)子计算单元1主计算单元子计算单元2(a)分层式结构子计算单元1子计算单元2子计算单元4(b)分布式结构分区用计算理亿m分层一虚拟电厂负佝聚台商焜极化灵活资源负荷聚合商负荷聚合商虚拟电厂A虚拟电厂B!*虚拟电厂C负荷聚台商2虚拟电厂分层分区动态聚合虚拟电厂的业务数据多样，且灵活资源运行状态多变，对数据处理和计算能力要求较高。分布式状态估计(DSE)可以避免繁杂的海量数据集中式处理，提高数据并发处理效率，如联邦学习
18、等分布式学习框架，可以在兼顾各方数据隐私(数据“可算不可见”)的基础上实现虚拟电厂内部资源的分层分区动态优化聚合和集群响应能力量化分析。虚拟电厂的信息网络（控制视角）日前1天/次，生成次日24h计划，96个数据点日内15min次，生成4h计划，16个数据点优度&史前前调日化H虚拟电厂日前计划虚拟电厂日内优两池JNL化调度一交易？一 虚拟r电厂分区聚合实时5min次，生成15Inin计划，3个数据 占、；虚拟电厂.多厂实实时计划,时校正j一聚冢源报价整合坐日度内调一 厂前资源聚合用户报价数据采集J 由林收计 接前修正可 调能力 N I是否电网运 行方式发生 重大变化？厂时内校实正分布式交易I用户
19、资聚合商间厂内日 源聚合分布式交易”内调度数据采集资源实时一执行I数据采集偏差考核交易结果t虚拟电厂的信息网络（控制视角）采用集群智能等方法研究海量灵活资源多层级动态聚合互动的虚拟电厂多智能主体协同控制技术，实现虚拟电厂在多应用场景、复杂耦合、响应行为不确定条件下的快速响应与实时控制。呼，VQ三/(r),/)TO.Q,*rjA*A,Fl*l*ls;Qj2AA2七电n人博弈LQDG模型相比传统控制，本方法-rH频率恢复时间更快主要内容分层集群新型电力系统虚拟电厂的电力物联网关键技术虚拟电厂的通信与安全挑战前景展望、系统自忙【我看能源互联网】华南理工互联网一能源电力领域的共下济模式大学电力学院陈皓
20、勇，等：能源从2C的“尽力而为”到2B的“确定精准”上行大带宽低时延高可靠虚拟电厂电力通信网络确定性的两个关键:智能监控电力控制20ms99.999%10Gbps确定性通信网络方案大连接点多面广J测量：根据编排后的通道，进行测量，根据测量结果，确定链路是否需要再优化J保障：根据对网络的测量结果（历史测量数据），编排网络，形成信息通道确定性通信网络方案实现过程业幼腿业稣拆时延跨域精准分解资源资源调度2）识别业务，匹配目标调度通信网络4）识别场景，精准调度I.场景结果3）精准度量，闭环优化C=1）专网切片，定义业务，设定目标基本逻辑：从虚拟电厂业务应用场景出发，差异化满足业务承载需求;将通信通道的
21、时延不确定转化为确定,保障过程：先明确目标，充分保障；再识别场景，精准保障。虚拟电厂的通信与安全挑战（设备接入）终端防冒充、防异常操控ID分发中心爸发安全产线授权易以设备接入。保障过程：通过基于国秘算法和设备身份认证的安全接入技术，防止虚拟电厂终端被恶意操控或冒用。虚拟电厂的通信与安全挑战（恶意攻击）电力物联网数据中心事件数据威胁数据准入安全监测数据流量探针资产信息态势感知全景监测、主动预警、动态感知ODay木马漏洞威胁安全监测秘钥管理威胁情报终端监控准入管理短信通知S3邮件通知应用场景：虚拟电厂系统安防。保障过程：通过云边侧持续的流量监测、行为监控、漏洞扫描等技术，防止虚拟电厂系统被恶意攻击
22、反调。虚拟电厂的通信与安全挑战（数据保护）数据防篡改、防泄漏数据传输安全传输 数据签名数据使用数据销毁数据权限控制数据擦除动态脱敏数据权限收回操作审计OO数据采集数据清洗分级分类数据标识合规检查数据存储数据库加密数据备份数据库权限数据库审计证敏源滤换认脱溯过斓口态印容敲接静水内应用场景：虚拟电厂数据保护。保障过程：通过数据全生命周期加密和同态聚合等技术，实现虚拟电厂运维数据防篡改和泄漏。主要内容分层集群新型电力系统虚拟电厂的电力物联网关键技术虚拟电厂的通信与安全挑战前景展望互联网一能源电力领域的共下济模式/7力雕眺4E系统自忙【我看能源互联网】华南理工大学电力学院陈皓勇，等：能源O低成本替代火电、抽蓄和强配储能通过虚拟电厂代替新能源强配储能、火电调峰等，拓宽虚拟电厂盈利渠道的同时为系统提供备用，为电力市场风险管控提供新工具。电力物联网前沿技术应用的“沃土”虚拟电厂是电力物联网前沿技术应用的“沃土”，以具体应用场景促进电力物联网技术的突破创新，解决用户侧通信的“最后一公里”问题，实现海量分布式资源的泛在物联。G挖掘用户侧资源的灵活调节潜力通过价格和市场手段鼓励工业用户通过生产流程改造深入挖掘需求响应和灵活调节潜力，通过市场设计激发各类主体的参与意愿。I前景展望电网分布式风电分布式光伏储能电动汽车中央空调
