虛擬電廠實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化通信和控制
作為發(fā)電與供暖系統(tǒng)、用電設(shè)備及儲(chǔ)能設(shè)備之間的轉(zhuǎn)換器，未來(lái)VHPready 應(yīng)該能確保房屋保持溫暖，燈處于打開(kāi)狀態(tài)。該標(biāo)準(zhǔn)是由Vattenfall于2010年開(kāi)發(fā)的，現(xiàn)在已準(zhǔn)備好登上國(guó)際舞臺(tái)。作為硬件供應(yīng)商，WAGO是首批集成商之一。
電力網(wǎng)絡(luò)之所以如此命名，是因?yàn)槠鋸囊婚_(kāi)始就是真正意義上的網(wǎng)絡(luò)，而不是現(xiàn)在的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)物。自十九世紀(jì)末期以來(lái)，在電力線路、架空線路、地下電纜、配電站與變電站以及與之相連接的發(fā)電站和用電設(shè)備的幫助下，電力網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)可以為工業(yè)用戶和個(gè)人家庭用戶供電。
平衡供電網(wǎng)絡(luò)絕非易事：需要協(xié)調(diào)參與者以使網(wǎng)絡(luò)中的頻率和電壓參數(shù)保持平穩(wěn)。直到現(xiàn)在，電力網(wǎng)絡(luò)的根本任務(wù)并沒(méi)有發(fā)生任何改變。發(fā)生巨大改變的是完成這項(xiàng)任務(wù)所依據(jù)的一般條件。在能源轉(zhuǎn)型過(guò)程中，數(shù)量不斷增加的可再生能源系統(tǒng)將其能量送入電力網(wǎng)絡(luò)。而這種輸送十分不穩(wěn)定，因?yàn)樘?yáng)和風(fēng)不能持續(xù)產(chǎn)生能量，反而會(huì)有巨大波動(dòng)。因此維持電力供應(yīng)與消耗之間的平衡這一挑戰(zhàn)變得更加復(fù)雜。
早在2010年，Vattenfall
Europe W?rme
AG就成為首批為這一挑戰(zhàn)尋找解決方案的公司之一。他們的想法就是建立虛擬電廠。通過(guò)這種方法，具有可控用電設(shè)備的分散的小型發(fā)電裝置（例如帶熱泵的熱電聯(lián)產(chǎn)廠）就可以建立靈活、可控的聚合系統(tǒng)，并且還能以熱能形式儲(chǔ)存過(guò)剩的電力。目前，將很多分散的發(fā)電裝置和可控用電設(shè)備整合到一起的配置就像“巴別塔”一樣
。所有參與者使用的語(yǔ)言各不相同，因此彼此之間無(wú)法進(jìn)行有效溝通。
因此，Vattenfall從一開(kāi)始就設(shè)法將虛擬電廠中聚合的控制和通信統(tǒng)一成一種通用規(guī)范。如此一來(lái)，還同時(shí)開(kāi)發(fā)了首個(gè)虛擬電廠，即VHPready
(Virtual Heat and Power
Ready)。作為轉(zhuǎn)換器，該開(kāi)源通信標(biāo)準(zhǔn)可以確保控制中心和分布式系統(tǒng)能互相理解。VHPready將不同通信協(xié)議的對(duì)象和變量標(biāo)準(zhǔn)化，并對(duì)其進(jìn)行顯式聲明。不再是每個(gè)系統(tǒng)都有自己特定的一套變量（之前就是這樣），VHPready借助使用顯式定義數(shù)據(jù)點(diǎn)列表的預(yù)定義配置文件進(jìn)行通信。除了通信，還定義了域特定定義（例如操作行為規(guī)范和反應(yīng)時(shí)間）。這樣可以確保控制系統(tǒng)具有使用計(jì)劃表和時(shí)間表的可能。因此，控制中心能夠?qū)?4小時(shí)之內(nèi)的控制參數(shù)發(fā)送到系統(tǒng)，保存為命令/設(shè)置/消息/文件。
有望成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)
自2014年2月起，已有40多家成員公司在VHPready
e.V行業(yè)論壇上開(kāi)展合作，共同制定通信網(wǎng)絡(luò)和能源控制的規(guī)范以及相關(guān)的檢查和測(cè)試方法，從而幫助取得認(rèn)證并夯實(shí)發(fā)展基礎(chǔ)。合作的最新成果就是預(yù)計(jì)于2016年發(fā)布的最新版本標(biāo)準(zhǔn)，即VHPready
4.0。VHPready 4.0將為完整、成熟的虛擬電廠的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)提供標(biāo)準(zhǔn)，并且擁有成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的潛力。另一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)是前一年在北美確立的OpenADR。作為現(xiàn)有能源的一個(gè)功能和一種維持網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的方法，OpenADR側(cè)重于減少消耗。與之相反，VHPREADY關(guān)注的是虛擬電廠的通信以及輔助平衡電力的輸送。兩種解決方案的不同源自相應(yīng)位置能源環(huán)境的差異。在美國(guó)，OpenADR主要是應(yīng)對(duì)電力缺乏，而在德國(guó)，VHPready旨在控制過(guò)剩能量和可再生能源的并網(wǎng)。
借助VHPready，智能電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)存設(shè)備和用電設(shè)備都使用同一種語(yǔ)言。
通過(guò)使用遠(yuǎn)動(dòng)控制器（可作為分布式系統(tǒng)與供熱控制中心之間的控制和通信裝置），WAGO已經(jīng)能夠支持Vattenfall首個(gè)虛擬電廠的成功實(shí)施。Vattenfall選擇WAGO的自動(dòng)化技術(shù)，是因?yàn)槭褂每删幊獭㈧`活且可根據(jù)IEC 60870-5-104或IEC 61850進(jìn)行通信的控制器對(duì)其虛擬電廠至關(guān)重要。
除了高性能之外，WAGO的緊湊型模塊化遠(yuǎn)動(dòng)控制器還提供多種協(xié)議，例如PROFIBUS、CAN、
BACnet或MODBUS。因此可在虛擬電廠中充當(dāng)大部分現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接器。通過(guò)使用串聯(lián)的數(shù)字量和模擬量輸入和輸出模塊，以及500多個(gè)其他功能模塊，WAGO能夠保證對(duì)虛擬電廠的系統(tǒng)控制進(jìn)行完善的管理。 在開(kāi)發(fā)VHPready規(guī)范時(shí)，WAGO尤其重視數(shù)據(jù)安全性。以VHPready
4.0版本為開(kāi)端，基于TCP/IP并面向信號(hào)的IEC 60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)協(xié)議，或者另一個(gè)基于TCP/IP并面向目標(biāo)的IEC
61850-7-420方法，構(gòu)成了WAGO遠(yuǎn)動(dòng)控制器的通信基礎(chǔ)。為了確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕刂破鲿?huì)使用SSL/TLS連接（安全套接層、傳輸層安全協(xié)議）在OpenVPN基礎(chǔ)上建立虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)。并會(huì)使用SNTP/NTP（簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議）來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。WAGO
PLC能夠直接通過(guò)OpenVPN或IPsec建立VPN通道，從而將加密數(shù)據(jù)傳送到控制中心，同樣也能從控制中心接收加密數(shù)據(jù)。因此，WAGO不僅滿足了輸電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商輸送輔助平衡電力時(shí)的IT安全性要求，還根據(jù)BDEW白皮書的要求強(qiáng)化了系統(tǒng)。
