虛擬電廠實現(xiàn)標準化通信和控制

作為發(fā)電與供暖系統(tǒng)、用電設(shè)備及儲能設(shè)備之間的轉(zhuǎn)換器，未來VHPready 應(yīng)該能確保房屋保持溫暖，燈處于打開狀態(tài)。該標準是由Vattenfall于2010年開發(fā)的，現(xiàn)在已準備好登上國際舞臺。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，是因為其從一開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。自十九世紀末期以來，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)并沒有發(fā)生任何改變。發(fā)生巨大改變的是完成這項任務(wù)所依據(jù)的一般條件。在能源轉(zhuǎn)型過程中，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，因為太陽和風(fēng)不能持續(xù)產(chǎn)生能量，反而會有巨大波動。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。

虛擬電廠

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存過剩的電力。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言各不相同，因此彼此之間無法進行有效溝通。

因此，Vattenfall從一開始就設(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，還同時開發(fā)了首個虛擬電廠，即VHPready (Virtual Heat and Power Ready)。作為轉(zhuǎn)換器，該開源通信標準可以確?？刂浦行暮头植际较到y(tǒng)能互相理解。VHPready將不同通信協(xié)議的對象和變量標準化，并對其進行顯式聲明。不再是每個系統(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)點列表的預(yù)定義配置文件進行通信。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)時間）。這樣可以確?？刂葡到y(tǒng)具有使用計劃表和時間表的可能。因此，控制中心能夠?qū)?4小時之內(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。 

有望成為國際標準

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)的檢查和測試方法，從而幫助取得認證并夯實發(fā)展基礎(chǔ)。合作的最新成果就是預(yù)計于2016年發(fā)布的最新版本標準，即VHPready 4.0。VHPready 4.0將為完整、成熟的虛擬電廠的自動化網(wǎng)絡(luò)提供標準，并且擁有成為國際標準的潛力。另一個國際標準是前一年在北美確立的OpenADR。作為現(xiàn)有能源的一個功能和一種維持網(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，OpenADR主要是應(yīng)對電力缺乏，而在德國，VHPready旨在控制過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、儲存設(shè)備和用電設(shè)備都使用同一種語言。

WAGO采用VHPready

通過使用遠動控制器（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首個虛擬電廠的成功實施。Vattenfall選擇WAGO的自動化技術(shù)，是因為使用可編程、靈活且可根據(jù)IEC 60870-5-104或IEC 61850進行通信的控制器對其虛擬電廠至關(guān)重要。 

除了高性能之外，WAGO的緊湊型模塊化遠動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大部分現(xiàn)場技術(shù)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接器。通過使用串聯(lián)的數(shù)字量和模擬量輸入和輸出模塊，以及500多個其他功能模塊，WAGO能夠保證對虛擬電廠的系統(tǒng)控制進行完善的管理。  　　

在開發(fā)VHPready規(guī)范時，WAGO尤其重視數(shù)據(jù)安全性。以VHPready 4.0版本為開端，基于TCP/IP并面向信號的IEC 60870-5-104遠動協(xié)議，或者另一個基于TCP/IP并面向目標的IEC 61850-7-420方法，構(gòu)成了WAGO遠動控制器的通信基礎(chǔ)。為了確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，控制器會使用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)。并會使用SNTP/NTP（簡單網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)時間協(xié)議）來實現(xiàn)時間同步。WAGO PLC能夠直接通過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)運營商輸送輔助平衡電力時的IT安全性要求，還根據(jù)BDEW白皮書的要求強化了系統(tǒng)。