IEC TS 63189-22023 虚拟发电厂-第2部分使用案例标准立项发展报告

虚拟发电厂-第2部分：使用案例标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:VirtualPowerPlants-Part2:UseCases摘要关键词：虚拟发电厂；使用案例；IEC标准；分布式能源；电网集成；标准化Keywords:VirtualPowerPlant;UseCases;IECStandard;DistributedEnergyResources;GridIntegration;Standardization1.引言1.1标准化需求背景全球气候变化问题日益严峻，能源结构加速向清洁低碳方向转型。国际能源署（IEA）发布的《全球能源部门2050净零排放路线图》明确指出，到2030年全球可再生能源发电量占比需达到60%以上。与此同时，分布式光伏、风电、储能系统、电动汽车及柔性负荷等分布式能源资源（DistributedEnergyResources,DER）的规模化接入，对传统电力系统的规划、运行和控制模式构成了深刻挑战。虚拟发电厂（VirtualPowerPlant,VPP）通过先进的信息通信技术和智能控制算法，将地理位置分散、容量各异、特性不同的分布式能源资源进行聚合和协调优化，作为一个整体参与电力系统运行和电力市场交易。据统计，截至2023年底，全球已投运的虚拟发电厂项目超过200个，覆盖总装机容量超过30GW。然而，由于缺乏统一的技术标准，各厂商和运营商在功能定义、接口协议、数据模型和安全机制等方面各成体系，系统间互操作性差，严重制约了虚拟发电厂的大规模推广应用。1.2标准制定必要性在虚拟发电厂技术领域，国际上尚无统一的术语定义、功能架构和用例规范。这种标准化缺失带来了一系列问题：一是不同设备厂商和系统集成商的产品接口不兼容，系统集成成本居高不下；二是电力调度机构和市场运营主体难以对虚拟发电厂实施统一管理；三是跨区域、跨国境的虚拟发电厂合作面临技术障碍；四是缺乏规范的用例定义，导致合规性评估和工程验收缺乏统一依据。在此背景下，国际电工委员会第8技术委员会（IECTC8）于2018年启动了虚拟发电厂标准体系规划工作，决定制定IEC63189系列标准。其中，IECTS63189-1:2022《虚拟发电厂-第1部分：功能架构与需求》已先行发布，而IECTS63189-2:2023《虚拟发电厂-第2部分：使用案例》作为该系列标准的重要组成部分，聚焦于定义虚拟发电厂在实际应用中的典型使用场景，为系统的规划设计、工程实施和运行管理提供指导性规范。2.标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号|IECTS63189-2:2023||标准名称|虚拟发电厂-第2部分：使用案例||英文名称|VirtualPowerPlants-Part2:UseCases||标准状态|现行||发布机构|国际电工委员会（IEC）||技术委员会|IECTC8（电能供应系统）||ICS分类号|输电网和配电网综合||发布日期|2023年10月27日||发布年份|2023年||国别|国际组织||语言|英语||标准性质|技术规范（TechnicalSpecification,TS）|值得注意的是，IECTS63189-2:2023属于技术规范（TS）类型，而非国际标准（IS）。这反映了该标准的技术性质——虚拟发电厂领域仍处于快速发展阶段，选择以技术规范的形式发布有助于在保持标准权威性的同时，为后续技术演进预留灵活空间。按照IEC导则规定，技术规范发布后需在三年内进行复审，届时将根据技术成熟度决定是否转化为正式国际标准。3.编制过程与时间线3.1立项阶段2018年9月，IECTC8在韩国济州召开的全体会议上，正式通过了成立虚拟发电厂标准制定工作组的决议。工作组编号为TC8/WG4，由来自中国、德国、美国、日本、韩国、法国等主要成员国的专家组成。会议同时明确了VPP标准体系的总体框架，确定将IEC63189系列划分为多个部分分别制定，其中第2部分专门针对使用案例展开编制。3.2起草阶段2019年初，工作组成立了使用案例编写小组，由来自中国电力科学研究院和德国弗劳恩霍夫研究所的专家共同担任召集人。编写小组系统梳理了全球范围内虚拟发电厂的典型应用场景和运行模式，广泛征集各成员国的实践经验和技术需求。截至2019年底，编写小组共收集了来自12个国家的47个使用案例素材，经归纳整理和优化合并，最终形成了19个核心使用案例。3.3征求意见阶段2021年5月，工作组完成了标准草案（CommitteeDraft,CD），提交TC8各成员国征求意见。在为期三个月的意见征集期内，共收到来自9个国家的136条修改意见，涵盖用例描述准确性、技术参数合理性、术语一致性等方面。编写小组于2021年10月完成意见处理，形成了委员会最终草案（FinalDraft,FDTS）。3.4批准发布阶段2023年5月，IECTC8对IECTS63189-2最终草案进行投票表决，参与投票的成员国全票通过。2023年10月27日，IEC正式发布IECTS63189-2:2023。从立项到正式发布历时约五年，体现了国际标准制定过程的严谨性和充分协商性。同期，IECTS63189-1:2022（虚拟发电厂-第1部分：功能架构与需求）已于2022年先期发布，二者共同构成虚拟发电厂标准化体系的基础框架。4.标准核心内容4.1标准定位与框架IECTS63189-2:2023在IEC63189系列标准中扮演着承上启下的关键角色。第1部分定义了虚拟发电厂的功能架构和系统需求，而本部分在此基础上，以使用案例为切入点，将功能需求映射到具体应用场景中，为系统设计、工程实施和运行管理提供场景化的操作指引。标准整体遵循IEC62559-2规定的使用案例方法论，采用统一模板描述每个使用案例的参与者、前置条件、基本流程、备选流程和后置条件等要素。4.2使用案例体系结构标准构建了一个三维分类框架，从"应用领域、功能层次、交互对象"三个维度对虚拟发电厂的使用案例进行系统性归类和描述：-应用领域维度：涵盖输电网辅助服务、配电网运行管理、电力市场交易、用户侧能效管理等四大领域；-功能层次维度：包含资源聚合、协调优化、运行控制、计量结算等四个功能层次；-交互对象维度：覆盖电力系统运营商、市场运营机构、分布式资源所有者、终端用户及第三方服务商等五类交互对象。在这一分类框架下，标准详细定义了19个使用案例。从交互对象和功能定位来看，标准将使用案例划分为系统协调与调度、市场参与与交易、微电网集成与管理、分布式资源聚合与控制、智能运维与通信等五大类。每个使用案例均包含详尽的信息描述，包括参与者及其角色、目标与价值、前置条件、事件触发条件、基本操作流程、备选操作流程、信息交互需求以及非功能性需求（如响应时间、可靠性、安全性等）。这种规范化的描述方式不仅保证了各使用案例之间的一致性，也便于不同国家和地区根据自身实际进行裁剪适配。4.3关键技术要点解析标准的制定充分考虑了虚拟发电厂实际落地应用中的关键需求，其技术内涵可归纳为以下五个核心维度：-系统协调与调度：虚拟发电厂作为一个整体参与电力系统运行，必须与电网调度机构建立高效的协调机制。标准中关于参与输电网辅助服务和配电网协调运行的使用案例，明确规定了虚拟发电厂与系统运营商之间的信息交互内容和时序要求。在辅助服务场景中，VPP需要将聚合后的调节能力以标准化的信息模型上报调度机构，并在接收调度指令后，以秒级至分钟级的时间尺度完成功率调整。这一过程涉及可用容量评估、实时状态监测、指令分解与执行等多个环节，标准的明确定义为系统对接和工程实施提供了统一基线。-市场参与与交易：虚拟发电厂的核心价值之一在于使分散的分布式能源资源能够作为整体参与电力市场。标准中关于参与能量市场和辅助服务市场的使用案例，定义了VPP在市场申报、出清结算等环节的角色定位和信息交互要求，涵盖市场报价信息生成、中标结果接收、实际执行偏差处理及结算数据报送等要素。考虑到各国电力市场机制存在差异，标准采用了通用化的市场交互模型，并提供了适应不同市场规则的可扩展接口设计，从而保证了标准的广泛适用性。-微电网集成与管理：虚拟发电厂与微电网的关系是标准化讨论中的一个重点议题。标准将微电网视为VPP的一种特殊聚合单元，定义了VPP对微电网进行协调管理的使用案例。该案例明确了VPP与微电网控制系统之间的接口关系：在日常运行中，微电网在满足自身可靠性需求的前提下，向VPP提供可调度的富余容量；在电网故障等特殊情况下的孤岛运行期间，VPP与微电网的连接点断开，VPP不再对微电网内部进行功率调度，但可通过数据交互了解其状态变化，为后续恢复并网做好协调准备。-分布式资源聚合与控制：分布式资源的异构性是VPP实现有效聚合面临的核心挑战之一。标准中关于分布式资源聚合建模与协调控制的使用案例，为不同厂商、不同类型资源的技术兼容提供了统一的逻辑描述。标准明确了对光伏、风电、储能、可调负荷等多类资源的功率调节能力进行标准化建模的要求，提出了分层控制架构和指令分配策略的一般性描述。需要说明的是，标准并不规定具体的通信协议实现方式，而是聚焦于控制交互的逻辑功能要求，这一设计旨在适应未来通信技术的持续演进而避免标准过早过时。-智能运维与通信保障：虚拟发电厂包含大量分散部署的设备，其运维管理较传统集中式电厂更趋复杂。标准中关于虚拟发电厂运行状态监测与智能维护的使用案例，为设备健康管理、故障预警定位、远程诊断和检修计划优化等运维环节提供了规范化指导。4.4信息交互与安全要求虚拟发电厂的高效运行依赖多方主体之间频繁、可靠的信息交互。标准在各使用案例的信息交互需求分析中，重点考虑了以下方面：一是交互内容的标准化定义，包括功率调度指令、状态信息、市场交易数据、计量数据等各类信息的语义模型；二是交互时序的明确要求，不同应用场景对信息交互的实时性要求各异，需在设计中明确优先级和保障机制；三是信息安全的体系化考虑，标准强调在用例设计中建立涵盖终端安全、网络安全和数据安全的多层次防护体系，确保虚拟发电厂各类信息交互的机密性、完整性和可用性。5.参与制定单位介绍5.1主要起草单位IECTS63189-2:2023的制定汇聚了全球多个国家的技术力量。其中，中国电力科学研究院有限公司（简称"中国电科院"）作为IECTC8国内技术对口单位的核心支撑机构，在标准制定过程中发挥了重要作用。中国电科院是中国电力行业多学科、综合性的科研机构，成立于1951年，隶属于国家电网有限公司。该院长期从事电力系统规划、运行与控制、新能源并网、智能用电等领域的基础研究和应用技术研究，拥有新能源与储能运行控制国家重点实验室等国家级科研平台，在虚拟发电厂技术研究方面积累了丰富的理论成果和工程实践经验。5.2技术贡献在IECTS63189-2的编制过程中，中国电科院专家团队牵头承担了使用案例体系框架设计和核心用例编写的组织协调工作。团队系统梳理了中国在虚拟发电厂示范工程中的实践经验，特别是在可再生能源消纳、需求响应和辅助服务等方面的应用成果，将具有中国特色的应用场景和解决方案融入国际标准体系。具体而言，电科院专家主导编写了多个关键使用案例，涵盖虚拟发电厂参与调峰辅助服务、分布式储能聚合运行和电动汽车有序充电等场景，提出的分层聚合控制架构和资源能力描述模型被标准采纳。这些工作既反映了中国在虚拟发电厂领域的技术积累，也为全球虚拟发电厂标准化贡献了中国方案。6.标准关联与配套关系IECTS63189-2:2023并非孤立存在，它与多个国际标准和IEC63189系列内部标准之间存在密切的配套关系：6.1与IEC63189系列标准的内部关联-IECTS63189-1:2022《虚拟发电厂-第1部分：功能架构与需求》：第1部分定义了VPP的总体功能架构和系统级需求，第2部分通过具体使用案例对架构中各功能模块的应用场景进行细化展开。两部分标准的关系可以概括为"架构-场景"互相印证、互为补充。-IECTS63189-3（制定中）《虚拟发电厂-第3部分：信息模型与数据接口》：该部分将定义VPP的信息交互模型和数据接口规范，为第2部分所描述的各使用案例的实际部署和互联互通提供信息层面的标准支撑。6.2与相关国际标准的外部协调-IEC62746《电力系统及其相关领域-需求侧接口》系列标准：该系列标准定义了系统运营商与需求侧资源之间的接口协议。IECTS63189-2中关于VPP参与需求响应的使用案例与IEC62746系列标准形成衔接，确保标准之间的技术一致性。-IEC61850《电力自动化通信网络和系统》系列标准：作为电力系统自动化领域应用最广泛的通信标准体系，IEC61850为VPP中各类分布式资源的通信互联提供了底层协议支撑。-IEC62939《智能电网用户端接口》系列标准：该系列标准规定了用户侧设备与电网之间的接口要求，为VPP与用户侧资源的交互提供了参考框架。-IEC62325《能源市场通信框架》系列标准：针对VPP参与电力市场交易的使用案例，IEC62325提供了统一能源市场信息交互模型，两者在数据语义层面保持协调。-IEC62559《用例方法论》系列标准：IECTS63189-2的用例编写方法和模板遵循了IEC62559-2的统一要求，确保不同标准之间使用案例的编写风格和结构保持一致。6.3与其他组织的协调在标准编制过程中，IECTC8与ISO/IECJTC1（信息技术联合技术委员会）在数据模型和信息安全方面保持了必要的工作协调，同时与IEEE2030系列标准在分布式资源互操作框架方面进行了信息交换和意见协调。未来，随着IEC63189系列标准的逐步完善，将形成覆盖术语定义、功能架构、使用案例、信息模型、接口协议等完整链条的虚拟发电厂国际标准体系。7.标准意义与价值分析7.1行业影响IECTS63189-2:2023的发布对全球虚拟发电厂产业发展具有里程碑意义。它首次在国际层面建立了系统化的VPP应用场景框架，统一了使用案例的描述方法和构成要素。这不仅为设备制造商、系统集成商和电力运营企业提供了共同的技术语言，也为各国制定本国虚拟发电厂标准和政策提供了重要参考依据。7.2应用价值从实际应用角度，该标准的价值体现在多个层面：对于设备制造商，标准厘清了各类应用场景中的功能需求，有助于在研发阶段合理地确定产品功能边界；对于系统集成商和VPP运营商，标准提供的19个使用案例为系统的总体规划、功能设计和运营管理提供了可以直接参考的蓝本；