IEC TS 63189-12023 虚拟发电厂.第1部分体系结构和功能要求标准立项发展报告

虚拟发电厂第1部分：体系结构和功能要求标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Virtualpowerplants-Part1:Architectureandfunctionalrequirements摘要随着分布式能源资源（DER）的大规模接入和能源互联网技术的快速发展，虚拟发电厂（VirtualPowerPlant,VPP）作为整合分布式能源、实现灵活调度和参与电力市场交易的有效手段，已成为全球能源转型研究的热点。然而，虚拟发电厂系统的异构性、复杂性和跨域协同特性，对其体系架构设计和功能实现提出了严峻挑战，亟需统一的技术标准予以规范和引导。本报告基于国际电工委员会（IEC）于2023年9月26日正式发布的IECTS63189-1:2023《虚拟发电厂第1部分：体系结构和功能要求》技术规范，系统梳理了该标准的立项背景、编制历程、核心内容和关键技术要求。该标准从虚拟发电厂系统部署框架、通用体系架构、关键功能模块及接口要求等方面构建了完整的标准框架体系，填补了国际虚拟发电厂领域核心标准空白，对指导各国虚拟发电厂系统的规划、设计、建设和运营具有重要的引领作用。本报告还对该标准的技术内容进行了深入解读，分析了其主要创新点和实施要点，并对该标准的推广应用和未来发展趋势进行了展望，以期为国内相关标准研制和工程实践提供参考和借鉴。关键词：虚拟发电厂；IECTS63189-1；体系架构；功能要求；分布式能源资源；标准国际化；能源互联网AbstractWiththelarge-scaleintegrationofDistributedEnergyResources(DER)andtherapidadvancementofEnergyInternettechnologies,VirtualPowerPlants(VPP)haveemergedasacriticalsolutionforaggregatingdistributedenergyassets,enablingflexibledispatch,andfacilitatingparticipationinelectricitymarkettransactions,thusbecomingaprominentresearchfocusinglobalenergytransitionefforts.However,theheterogeneous,complex,andcross-domaincollaborativecharacteristicsofVPPsystemspresentsignificantchallengestotheirarchitecturaldesignandfunctionalimplementation,necessitatingunifiedtechnicalstandardsforregulationandguidance.Thisreportsystematicallyreviewsthebackground,developmentprocess,corecontents,andkeytechnicalrequirementsofIECTS63189-1:2023,"Virtualpowerplants-Part1:Architectureandfunctionalrequirements,"officiallypublishedbytheInternationalElectrotechnicalCommission(IEC)onSeptember26,2023.Thestandardestablishesacomprehensiveframeworkencompassingsystemdeploymentscenarios,generalarchitecture,keyfunctionalmodules,andinterfacerequirements,therebyfillingacriticalgapininternationalstandardizationforvirtualpowerplants.Thisreportfurtherprovidesanin-depthanalysisofthestandard'stechnicalcontents,highlightsitsprincipalinnovationsandimplementationconsiderations,andoffersforward-lookingperspectivesonitsapplicationandfuturedevelopment,aimingtoprovidevaluablereferencesfordomesticstandardizationeffortsandengineeringpractices.Keywords:VirtualPowerPlant;IECTS63189-1;Architecture;FunctionalRequirements;DistributedEnergyResources;StandardsInternationalization;EnergyInternet1引言1.1研究背景全球能源体系正经历一场以清洁低碳为特征的深刻变革。在“双碳”目标驱动下，风电、光伏等分布式可再生能源呈现爆发式增长态势，电动汽车、储能系统、可调负荷等新型用能设施大规模接入配电网，传统“源-网-荷”单向电力系统格局正加速向“源-网-荷-储”多元协同互动的新型电力系统演进。然而，分布式能源资源（DER）单体容量小、分布零散、出力波动性强、可控性差等特点，使得其在参与电网调度运行和电力市场交易时面临显著的“规模不经济”和“技术不可控”困境。虚拟发电厂技术应运而生。虚拟发电厂通过先进的通信技术、控制技术和信息处理技术，将地理位置分散的分布式发电、储能系统、可控负荷等异构资源进行聚合建模和协同优化，作为一个整体参与电网调度运行和电力市场交易，从而充分挖掘分布式资源的调节潜力，提高电网对新能源的消纳能力。近年来，全球范围内虚拟发电厂示范项目和商业化应用快速推进，各国纷纷将其纳入能源战略和电力体制改革的重要方向。然而，虚拟发电厂的快速发展也带来一系列标准化需求。由于不同厂商的虚拟发电厂系统在体系架构、接口协议、功能配置和信息模型等方面存在显著差异，导致系统间互联互通困难、设备即插即用难以实现、市场交易规则难以统一等问题日益突出，严重制约了虚拟发电厂技术的大规模推广和产业化发展。在这一背景下，制定统一的国际标准成为推动虚拟发电厂健康有序发展的紧迫任务。1.2标准立项的必要性与紧迫性虚拟发电厂标准化工作的紧迫性主要体现在以下方面：产业规模化发展的现实需求。全球虚拟发电厂市场规模持续快速扩大，根据相关研究机构预测，2023年全球虚拟发电厂市场规模已超过30亿美元，预计到2030年将突破100亿美元。产业规模的持续扩张呼唤统一的技术规范，以避免碎片化发展带来的资源浪费和系统孤岛。技术异构性带来的互联互通难题。虚拟发电厂涉及光伏、风电、储能、电动汽车、可控负荷、热电联产等多种异构资源，涉及电力电子、通信协议、智能控制、数据分析和市场交易等多个技术领域，异构系统间的互操作性问题尤为突出。统一架构标准是解决互联互通问题的根本途径。国际竞争格局下的标准话语权需求。虚拟发电厂作为能源互联网的关键组成部分，其国际标准制定直接关系到各国在该领域的产业竞争力和技术话语权。积极参与和主导国际标准制定，对维护国家利益和产业竞争力具有重要意义。国内标准体系建设的迫切需求。我国已发布多项虚拟发电厂相关标准，但尚未形成完整的标准体系，与IEC等国际标准的衔接也需进一步加强。推动IECTS63189-1等国际标准的国内转化，对完善我国虚拟发电厂标准体系具有重要价值。1.3国内外相关标准概况在国际标准层面，IEC已成立IECSC8B（分布式能源系统分技术委员会）专门负责分布式能源领域标准化工作，虚拟发电厂系列标准是该技术委员会的重点研究方向之一。IECTS63189-1:2023是该系列标准的首项成果，后续还将推出针对不同应用场景和功能需求的更多分册。在国内标准层面，中国电力企业联合会、全国电力设备状态维修与在线监测标准化技术委员会等机构已相继制定了GB/T42322-2023《虚拟发电厂总体导则》、GB/T42323-2023《虚拟发电厂调度运行信息交换技术规范》等国家标准，初步构建了虚拟发电厂国家标准的框架体系。此外，国家电网有限公司、南方电网有限责任公司等企业也发布了相关企业标准，为工程实践提供了有力支撑。然而，国内标准在体系架构、功能规范等顶层设计方面的深度和广度尚有不足，亟待吸收和借鉴IECTS63189-1等国际先进标准的技术成果。2标准编制概况2.1标准基本信息IECTS63189-1:2023《虚拟发电厂第1部分：体系结构和功能要求》是由国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）下属的IECSC8B（分布式能源系统分技术委员会）负责制定的技术规范（TechnicalSpecification,TS）。该标准于2023年9月26日正式发布，是IEC虚拟发电厂系列标准中的第一项标准，标准状态为现行有效。该标准采用IEC技术规范（TS）形式发布，属于IEC最接近正式国际标准的一类规范性文件。其标准编号IECTS63189-1:2023中，“63189”是IEC为该系列标准分配的标准号，“-1”表明该标准是该系列标准的第1部分，后续部分将分别涉及不同专题。标准的分类号为“输电网和配电网综合”，归口于IECSC8B“分布式能源系统分技术委员会”。标准语言为英语，采用电子版加密PDF格式发布，售价为1294元人民币（约合180美元）。2.2标准制定背景IECSC8B分技术委员会自成立以来，一直致力于分布式能源系统领域的国际标准化工作。随着虚拟发电厂技术的快速发展和广泛应用，IECSC8B于2019年正式启动虚拟发电厂标准制定计划，成立了专门的项目组开展体系架构和功能要求方向的预研。在标准制定过程中，项目组充分调研了全球虚拟发电厂技术发展现状和标准化需求，先后召开了多轮国际研讨会和工作组会议，广泛征集了各成员国和利益相关方的意见。来自中国、德国、美国、日本、韩国、法国等主要国家的专家积极参与了标准草案的讨论和编制工作。经过近四年的反复讨论、修改和完善，标准草案最终达成国际共识，于2023年顺利发布。2.3标准编制原则IECTS63189-1:2023在编制过程中遵循了以下核心原则：技术中立原则。标准仅规定虚拟发电厂系统的体系架构和功能要求，不对具体实现技术和产品方案做出限制，以利于不同类型的技术方案在该框架下实现兼容和互操作。适用性原则。标准充分考虑了不同国家和地区在电力系统结构、市场机制和监管政策方面的差异性，确保标准在全球范围内的广泛适用性。可扩展性原则。标准采用分层模块化的架构设计思路，各功能模块和接口定义具有良好的可扩展性和可裁剪性，能够适应不同规模和应用场景的需求。协调一致性原则。标准注重与IEC已发布的其它相关标准（如IEC61850、IEC61968、IEC62325等）之间的协调，避免重复和不一致。3标准主要内容解读3.1标准适用范围与定位IECTS63189-1:2023规定了虚拟发电厂系统体系结构和功能要求，适用于虚拟发电厂的规划、设计、建设和运营全过程。该标准可作为IECSC8B框架下虚拟发电厂系列标准的基础性文件，也可为各国制定虚拟发电厂国家标准提供技术参考。标准从系统视角出发，重点解决了以下关键问题：一是定义了虚拟发电厂系统的组成要素和边界，明确了系统与外部环境（包括上级电网、电力市场、气象服务等）的关系；二是建立了虚拟发电厂系统的通用体系架构，描述了系统的分层结构和各层功能定位；三是明确了虚拟发电厂系统的核心功能模块划分及各功能模块的能力要求；四是规定了系统内部关键接口及系统与外部系统之间的接口要求。3.2术语和定义标准明确界定了与虚拟发电厂相关的一组核心术语和定义，主要包括：虚拟发电厂（VirtualPowerPlant,VPP）：通过先进的通信技术和控制技术，将地理位置分散的分布式能源资源进行聚合管理和协调优化，作为一个整体参与电力系统运行和电力市场交易的实体或系统。分布式能源资源（DistributedEnergyResources,DER）：接入配电网或用户侧的小型发电装置、储能装置或可控负荷，包括分布式光伏、分散式风电、小型燃气轮机、储能系统、电动汽车充电设施和柔性负荷等。资源聚合器（ResourceAggregator）：负责从多个DER收集信息并将DER作为一个整体与虚拟发电厂系统其他部分进行交互的功能实体。虚拟发电厂运营者（VPPOperator）：负责虚拟发电厂系统整体运行管理和决策，对DER聚合体进行协调控制，并与外部系统进行交互的角色。此外，标准还对“DER聚合体（DERAggregate）”“可调度能力（DispatchableCapability）”“调节能力（RegulationCapability）”“并网点（PointofCommonCoupling）”等关键术语进行了明确定义，为统一理解和执行标准奠定了概念基础。3.3系统体系架构标准提出的虚拟发电厂系统体系架构是IEC63189系列标准的核心内容。该架构基于先进的软件架构理念，采用分层模块化设计方法，将虚拟发电厂系统划分为四个逻辑层次：资源层：资源层是虚拟发电厂系统的物理基础，包含各类分布式能源资源，如分布式光伏、小型风电、储能系统、电动汽车充电设施、可控负荷等。该层的主要功能是感知自身运行状态和外部环境信息，并根据上层指令执行相应的功率调节和运行控制操作。聚合层：聚合层是连接资源层与上层的桥梁，负责对分散的DER进行信息汇聚、能力评估、状态监测和统一建模。该层通过资源聚合器实现与DER的通信和控制接口适配，对上提供虚拟发电厂整体的运行能力和状态信息。决策控制层：决策控制层是虚拟发电厂系统的核心智能层，基于聚合层提供的全景信息和上级调度机构的指令，以人工智能算法为核心，对各类资源进行协同优化，生成最优控制策略和调度计划。该层承担着市场申报、优化调度、功率分配、电网辅助服务等核心功能，是虚拟发电厂实现“虚拟”整合价值的关键。交易层：交易层是虚拟发电厂与外部电力市场、电网调度机构和其它利益相关方进行信息交互和业务往来的接口层。该层涵盖市场参与、交易管理、结算管理等环节，负责将虚拟发电厂的调节能力转化为市场价值。各层之间通过标准化接口实现信息的双向流动和控制指令的逐级下发与执行，形成一个有机整体。该体系架构具有以下显著特点：松耦合架构设计使各层功能可独立演进升级；层次间标准化接口保证了不同厂商设备的即插即用；充分考虑了与现有电力系统架构和通信标准的兼容性。标准同时定义了虚拟发电厂的两种主要运行模式：独立运行模式和并网运行模式。其中，并网运行模式是主要运行模式，虚拟发电厂与上级电网协调运行，参与电网调度和电力市场交易；独立运行模式是特殊运行模式，虚拟发电厂在上级电网故障或孤立运行时，利用自身资源保障重要负荷供电。3.4功能要求标准对虚拟发电厂系统的功能要求进行了系统梳理和明确规定，核心功能模块涵盖以下几个方面：资源管理功能：包括接入管理、运行监视、状态评估和资源退役管理等能力，确保系统能够全面感知和管理各类DER资源，实现资源的全生命周期管理。具体而言，接入管理应对DER的系统接入信息进行登记和校验，并支持DER的即插即用接入；运行监视应对各类DER的关键运行参数和状态信息进行实时采集和展示，确保信息完整性与实时性满足电网安全运行要求。优化调度功能：包括日前/日内计划编制、实时功率分配、协调控制执行和应急响应等能力。该功能是虚拟发电厂的核心价值所在，标准对调度计划的编制流程、控制策略的生成方法和多目标优化模型等提出了详细要求，强调在不违反DER自身运行约束和电网安全约束的前提下，实现虚拟发电厂整体运行效益的最大化。市场交易功能：包括市场信息获取、竞价策略制定、交易结果处理和合同管理等能力。标准对虚拟发电厂参与能量市场、辅助服务市场等不同类型市场交易的功能要求进行了规定。数据分析与预测功能：包括发电预测、负荷预测、电价预测和运行分析等功能。标准强调基于历史数据和实时数据，采用适当的预测模型和算法，为优化调度和市场交易提供数据支撑。标准还规定了非功能性要求，涵盖系统安全性（包括网络安全、数据安全和物理安全）、可靠性（包括系统可用性要求和冗余配置要求）、实时性（对各类信息采集和指令下达的时延提出了明确要求）、可扩展性（支持系统规模和功能模块的动态扩展）和互操作性（支持不同厂商设备和系统的互联互通）等维度。4标准实施应用4.1标准的应用场景4.1.1面向电网调度机构的应用电网调度机构可利用虚拟发电厂系统所聚合的分布式资源调节能力，作为传统发电资源的有效补充，参与电网的调峰、调频、备用和需求响应等辅助服务。通过统一的信息交互接口和调度指令协议，调度机构可实时获取虚拟发电厂的可用调节能力和运行状态信息，将虚拟发电厂纳入日常调度运行管理体系，提升电网运行的灵活性和安全性。4.1.2面向虚拟发电厂运营者的应用虚拟发电厂运营者依据标准规定的系统架构和功能要求，规划、建设和管理虚拟发电厂系统。运营者可通过标准化的资源接入流程和通信协议，实现不同类型DER的快速接入和统一管理；通过优化调度功能模块实现DER的协同优化和灵活调控；通过市场交易模块以最优策略参与电力市场交易，最大化运营收益。4.1.3面向设备制造商和系统集成商的应用设备制造商和系统集成商可依据标准规定，开发和提供符合统一架构和接口要求的控制器、聚合器、通信模块等产品，确保不同厂商产品之间的互操作性和即插即用能力，有效降低系统集成和运维成本。4.2标准实施的预期效益标准的实施