虛擬電廠實現標準化通信和控制
作為發電與供暖系統、用電設備及儲能設備之間的轉換器,未來VHPready 應該能確保房屋保持溫暖,燈處于打開狀態。該標準是由Vattenfall于2010年開發的,現在已準備好登上國際舞臺。作為硬件供應商,WAGO是首批集成商之一。
電力網絡之所以如此命名,是因為其從一開始就是真正意義上的網絡,而不是現在的數字網絡的產物。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電站和用電設備的幫助下,電力網絡已經可以為工業用戶和個人家庭用戶供電。
平衡供電網絡絕非易事:需要協調參與者以使網絡中的頻率和電壓參數保持平穩。直到現在,電力網絡的根本任務并沒有發生任何改變。發生巨大改變的是完成這項任務所依據的一般條件。在能源轉型過程中,數量不斷增加的可再生能源系統將其能量送入電力網絡。而這種輸送十分不穩定,因為太陽和風不能持續產生能量,反而會有巨大波動。因此維持電力供應與消耗之間的平衡這一挑戰變得更加復雜。
早在2010年,Vattenfall
Europe W?rme
AG就成為首批為這一挑戰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,具有可控用電設備的分散的小型發電裝置(例如帶熱泵的熱電聯產廠)就可以建立靈活、可控的聚合系統,并且還能以熱能形式儲存過剩的電力。目前,將很多分散的發電裝置和可控用電設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從一開始就設法將虛擬電廠中聚合的控制和通信統一成一種通用規范。如此一來,還同時開發了首個虛擬電廠,即VHPready
(Virtual Heat and Power
Ready)。作為轉換器,該開源通信標準可以確保控制中心和分布式系統能互相理解。VHPready將不同通信協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據點列表的預定義配置文件進行通信。除了通信,還定義了域特定定義(例如操作行為規范和反應時間)。這樣可以確保控制系統具有使用計劃表和時間表的可能。因此,控制中心能夠將24小時之內的控制參數發送到系統,保存為命令/設置/消息/文件。
自2014年2月起,已有40多家成員公司在VHPready
e.V行業論壇上開展合作,共同制定通信網絡和能源控制的規范以及相關的檢查和測試方法,從而幫助取得認證并夯實發展基礎。合作的最新成果就是預計于2016年發布的最新版本標準,即VHPready
4.0。VHPready 4.0將為完整、成熟的虛擬電廠的自動化網絡提供標準,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。作為現有能源的一個功能和一種維持網絡穩定的方法,OpenADR側重于減少消耗。與之相反,VHPREADY關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位置能源環境的差異。在美國,OpenADR主要是應對電力缺乏,而在德國,VHPready旨在控制過剩能量和可再生能源的并網。
借助VHPready,智能電網中的發電機、儲存設備和用電設備都使用同一種語言。
通過使用遠動控制器(可作為分布式系統與供熱控制中心之間的控制和通信裝置),WAGO已經能夠支持Vattenfall首個虛擬電廠的成功實施。Vattenfall選擇WAGO的自動化技術,是因為使用可編程、靈活且可根據IEC 60870-5-104或IEC 61850進行通信的控制器對其虛擬電廠至關重要。
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議,例如PROFIBUS、CAN、
BACnet或MODBUS。因此可在虛擬電廠中充當大部分現場技術設備的網絡連接器。通過使用串聯的數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控制進行完善的管理。 在開發VHPready規范時,WAGO尤其重視數據安全性。以VHPready
4.0版本為開端,基于TCP/IP并面向信號的IEC 60870-5-104遠動協議,或者另一個基于TCP/IP并面向目標的IEC
61850-7-420方法,構成了WAGO遠動控制器的通信基礎。為了確保數據傳輸的安全性,控制器會使用SSL/TLS連接(安全套接層、傳輸層安全協議)在OpenVPN基礎上建立虛擬專用網絡(VPN)。并會使用SNTP/NTP(簡單網絡時間協議/網絡時間協議)來實現時間同步。WAGO
PLC能夠直接通過OpenVPN或IPsec建立VPN通道,從而將加密數據傳送到控制中心,同樣也能從控制中心接收加密數據。因此,WAGO不僅滿足了輸電網絡運營商輸送輔助平衡電力時的IT安全性要求,還根據BDEW白皮書的要求強化了系統。