虚拟电厂需求文档PRD(V2.1.8)- 慧知开源虚拟电厂平台

观点 / 李文慧  主笔 / 李文慧

编辑 /敏君    版面 / 敏君

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虚拟电厂（VPP）智慧运营平台 PRD 产品需求文档

文档版本：V2.1.8

发布日期：2025-02-17

文档状态：评审稿

产品定位：面向能源聚合商、工业园区、售电公司的全栈虚拟电厂运营管理平台，实现「源-网-荷-储-充」分布式资源聚合、智能优化调度、电力市场交易与收益结算的全链路闭环运营。

产品概述

1.1 价值主张

虚拟电厂本质是分布式能源的聚合运营商，通过数字化手段解决三方核心痛点：

• 对聚合商/运营商：解决设备协议杂、调度靠人工、结算效率低的问题，一套平台实现全资源统一管控，放大聚合规模效应，提升运营收益；

• 对终端企业用户：解决用能不透明、闲置资源无法变现的问题，无需额外改造即可参与电力市场获取额外收益，同时降低综合用电成本；

• 对电网侧：解决分布式资源不可控、峰谷调节压力大的问题，将海量分散资源转化为可调度的灵活调节资源，支撑电网安全稳定运行。

1.2 目标客户分层

客户层级	典型代表	核心需求	付费模式
头部客户	省级能源聚合商、大型售电公司	大容量聚合、多市场交易、定制化策略	平台授权+年服务费
腰部客户	市级工业园区、商业综合体	园区自治+峰谷套利+需求响应	按站点订阅 + 收益分成
长尾客户	中小工商业储能业主、充电站运营商	基础套利、简易参与需求响应	纯收益分成模式

1.3 核心商业模式

• 平台服务费：软件授权费、年运维服务费、设备接入调试费；

• 收益分成：从需求响应补贴、辅助服务收益、峰谷套利收益中按约定比例抽取分成；

• 增值服务：定制化策略开发、交易代运营、碳资产核算等增值服务。

用户角色与用户故事（全量展开）

2.1 核心用户角色画像

角色	典型画像	日工作内容	核心痛点
平台运营管理员	3-5年能源行业运营经验，熟悉电力市场规则	日常运营监控、用户入驻审核、收益核算对账、报表输出	结算对账耗时久，每月人工核算易出错；全局数据分散，无法快速掌握运营情况
调度交易员	电力系统/自动化专业，熟悉电网调度规则	盯盘监控、制定调度策略、交易申报、执行电网指令	人工测算策略效率低，行情变化时来不及调整；多市场同时申报容易遗漏截止时间
资源接入工程师	电气/自动化专业，熟悉工业通讯协议	现场设备调试、协议适配、站点上线验收	设备品牌杂协议多，每次都要定制开发；现场调试排障效率低
终端企业用户	工厂/园区能源管理员，非专业电力背景	查看用能数据、查看收益、接收调控通知	看不懂专业数据，不知道收益怎么算的；担心调控影响正常生产
系统运维员	IT运维工程师，熟悉服务器与网络	平台运维、故障排查、告警处理	告警太多分不清主次，故障定位慢

2.2 核心用户故事与验收标准

故事1：调度交易员-自动生成日前调度计划

• 用户描述：As a 调度交易员，I want 系统每日自动基于次日电价、气象、负荷预测生成最优调度计划，So that 我只需审核确认即可下发，无需人工逐站测算。

• 验收标准：

1.每日固定时间（默认16:00）自动触发次日24小时调度计划计算，计算耗时≤10分钟；

2.计划页面展示每小时充放电功率、预期收益、关键约束校验结果，支持按站点查看明细；

3.支持人工修改单时段功率，修改后系统自动校验约束并重新计算收益；

4.一键确认后计划自动下发至边缘网关，支持查看下发状态与设备回执。

故事2：运营管理员-自动生成月度收益账单

• 用户描述：As a 运营管理员，I want 系统每月自动生成所有用户的收益账单与分成明细，So that 我无需线下Excel核算，直接导出即可对账。

• 验收标准：

1.每月1号自动生成上月所有用户账单，包含收益构成、分成比例、平台服务费、实付金额；

2.支持按用户、按收益类型、按站点多维度钻查明细，每笔收益可追溯到对应调度事件；

3.账单支持导出PDF/Excel，支持线上推送至用户端确认；

4.支持对账差异标记，人工调整后全程留痕可审计。

故事3：终端用户-查看自身用能与收益明细

• 用户描述：As a 终端企业用户，I want 能在网页/手机上看到每天的用能数据、收益明细和调控记录，So that 我清楚知道省了多少钱、赚了多少钱。

• 验收标准：

1.首页展示当月累计收益、累计节电量、参与调控次数核心指标；

2.支持按日查看用电曲线、储能充放电曲线、光伏出力曲线；

3.收益明细按日期、按类型展示，每笔收益标注来源（峰谷套利/需求响应等）；

4.调控通知提前1小时推送，调控结束后推送执行结果与收益预估。

故事4：运维员-告警闭环处理

• 用户描述：As a 系统运维员，I want 告警分级推送并能直接派单处理，形成闭环，So that 重要故障不遗漏，处理过程可追溯。

• 验收标准：

1.紧急告警产生后1分钟内推送短信+站内弹窗，重要告警站内通知，一般告警仅列表展示；

2.告警详情页展示故障设备、异常参数、可能原因分析、历史同类故障处理记录；

3.支持一键生成运维工单，指派给对应工程师，跟踪处理进度；

4.告警处理完成后自动归档，支持统计月度告警数量、平均响应时长、处理完成率。

整体产品架构（分层拆解）

采用「云-边-端」三级协同架构，实现「云端集中智能决策 + 边缘快速响应自治 + 终端精准执行」的分级调度体系，兼顾全局最优与本地可靠性。

3.1 架构分层详解

【配图说明：虚拟电厂云边端三级架构图，自上而下分为云端平台层、边缘物联层、终端设备层，标注核心模块与双向数据流】

1）终端设备层（感知执行层）

• 核心定位：物理资源载体，负责数据采集与指令执行

• 接入资源品类：

• 源侧：分布式光伏逆变器、小型风机、柴油/燃气发电机

• 储侧：工商业储能BMS、户用储能、梯次利用储能

• 荷侧：工业可控负荷（空压机、制冷机组）、商业中央空调、照明系统

• 充侧：直流快充桩、交流慢充桩、换电站

• 计量：智能电表、负荷管理终端

核心能力：高频数据采集、指令精准执行、状态实时上报

2）边缘物联层（本地自治层）

• 核心定位：云端与终端的中间枢纽，承接协议转换与本地调度

• 核心组件：

1.协议转换模块：兼容Modbus-RTU/TCP、IEC 61850、IEC 104、MQTT、OCPP等200+协议，实现非标设备标准化接入

2.数据预处理模块：本地数据清洗、去重、压缩，异常数据过滤，降低云端传输压力

3.边缘调度引擎：断网时本地自治运行，执行预设调度策略；毫秒级调频指令本地闭环，降低云端延迟

4.断点续传模块：网络中断时本地缓存数据，恢复后自动补传，保障数据完整性

• 部署形态：工业级智能网关、边缘控制器，支持就地部署

3）云端平台层（决策运营层）

虚拟电厂核心大脑，分为四级架构：

1.基础支撑层：云服务器、时序数据库、关系型数据库、消息队列、容器化部署底座

2.能力中台层：设备接入中台、AI算法中台、数据计算中台、用户权限中台

3.业务应用层：资源管理、全景监控、优化调度、市场交易、运营结算五大核心业务模块

4.对外接入层：向上对接电网调度系统、电力交易平台、需求响应平台、气象服务平台；向下对接边缘网关与直连设备

3.2 核心数据流

1.上行数据流：终端设备 → 边缘网关（协议转换+预处理） → 云端消息队列 → 时序数据库 → 业务应用展示/计算

2.下行指令流：云端调度引擎 → 指令校验 → 消息队列 → 边缘网关 → 终端设备执行 → 执行结果回执上传

核心功能需求详解

4.1 资源接入与管理模块

4.1.1 设备接入管理

功能定位：全品类分布式能源设备标准化接入的统一入口

核心子功能：

1.接入向导：可视化引导式接入流程，选择设备类型→品牌型号→配置通讯参数→在线调试→验收上线

2.协议库管理：内置200+主流品牌设备协议模板，支持在线导入自定义协议，协议版本管理

3.批量接入：支持Excel模板批量导入设备信息，网关批量挂载设备，批量下发配置

4.联调工具：在线调试面板，实时查看采集数据点，支持指令下发测试，通讯日志抓取

业务规则：

• 设备接入必须经过点位校验、数据精度校验、指令执行校验三步验收，全部通过后方可上线

• 采集点位分必采点与选采点，必采点缺失不允许上线

验收标准：主流品牌设备接入调试≤2小时，数据完整率≥99.9%

4.1.2 资源台账管理

功能定位：所有接入资源的全生命周期数字化档案

核心字段：

• 基础信息：资源ID、名称、类型、地址、经纬度、所属主体、并网时间

• 设备参数：额定功率、额定容量、调节上下限、响应速度、SOC上下限（储能）

• 合同信息：合作模式、分成比例、合同有效期、结算账户

• 状态信息：运行状态（在线/离线/故障/停用）、调控状态（空闲/调控中/禁用）

核心能力：

• 支持按区域、类型、状态、所属主体多条件组合查询

• 支持资源信息变更，所有变更操作留痕，可追溯历史版本

• 支持资源二维码生成，扫码查看设备档案与运维记录

4.1.3 虚拟机组管理

功能定位：将分散资源打包为可统一调度的虚拟单元

核心能力：

1.支持自定义编组规则，可按区域、资源类型、所属主体、响应速度分组

2.虚拟机组统一核算额定容量、可调容量、响应特性

3.支持机组级统一调度、统一结算，也可单独调整单资源出力

4.支持机组启停管理，可临时禁用单资源或整组

4.2 全景监控与告警模块

4.2.1 可视化监控大屏

【配图说明：全景监控大屏界面示意图，左侧GIS地图、中间核心指标+实时曲线、右侧告警列表+调度状态，深色科技风】

页面布局与核心区域：

1.左侧GIS地图区

• 电子地图展示所有资源地理分布，不同颜色图标区分资源类型与运行状态

• 支持缩放、拖拽、区域筛选，点击资源弹窗展示实时运行数据

• 支持热力图模式展示区域负荷/出力分布

2.顶部核心指标区

• 核心指标：总装机容量、实时总功率、储能总SOC、当前可调容量、今日累计收益、在线设备数

• 指标支持自定义配置，不同角色默认展示不同指标

3.中部曲线区

• 默认展示当日全站总有功功率曲线、负荷曲线、储能充放电曲线

• 支持多选站点、多选指标叠加对比，支持时间范围切换、数据导出

4.右侧信息区

• 上半部分：实时告警列表，按级别排序，点击跳转告警详情

• 下半部分：当前执行中的调度任务列表，展示任务进度、执行偏差

4.2.2 告警与事件管理

告警类型全覆盖：

告警大类	具体告警类	级别
设备类	设备离线、通讯中断、设备故障、SOC越限、功率越限	紧急/重要
调度类	指令下发失败、执行偏差超限、调度任务未执行	重要
系统类	服务器异常、数据库异常、网关离线	紧急
运营类	收益异常、结算失败、合同即将到期	一般

核心能力：

1.告警规则自定义：支持阈值设置、持续时间设置、抑制规则设置，避免告警风暴

2.告警通知分级：紧急告警短信+电话+站内通知，重要告警短信+站内，一般告警仅站内

3.告警闭环流程：告警产生 → 告警确认 → 派单处理 → 处理反馈 → 告警消除 → 归档

4.告警统计分析：按类型、级别、站点统计告警频次，输出TopN故障设备分析

4.3 预测与优化调度模块

4.3.1 AI预测中心

【配图说明：AI优化调度逻辑框图，输入层→算法层→输出层三层结构】

三大预测能力：

1.新能源出力预测

• 预测维度：光伏/风电出力，时间尺度覆盖超短期（0-4h）、短期（0-72h）

• 输入因子：气象数据（辐照度、温度、风速）、历史出力数据、设备参数、季节节假日

• 精度要求：晴天日准确率≥90%，阴天≥80%

2.负荷预测

• 预测维度：用户侧用电负荷，分站点/分园区预测

• 输入因子：历史负荷数据、气象数据、工作日/节假日、生产排班

• 精度要求：工作日准确率≥92%，节假日≥85%

3.电价预测

• 预测维度：日前现货市场分时电价、日内实时电价

• 输入因子：历史电价数据、供需情况、新能源出力预期、电网负荷

• 精度要求：日前电价预测平均偏差≤5%

4.3.2 优化调度引擎

核心优化目标（可配置权重）：

1.经济收益最大化：峰谷套利、辅助服务、需求响应综合收益最高

2.电网友好度最高：平抑波动、跟踪计划曲线，满足电网考核要求

3.碳排放最低：优先消纳绿电，减少化石能源使用

核心约束条件（硬约束不可突破）：

• 设备约束：储能SOC上下限、最大充放电功率、充放电次数限制

• 用户约束：最小用电负荷、生产不可中断时段、调控次数限制

• 电网约束：并网点功率因数限制、最大并网功率、电压偏差范围

三类调度策略：

1.日前调度计划：每日固定时间生成次日24小时逐时调度计划，作为基准方案

2.日内滚动优化：每15分钟滚动更新一次策略，基于实时数据修正偏差，适配工况变化

3.实时应急调控：接收电网紧急指令时，优先级最高，快速响应执行

4.3.3 实时调控执行

指令分级响应：

指令级别	典型场景	响应时间要求	执行主体
毫秒级	一次调频、快速响应	≤100ms	边缘网关本地执行
秒级	二次调峰、AGC跟踪	≤5s	云端下发+边缘执行
分钟级	需求响应、日前计划执行	≤5min	云端统一调度

执行闭环管理：

1.指令下发前自动校验设备状态与可调能力，不可执行的资源自动剔除并提示

2.指令下发后实时跟踪执行状态，展示目标功率、实际功率、偏差率

3.执行偏差超过阈值时自动重试，仍失败则触发告警并记录

4.任务结束后自动生成执行报告，统计响应量、准确率、合格率

4.4 电力市场交易与结算模块

4.4.1 市场交易管理

支持市场品类：

• 电力现货市场：日前市场、日内市场、实时市场

• 辅助服务市场：调峰、调频、备用、黑启动

• 需求响应：削峰需求响应、填谷需求响应、虚拟电厂邀约

• 中长期交易：绿电交易、电力中长期合约

核心功能：

1.交易日历：展示各市场申报截止时间、出清时间、结算时间，到期提醒

2.申报辅助：基于预测数据自动生成申报量与报价建议，支持人工调整，一键申报

3.中标同步：自动拉取交易中心中标结果，自动拆解至对应虚拟机组与站点

4.交易台账：完整记录每笔交易的申报、中标、执行、结算全流程数据，支持查询导出

4.4.2 收益核算与分成

收益构成拆解：

• 套利类收益：峰谷价差套利、现货价差收益

• 补贴类收益：需求响应补贴、辅助服务补偿

• 节约类收益：光伏自发自用节约电费、需量管理节约基本电费

• 其他收益：绿电交易收益、碳减排收益

分成规则配置：

1.支持固定比例分成（如用户70%，平台30%）

2.支持阶梯比例分成（收益越高，平台分成比例越高）

3.支持固定服务费模式（每月固定服务费，收益全归用户）

4.支持单用户、单站点、单类型收益差异化配置

结算流程：

1.账期结束后系统自动拉取交易结算单

2.匹配实际执行数据，核算每笔收益对应主体

3.按分成规则计算各方应得金额，生成预账单

4.运营审核确认后发布正式账单，推送至用户端

5.支持账单异议申诉，人工调整后留痕

4.5 运营与系统管理模块

4.5.1 用户与权限管理

• 多租户架构：不同企业租户数据完全隔离，支持租户自主管理子账号

• 三级权限体系：功能权限（菜单/按钮）、数据权限（可查看的站点/数据范围）、操作权限（审核/下发等关键操作）

• 操作日志：所有关键操作全记录，支持操作人、时间、内容溯源审计

4.5.2 统计报表中心

• 内置标准报表：运营日报/月报、收益分析报表、调度执行报表、设备运行报表

• 自定义报表：支持拖拽式配置报表维度与指标，自动生成

• 定时推送：支持按日/周/月定时推送报表至指定邮箱

4.5.3 运维工单管理

• 告警自动转工单、手动创建工单

• 工单派单、接单、处理、验收全流程跟踪

• 运维知识库沉淀，常见故障解决方案查询

核心业务流程详解

5.1 需求响应全业务流程

【配图说明：需求响应泳道流程图，包含电网平台、VPP运营平台、调度交易员、终端用户四个泳道】

详细步骤拆解：

1.任务接收：电网/需求响应平台下发响应任务（时段、目标调节量、补贴标准、响应类型），平台自动接收并提醒调度交易员

2.资源校核：系统自动筛选符合条件的可用资源，计算最大可调容量，评估是否满足任务要求

3.方案生成：系统自动生成资源分配方案，分解各站点调节目标，预估执行收益与准确率

4.方案审核：调度交易员审核方案，可手动调整参与资源与调节量，确认后正式报名

5.用户通知：平台提前1小时（可配置）向终端用户推送调控通知，告知时段、调节量、预估收益

6.指令执行：到达响应开始时间，系统自动下发调控指令，边缘网关控制设备执行

7.实时监控：调度员实时监控执行进度与偏差，异常情况及时干预

8.效果核验：响应结束后，系统自动计算实际响应量、响应准确率、考核情况

9.补贴申请：生成执行报告，提交至电网平台申请补贴

10.收益结算：补贴到账后，系统按分成规则结算至终端用户，生成账单

5.2 储能峰谷套利业务流程

1.数据准备：每日下午系统自动获取次日分时电价、气象预测、负荷预测数据

2.策略计算：优化调度引擎以收益最大化为目标，生成次日24小时储能充放电计划

3.人工确认：调度交易员审核计划，确认后下发至边缘网关

4.自动执行：储能设备按计划自动充放电，低谷充电、高峰放电

5.滚动优化：日内每15分钟根据实时电价、负荷、光伏出力滚动调整策略

6.收益核算：次日自动核算前日套利收益，计入用户账户

7.月度结算：每月统一汇总结算，生成正式账单

非功能性需求与数据架构

6.1 数据架构设计

采用分层存储架构，适配不同数据类型的读写需求：

1.实时数据层：时序数据库存储实时测点数据，支持高并发写入与快速查询

2.业务数据层：关系型数据库存储用户、台账、订单、账单等结构化业务数据

3.大数据计算层：数据仓库存储历史全量数据，支撑AI模型训练与统计分析

4.缓存层：Redis缓存热点数据与实时状态，提升接口响应速度

6.2 性能指标

指标项	指标要求
数据采集时延	终端到云端≤200ms
指令下发时延	云端到设备≤5s，边缘本地≤100ms
页面响应时间	普通页面≤1.5s，大数据查询≤3s
并发接入能力	单集群支持≥10万测点，≥1000个站点
消息吞吐量	≥10万条/秒
数据存储周期	实时秒级数据≥1年，分钟级数据≥3年，统计数据≥5年

6.3 安全与合规

• 符合《网络安全法》，通过等保2.0三级认证

设备接入采用双向身份认证，数据传输全链路TLS加密

• 调度指令采用数字签名防篡改，支持重放攻击防护

• 数据分级分类管理，敏感数据脱敏存储与展示

• 支持操作审计与日志留存，日志保存≥6个月

6.4 可靠性

• 平台年可用率≥99.9%，核心服务集群部署，故障自动切换

• 边缘断网自治能力，网络中断不影响本地基础调度

• 数据多副本存储，支持定时备份与异地容灾

• 支持灰度发布，版本升级不影响业务运行

风险与应对措施

风险项	风险等级	应对措施
各省电力市场规则差异大，适配成本高	高	1. 设计交易规则配置化引擎，通过配置适配不同省份；2. 优先对接2-3个核心省份，沉淀通用能力；3. 预留定制化开发接口
非标设备协议多，接入周期不可控	中高	1. 建立协议库生态，持续扩充主流品牌协议；2. 提供协议开发SDK，降低第三方适配成本；3. 项目评估时预留10-20%的协议开发缓冲期
AI预测与调度效果不及预期	中	1. 上线初期以人工干预为主，系统辅助，逐步迭代模型；2. 建立效果评估体系，持续用现场数据训练模型；3. 保留手动调度兜底能力，不依赖纯自动
电网/交易中心接口对接周期长	中	1. 提前对接沟通，明确接口规范与安全要求；2. 采用标准电力规约对接，降低定制开发量；3. 准备模拟联调环境，提前自测
终端用户配合度低，调控执行差	中	1. 清晰的收益告知与激励机制，提升用户意愿；2. 设置用户违约机制，保障执行率；3. 调控前充分通知，预留缓冲时间

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