慧知开源虚拟电厂（VPP）核心平台PRD需求文档（大白话与专业结合版）- 慧知开源充电桩平台

虚拟电厂（VPP）核心平台PRD需求文档

1. 文档概述

在这里插入图片描述

一句话大白话：虚拟电厂（VPP）就是“没有烟囱、没有发电机的电厂”，靠一套软件平台，把一堆分散的光伏、储能、充电桩、工厂可调节负荷“拼成一个大电网资源”，像真电厂一样给电网调峰、调频、填谷，同时靠这些服务赚钱。

再通俗点（举例子）

• 传统电厂：一个大厂房，几台大发电机，集中发电，电网说“多发点/少发点”，它直接调。
• 虚拟电厂：
  • 资源：你家屋顶光伏、小区储能电池、商场空调、一排排充电桩、工厂可停产的生产线——都是零散的小设备。
  • 平台：一套软件（像“电力版滴滴”），把这些小设备的数据全收上来，统一算、统一管、统一调度。
  • 干活：
    • 用电高峰（比如夏天中午开空调）：电网缺电→虚拟电厂让储能放电、充电桩降功率、商场空调调低一点、工厂错峰生产→相当于“发了电”，帮电网顶上去。
    • 用电低谷（比如深夜）：电用不完→虚拟电厂让储能充电、充电桩多充、光伏发的电存起来→把多余电“存住”，避免浪费。
  • 赚钱：帮电网调峰、调频、填谷，电网给服务费；参与电力市场交易，赚差价；用户（比如工厂、充电桩业主）也能分点钱。

核心特点（好记）

• 没实体：没有厂房、没有大发电机，全靠软件+网络。
• 聚零散：把光伏、储能、充电桩、可调负荷聚成一个“大资源包”。
• 能调度：电网说“要1000kW调峰”，它能精准指挥一堆小设备一起动作，像一个电厂在出力。
• 能赚钱：帮电网稳运行、消纳新能源，靠服务和交易赚钱，用户也能分收益。

一句话总结

虚拟电厂=电力世界的“拼单+代驾”：把零散电力资源“拼单”成大能力，帮电网“代驾”调平衡，大家一起赚钱。

1.1 文档目的

本文档明确虚拟电厂（VPP）核心平台的产品需求，包括产品目标、功能范围、用户角色、核心功能、非功能需求、交互要求等，作为产品设计、开发、测试、验收的唯一依据，确保各方对产品认知一致，保障产品落地符合业务实际与合规要求。

1.2 文档范围

覆盖虚拟电厂核心平台全生命周期需求，包括数据采集与监控、预测与优化、控制与执行、市场交易与结算、运营管理、通信与数据交互等核心模块，不包含终端硬件（智能电表、边缘网关等）的硬件设计与生产，仅明确平台与终端的对接需求。

1.3 术语定义

• VPP（Virtual Power Plant）：虚拟电厂，通过先进的通信技术和软件系统，将分布式电源、可调负荷、储能等分散资源聚合起来，实现资源的统一调度、优化运行和市场交易，具备发电、调峰、调频等电力系统服务能力。
• 聚合商：负责整合各类分布式资源，接入VPP平台，参与电力市场交易和电网调度的主体。
• 可调负荷：可根据电网调度指令或市场信号，灵活调整用电功率、用电时间的负荷资源（如工商业空调、充电桩等）。
• AGC（Automatic Generation Control）：自动发电控制，通过平台自动下发指令，调节资源出力，维持电网频率稳定。
• 需求响应：负荷侧资源根据电网需求或价格信号，主动调整用电行为，获取收益的服务模式。
• 时序数据库：用于存储VPP平台采集的实时功率、电压、电流等时序数据的专用数据库（如InfluxDB、TDengine）。

1.4 参考文档

• 国家《关于加快推进虚拟电厂发展的指导意见》
• 地方虚拟电厂发展实施细则及并网规范
• 电力监控系统安全防护规定（等保三级相关标准）
• 电力系统通信协议标准（DL/T 645、DL/T 476、IEC 60870-5-104等）
• 虚拟电厂需求清单（前置需求文档）

2. 产品概述

2.1 产品目标

• 合规目标：满足国家及地方虚拟电厂政策要求，具备并网、调度、交易等合规资质，符合网络安全等保三级标准。
• 功能目标：实现分布式资源（电源、负荷、储能）的可观、可测、可调、可控，具备实时监控、优化调度、市场交易、运营管理等全流程功能。
• 性能目标：保障系统响应速度、可靠性、数据精度，满足电网调度和市场交易的实时性要求，系统可用率≥99.9%。
• 商业目标：支撑聚合商实现资源收益最大化，降低运营成本，助力用户参与电力市场交易、获取辅助服务收益，实现投资回收期≤3-5年。

2.2 产品定位

本产品是虚拟电厂的核心中枢，面向聚合商、电网调度机构、电力交易中心、资源业主（工商业用户、储能运营商、光伏/风电运营商），提供资源聚合、调度优化、市场交易、运营管理一体化解决方案，打通“资源-平台-电网-市场”的全链路，成为虚拟电厂高效运行的核心支撑工具。

2.3 用户角色及核心需求

3. 核心功能需求

3.1 资源聚合与接入模块

3.1.1 资源档案管理

• 功能描述：支持分布式光伏、风电、可调负荷、储能等各类资源的档案录入、编辑、删除、查询，建立完整的资源台账。
• 核心需求：
  • 录入字段：资源名称、类型（电源/负荷/储能）、装机容量/额定功率、并网点位置、权属信息、设备型号、铭牌参数、调节特性、通信协议、接入时间等。
  • 操作权限：聚合商运营人员可编辑、查询自身管理的资源；系统管理员可查看所有资源，无编辑权限（除系统配置类字段）。
  • 查重功能：支持资源唯一标识（如并网点编号）查重，避免重复聚合。
  • 导入导出：支持Excel批量导入/导出资源档案，方便批量管理。
• 验收标准：资源档案录入完整，查重有效，导入导出无异常，权限控制准确。

3.1.2 资源接入对接

• 功能描述：支持各类资源终端（光伏逆变器、储能BMS、智能电表、充电桩平台等）的接入，实现协议转换和数据互通。
• 核心需求：
  • 协议支持：兼容DL/T 645、DL/T 476、IEC 60870-5-104、MQTT、Modbus、OPC UA等主流电力通信协议，支持协议自定义配置。
  • 接入方式：支持有线（电力专网/光纤）、无线（5G/4G）两种接入方式，支持主备双链路冗余，保障通信稳定性。
  • 边缘计算对接：支持与边缘网关对接，实现现场数据预处理、协议转换、本地控制和断网自治，断网情况下可本地执行预设调度策略。
  • 接入测试：提供接入测试功能，验证终端与平台的通信连通性、数据传输准确性。
• 验收标准：各类终端可正常接入，协议转换准确，数据传输稳定，断网情况下本地自治功能正常。

3.2 数据采集与监控模块（SCADA）

3.2.1 实时数据采集

• 功能描述：实时采集所有接入资源的运行数据、设备状态和告警信息，存储至时序数据库，为后续调度、分析提供数据支撑。
• 核心需求：
  • 采集内容：发电功率、用电负荷、储能SOC/SOH、电压、电流、频率、设备运行状态（正常/故障/离线）、告警事件（设备故障、数据异常等）。
  • 采集频率：实时数据（功率、电压等）采集周期≤5s，常规数据（SOC、设备状态等）采集周期≤15min，可自定义配置采集频率。
  • 数据质量：数据完整率≥99.9%，数据时延≤200ms，数据精度±0.2%，支持数据异常检测（如跳变、缺失），并触发告警。
  • 数据存储：时序数据存储时长≥3年，支持历史数据查询和导出；告警数据、运行日志存储时长≥5年。
• 验收标准：数据采集及时、准确，异常检测有效，历史数据可正常查询和导出，存储时长符合要求。

3.2.2 可视化监控

• 功能描述：通过可视化界面，直观展示虚拟电厂整体运行状态、资源分布、实时数据和告警信息，支持多维度查看和操作。
• 核心需求：
  • GIS地图可视化：展示所有资源的地理分布、并网点位置、运行状态（用不同颜色区分正常/故障/离线），点击资源可查看详细数据。
  • 实时看板：展示VPP总出力、总负荷、储能总SOC、调节容量、当前告警数量等核心指标，支持指标自定义配置。
  • 曲线展示：支持实时曲线、历史曲线（日/周/月/年）展示，可选择单个或多个资源的功率、电压等数据进行对比查看，支持曲线缩放、导出。
  • 告警看板：展示所有告警事件，按告警级别（紧急/重要/一般）分类，支持告警查询、筛选、确认和处理，处理后记录处理日志。
• 验收标准：可视化界面流畅，数据实时更新，GIS地图定位准确，曲线展示清晰，告警处理流程顺畅。

3.3 预测与优化模块

3.3.1 功率预测

• 功能描述：基于历史数据、气象数据、负荷特性等，对分布式光伏/风电出力、可调负荷进行超短期、短期预测，为调度计划编制提供依据。
• 核心需求：
  • 预测类型：光伏出力预测、风电出力预测、负荷预测（工商业负荷、充电桩负荷等）。
  • 预测周期：超短期预测（15min-4h）、短期预测（1-7天），支持预测周期自定义。
  • 预测精度：负荷、新能源功率预测误差＜5%，支持预测结果修正（人工修正/自动修正），记录预测偏差，用于模型优化。
  • 气象数据对接：支持对接第三方气象平台，获取风速、光照、温度等气象数据，提升预测精度。
• 验收标准：预测结果准确，误差符合要求，预测周期可自定义，气象数据对接正常，偏差记录完整。

3.3.2 优化调度

• 功能描述：基于预测数据、市场价格、电网调度要求，制定VPP整体优化调度计划，实现资源的最优组合和运行，最大化收益、最小化成本。
• 核心需求：
  • 调度目标：支持多目标优化（收益最大、成本最小、偏差最小、环保最优等），可自定义调度优先级。
  • 调度场景：支持削峰填谷、调频（AGC）、调峰、备用、无功优化、需求响应等多种调度场景，可切换调度模式。
  • 计划编制：支持日前计划（提前24h编制）、日内计划（每15-60min更新）、实时计划（秒级/分钟级调整），编制过程中进行安全约束校验（电压、频率、功率限制等）。
  • 资源组合：根据各资源的调节特性、成本、收益，自动优化资源组合方案，明确各资源的出力/负荷调整计划。
• 验收标准：调度计划编制合理，符合安全约束，能够实现预设调度目标，支持多场景切换，计划更新及时。

3.4 控制与执行模块

3.4.1 指令下发与执行

• 功能描述：根据调度计划或电网调度指令，向各资源终端下发控制指令，实时监控指令执行情况，形成闭环控制。
• 核心需求：
  • 指令类型：功率设定点、调节步长、启停指令、负荷转移指令等，支持手动下发和自动下发两种模式。
  • 响应速度：实时控制指令下发时延≤30s，调节精度±1%；分钟级调度指令下发时延≤5min，执行反馈时延≤10s。
  • 闭环控制：指令下发后，实时接收终端执行反馈，对比实际执行结果与指令要求，若存在偏差，自动修正指令或触发告警。
  • 优先级控制：支持指令优先级设置（紧急调度指令＞市场交易指令＞常规调度指令），高优先级指令可中断低优先级指令。
• 验收标准：指令下发及时，执行反馈准确，闭环控制有效，响应速度和调节精度符合要求，优先级控制正常。

3.4.2 安全约束控制

• 功能描述：在指令下发和执行过程中，对资源运行状态、电网参数进行实时监测，避免违规操作和设备故障，保障系统安全稳定运行。
• 核心需求：
  • 参数限制：设置电压、频率、功率、储能SOC等安全阈值，当参数超出阈值时，自动停止指令执行，触发告警，并采取应急措施（如紧急停机、负荷切除）。
  • 防误操作：设置操作权限校验、指令双重确认（紧急指令除外），避免误下发、误操作。
  • 应急处置：支持紧急停机、负荷快速切除等应急指令，应对电网突发故障，保障电网和设备安全。
• 验收标准：安全阈值设置合理，参数监测实时，防误操作有效，应急处置及时，无安全违规风险。

3.5 市场交易与结算模块

3.5.1 市场交易管理

• 功能描述：支持VPP参与各类电力市场交易，包括电能量市场、辅助服务市场、需求响应等，实现投标、出清、调用全流程管理。
• 核心需求：
  • 电能量市场：支持中长期合约交易、现货交易（日前/日内/实时）、绿电交易、差价合约交易，可查看市场价格、提交投标报价、查看出清结果。
  • 辅助服务市场：支持调频（AGC）、调峰、备用、无功、黑启动等辅助服务投标，查看调用记录、考核结果，获取辅助服务收益。
  • 需求响应：支持邀约型、竞价型需求响应，可接收电网需求响应邀约，提交响应能力报价，查看响应结果和补贴金额。
  • 交易记录：自动记录所有交易行为、出清结果、调用记录，支持查询、筛选、导出，用于后续结算和分析。
• 验收标准：市场交易流程顺畅，投标、出清、调用记录完整，可正常对接电力交易平台，交易数据准确。

3.5.2 结算与计费

• 功能描述：基于交易记录、调用数据、考核结果，实现电量、服务费的结算计算，支持收益分成、对账、发票管理等功能。
• 核心需求：
  • 结算计算：自动计算电能量交易收益、辅助服务收益、需求响应补贴，扣除偏差考核费用、运维成本等，生成结算明细。
  • 收益分成：支持按预设比例（聚合商与资源业主）进行收益分成，自动计算各方收益金额，生成分成明细。
  • 对账管理：支持与电力交易中心、资源业主进行对账，对比双方数据，处理对账差异，生成对账报表。
  • 发票管理：支持结算金额开票申请、发票录入、发票查询，关联结算明细，实现发票全流程管理。
  • 报表导出：支持结算报表、收益报表、分成报表等导出，格式包括Excel、PDF，可自定义报表模板。
• 验收标准：结算计算准确，收益分成合理，对账流程顺畅，发票管理规范，报表导出无异常。

3.6 运营管理模块

3.6.1 用户与权限管理

• 功能描述：管理平台所有用户，分配用户角色和操作权限，保障平台操作安全，实现精细化权限控制。
• 核心需求：
  • 用户管理：支持用户注册、登录、编辑、禁用、删除，录入用户基本信息（姓名、联系方式、所属单位等）。
  • 角色管理：预设系统管理员、聚合商运营人员、电网调度人员、交易人员、资源业主等角色，支持自定义角色，分配操作权限。
  • 权限控制：基于角色分配权限，细化到具体功能模块（如资源管理、调度操作、结算管理等），支持权限修改和回收。
  • 登录安全：支持密码加密存储、密码复杂度要求、登录失败锁定（连续5次失败锁定30分钟）、单点登录（可选）。
• 验收标准：用户管理操作正常，角色权限分配合理，权限控制有效，登录安全机制完善。

3.6.2 设备与运维管理

• 功能描述：管理所有接入平台的设备，监控设备运行状态，制定运维计划，处理设备故障，保障设备正常运行。
• 核心需求：
  • 设备台账：记录设备型号、安装时间、维修记录、备件信息、使用寿命等，支持设备信息查询和编辑。
  • 运维计划：支持制定设备定期巡检计划、维修计划，设置计划执行时间、负责人，发送运维提醒。
  • 故障处理：接收设备故障告警，生成运维工单，分配给运维人员，跟踪工单处理进度，记录处理结果，形成故障处理台账。
  • 寿命评估：基于设备运行数据，对储能、光伏逆变器等设备进行寿命评估，提前预警设备老化风险。
• 验收标准：设备台账完整，运维计划可正常制定和执行，故障工单处理流程顺畅，寿命评估准确。

3.6.3 报表与分析

• 功能描述：自动生成各类运营报表、分析报表，支持多维度数据分析，为运营决策提供支撑。
• 核心需求：
  • 常规报表：生成运行日报、月报、年报，包含VPP总出力、负荷、储能状态、告警数量、交易收益等核心指标。
  • 分析报表：生成收益分析、资源利用率分析、响应成功率分析、预测偏差分析等报表，支持图表展示（柱状图、折线图、饼图等）。
  • 自定义报表：支持用户自定义报表模板，选择报表指标、时间范围，生成个性化报表。
  • 数据分析：支持多维度筛选（时间、资源类型、交易类型等），对比分析不同时期、不同资源的运行和收益情况，提供数据洞察。
• 验收标准：报表生成及时、准确，图表展示清晰，支持自定义报表和多维度分析，数据导出无异常。

4. 非功能需求

4.1 性能需求

• 响应速度：
  • 实时控制指令下发时延≤30s，执行反馈时延≤10s；
  • 分钟级调度计划编制时延≤5min；
  • 日前计划编制时延≤24h；
  • 页面加载时延≤2s，数据查询时延≤3s，报表生成时延≤10s。
• 可靠性：
  • 系统可用率≥99.9%，年故障次数≤3次；
  • 单次故障修复时间≤4h，支持故障冗余备份，关键模块（数据采集、指令下发）支持主备切换；
  • 数据完整率≥99.9%，无数据丢失、篡改情况。
• 并发能力：支持同时接入≥1000个资源终端，同时在线用户≥50人，支持100条/分钟指令下发，无卡顿、崩溃情况。
• 预测精度：负荷、新能源功率预测误差＜5%，超短期预测偏差可实时修正。

4.2 安全需求

• 网络安全：符合网络安全等级保护三级标准，支持网络隔离（生产网/管理网/外网），防止跨网攻击；支持防DDoS攻击、入侵检测、漏洞扫描，定期进行安全检测和升级。
• 数据安全：
  • 数据传输加密：采用TLS 1.3、国密SM1/SM2/SM3/SM4等加密方式，保障数据传输安全；
  • 数据存储加密：敏感数据（用户信息、交易数据）加密存储，防止数据泄露；
  • 数据备份与恢复：支持定时自动备份（每日备份）、手动备份，备份数据存储≥3份，支持快速恢复（恢复时间≤1h）；
  • 隐私保护：严格保护用户隐私和资源数据，不泄露未授权信息，符合数据隐私相关法规。
• 操作安全：支持操作日志记录（所有用户操作、指令下发、数据修改等），日志存储≥5年，可追溯、可审计；支持指令双重确认、权限校验，防止误操作和恶意操作。

4.3 兼容性需求

• 浏览器兼容：支持Chrome（最新版本）、Edge（最新版本）、Firefox（最新版本），页面显示正常，功能无异常。
• 系统兼容：支持Windows Server 2019及以上版本、Linux（CentOS 8及以上），数据库兼容MySQL 8.0及以上、InfluxDB 2.0及以上、TDengine 3.0及以上。
• 接口兼容：支持与电网EMS系统、电力交易平台、第三方气象平台、用户ERP系统对接，接口协议可自定义适配。

4.4 可扩展性需求

• 功能扩展：支持新增资源类型（如氢能、虚拟储能）、新增市场交易模式、新增调度场景，无需大规模修改系统架构。
• 容量扩展：支持资源终端接入数量、用户数量、数据存储容量的扩展，可通过集群部署、扩容等方式提升系统容量。
• 接口扩展：支持新增接口类型，可快速对接新的第三方平台和终端设备，接口开发周期≤15天。

4.5 易用性需求

• 界面设计：简洁、直观，操作流程清晰，符合电力行业用户操作习惯，减少学习成本；支持自定义界面布局（部分模块）。
• 操作便捷：常用功能（如实时监控、指令下发、报表导出）可快速访问，支持批量操作（资源导入、指令批量下发等）。
• 帮助支持：提供在线帮助文档、操作指引，关键操作步骤有提示；支持告警提醒、操作提醒，帮助用户及时处理相关事项。

5. 接口需求

5.1 内部接口

• 模块间接口：各核心模块（资源聚合、数据采集、调度优化、交易结算等）之间的接口，实现数据互通和功能联动，接口响应时延≤1s，数据传输成功率≥99.9%。
• 数据库接口：平台与时序数据库、关系数据库的接口，支持数据读写、查询、删除等操作，接口稳定，无数据丢失。

5.2 外部接口

• 电网调度接口：与电网EMS系统对接，实现调度指令接收、运行数据上报、安全校核数据交互，支持IEC 60870-5-104等协议。
• 电力交易接口：与电力交易平台对接，实现投标报价、出清结果接收、交易数据上报、结算数据交互，支持API/SDK对接。
• 终端设备接口：与光伏逆变器、储能BMS、智能电表、边缘网关等终端对接，实现数据采集和指令下发，支持DL/T 645、MQTT等协议。
• 第三方接口：与气象平台对接，获取气象数据；与支付平台对接，支持收益结算支付；与发票平台对接，实现发票管理，接口兼容主流第三方平台。

5.3 接口规范

• 接口协议：明确各接口的通信协议、数据格式、字段定义，确保接口对接标准化。
• 接口安全：外部接口支持加密传输、身份认证，防止未授权访问和数据泄露。
• 接口监控：支持接口运行状态监控，接口异常时触发告警，记录接口调用日志，便于排查问题。

6. 交互与原型需求

6.1 整体交互原则

• 一致性：界面布局、操作流程、按钮样式、图标等保持一致，提升用户体验。
• 反馈性：用户操作后（如点击按钮、下发指令），及时给出反馈（如加载提示、操作成功/失败提示）。
• 可撤销：支持误操作撤销（如指令下发后未执行前可撤销），减少操作风险。
• 导航清晰：支持面包屑导航、侧边栏导航，用户可快速定位当前页面，切换不同功能模块。

6.2 核心页面原型要求

• 登录页面：支持账号密码登录、验证码登录，包含忘记密码、注册入口，登录失败提示明确。
• 首页（实时监控看板）：展示核心指标、GIS地图、实时曲线、告警信息，支持快速跳转至各功能模块。
• 资源管理页面：支持资源列表查看、新增、编辑、删除，资源详情页面展示资源实时数据和历史数据。
• 调度优化页面：展示预测结果、调度计划，支持调度模式切换、计划编辑、指令下发。
• 市场交易页面：展示市场价格、投标记录、出清结果，支持投标报价操作。
• 结算管理页面：展示结算明细、收益分成、对账记录，支持报表导出、发票管理。

7. 实施与验收需求

7.1 实施计划

1. 需求调研与方案设计（1-2个月）：明确用户详细需求，完成系统架构设计、数据库设计、接口设计。
2. 开发实现（3-4个月）：完成各核心模块开发、接口开发、前端页面开发，进行单元测试。
3. 联调测试（1个月）：完成模块间联调、外部接口联调、系统集成测试、性能测试、安全测试。
4. 试运行（1个月）：部署系统，接入部分资源进行试运行，收集用户反馈，优化系统问题。
5. 正式上线（1周）：完成系统部署、数据迁移、用户培训，正式投入使用。
6. 优化迭代（长期）：根据用户需求和市场变化，持续优化系统功能，提升系统性能。

7.2 验收标准

• 功能验收：所有核心功能符合本文档需求，无功能缺失、异常，操作流程顺畅。
• 性能验收：响应速度、可靠性、并发能力、预测精度等符合非功能需求要求。
• 安全验收：通过网络安全等保三级测评，数据安全、操作安全符合需求，无安全漏洞。
• 接口验收：内部接口、外部接口对接正常，数据传输准确、稳定，接口响应符合要求。
• 文档验收：提供完整的技术文档（系统设计文档、接口文档、测试报告、用户手册等）。

8. 风险与应对措施

9. 附则

9.1 文档更新

本文档将根据产品需求变更、政策调整、技术升级等情况及时更新，更新后需通知相关方，确保各方使用最新版本文档。

9.2 责任说明

本文档明确的需求为产品开发、测试、验收的核心依据，若因需求理解偏差导致产品不符合实际业务需求，由产品方、开发方、需求方共同协商解决。

9.3 生效日期

本文档自发布之日起生效。