【節(jié)能學(xué)院】淺談虛擬電廠(chǎng)與企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)

摘要：2023年1月8日，微信公眾號(hào)魚(yú)眼看電改(作者俞慶)發(fā)表了文章《虛擬電廠(chǎng)與負(fù)荷側(cè)數(shù)字化》，原文如下：

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綜述

看完文章受益頗豐，本文主要是想結(jié)合文章探討電力用戶(hù)負(fù)荷側(cè)，也就是企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)方式及其意義。

虛擬電廠(chǎng)本質(zhì)上是運(yùn)用能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把數(shù)以千計(jì)的企業(yè)微電網(wǎng)分散的可控負(fù)荷、充電樁、分布式光伏、分布式儲(chǔ)能等整合起來(lái)，變成具有一定規(guī)模、可調(diào)節(jié)的負(fù)荷資源和發(fā)電容量，通過(guò)這個(gè)看不見(jiàn)的“電廠(chǎng)”來(lái)配合大電網(wǎng)的需求響應(yīng)，解決電網(wǎng)峰谷差大、局部電力供應(yīng)緊張等問(wèn)題的同時(shí)從中獲利，這對(duì)電網(wǎng)和用電企業(yè)是雙贏的。今年以來(lái)，虛擬電廠(chǎng)頻獲政策支持，在行業(yè)內(nèi)掀起發(fā)展熱潮，主要原因在于我國(guó)電力峰谷差矛盾日益突出，未來(lái)在緩解供需矛盾，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和靈活性上，虛擬電廠(chǎng)可以發(fā)揮出關(guān)鍵作用。

虛擬電廠(chǎng)在國(guó)外已經(jīng)有比較成熟的運(yùn)行機(jī)制，但是現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)虛擬電廠(chǎng)落地的項(xiàng)目很少，且大多為試點(diǎn)項(xiàng)目，如俞慶先生所說(shuō)一方面是虛擬電廠(chǎng)目前無(wú)法持續(xù)盈利；另一方面虛擬電廠(chǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，也就是數(shù)量眾多的企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化程度太低，前期需要投入較多的資源先實(shí)現(xiàn)企業(yè)微電網(wǎng)的數(shù)字化。企業(yè)微電網(wǎng)側(cè)低水平的數(shù)字化，已經(jīng)成為虛擬電廠(chǎng)發(fā)展的制約之一。

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怎么建立企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化

企業(yè)的能源管理意識(shí)決定了企業(yè)電網(wǎng)的數(shù)字化水平，專(zhuān)家預(yù)測(cè)接下來(lái)會(huì)有進(jìn)一步的政策（比如需求響應(yīng)、能源雙控、碳排放約束）和價(jià)格激勵(lì)機(jī)制去推動(dòng)企業(yè)建立微電網(wǎng)數(shù)字化，為虛擬電廠(chǎng)的推廣和發(fā)展做好基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，同時(shí)也提高企業(yè)的能源管理意識(shí)，并通過(guò)數(shù)字化的能源管理對(duì)企業(yè)產(chǎn)生價(jià)值。那企業(yè)怎么建立適用于自身的微電網(wǎng)數(shù)字化呢？

企業(yè)微電網(wǎng)的數(shù)字化系統(tǒng)(EMS)包含安裝于現(xiàn)場(chǎng)的傳感器、智能網(wǎng)關(guān)和微電網(wǎng)數(shù)字化軟件。傳感器用于監(jiān)測(cè)和控制企業(yè)內(nèi)部的負(fù)荷設(shè)備和分布式發(fā)電設(shè)備(系統(tǒng))，現(xiàn)場(chǎng)傳感器的數(shù)據(jù)接入邊緣計(jì)算智能網(wǎng)關(guān)，每個(gè)智能網(wǎng)關(guān)可以看做是一個(gè)區(qū)域指揮部，采集所接傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換后上傳EMS和轉(zhuǎn)發(fā)第三方系統(tǒng)，網(wǎng)關(guān)可以根據(jù)預(yù)設(shè)閾值或自動(dòng)學(xué)習(xí)來(lái)執(zhí)行邏輯計(jì)算，并執(zhí)行EMS的指令。EMS可以看做是企業(yè)微電網(wǎng)的指揮部，根據(jù)智能網(wǎng)關(guān)上傳的數(shù)據(jù)生成各類(lèi)圖表、控制策略和分析結(jié)論，并按照設(shè)置的權(quán)限響應(yīng)虛擬電廠(chǎng)的調(diào)度指令，這樣數(shù)量眾多的EMS就構(gòu)成了虛擬電廠(chǎng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)(EMS)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)融合企業(yè)負(fù)荷側(cè)的電力監(jiān)控、能耗統(tǒng)計(jì)、電能質(zhì)量分析及治理、智能照明控制、主要用能設(shè)備監(jiān)控、充電樁運(yùn)營(yíng)管理、分布式光伏監(jiān)控、儲(chǔ)能管理等功能，用戶(hù)通過(guò)一個(gè)平臺(tái)即可全局、整體的對(duì)企業(yè)微電網(wǎng)進(jìn)行進(jìn)行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一運(yùn)維，同時(shí)滿(mǎn)足企業(yè)用電可靠、安全、節(jié)約、有序用電要求。

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微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)功能

3.1 電力監(jiān)控

對(duì)企業(yè)35kV變電站至0.4kV配電涉及的變壓器、斷路器、直流屏、母排、無(wú)功補(bǔ)償柜及電纜等配電相關(guān)設(shè)備的電氣參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)、接點(diǎn)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，監(jiān)測(cè)企業(yè)微電網(wǎng)主要回路的電能質(zhì)量并進(jìn)行治理，對(duì)故障及時(shí)處理并發(fā)出告警信息，提高企業(yè)供電可靠性。

圖2 企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)(EMS)電力監(jiān)控

3.2 能耗分析

采集企業(yè)電、水、燃?xì)獾饶茉聪模M(jìn)行分類(lèi)分項(xiàng)能耗統(tǒng)計(jì)，計(jì)算單位面積或單位產(chǎn)品的能耗數(shù)據(jù)以及趨勢(shì)，對(duì)標(biāo)主要用能設(shè)備能效進(jìn)行能效診斷，計(jì)算企業(yè)碳排放，為企業(yè)制定碳達(dá)峰、碳中和路線(xiàn)提供數(shù)據(jù)支持。

圖3 企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)(EMS)能耗分析

3.3 照明控制

智能照明控制功能可以根據(jù)企業(yè)情況實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制、光照感應(yīng)控制、場(chǎng)景控制、集中控制、調(diào)光控制等，并結(jié)合紅外傳感器、超聲波傳感器，實(shí)現(xiàn)人來(lái)燈亮、人走燈滅，為企業(yè)節(jié)約照明用電。

圖4 企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)(EMS)照明控制

3.4 分布式光伏監(jiān)控

監(jiān)測(cè)企業(yè)分布式光伏電站運(yùn)行情況，包括逆變器運(yùn)行數(shù)據(jù)、光伏發(fā)電效率分析、發(fā)電量及收益統(tǒng)計(jì)以及光伏發(fā)電功率控制。

圖5 企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)(EMS)光伏發(fā)電監(jiān)測(cè)

3.5 儲(chǔ)能管理

監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)(BMS)和儲(chǔ)能變流器(PCS)運(yùn)行，包括運(yùn)行模式、功率控制模式，功率、電壓、電流、頻率等預(yù)定值信息、儲(chǔ)能電池充放電電壓、電流、SOC、溫度，根據(jù)企業(yè)峰谷特點(diǎn)和電價(jià)波動(dòng)設(shè)置儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電策略，控制儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電模式，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，降低企業(yè)用電成本，見(jiàn)圖6。

圖6 儲(chǔ)能管理

3.6 充電樁運(yùn)營(yíng)管理

監(jiān)測(cè)企業(yè)微電網(wǎng)充電樁的運(yùn)行狀態(tài)，提供充電樁收費(fèi)管理和狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能，并根據(jù)企業(yè)負(fù)荷率變化和虛擬電廠(chǎng)的調(diào)度指令調(diào)節(jié)充電樁的充電功率，使企業(yè)微電網(wǎng)穩(wěn)定安全運(yùn)行。

圖7 充電樁管理

3.7 需求響應(yīng)

根據(jù)企業(yè)負(fù)荷波動(dòng)數(shù)據(jù)，再結(jié)合虛擬電廠(chǎng)的調(diào)度指令，決定以何種方式參與電網(wǎng)需求響應(yīng)，平臺(tái)可通過(guò)給儲(chǔ)能系統(tǒng)下發(fā)控制策略，調(diào)整充發(fā)電時(shí)間。平臺(tái)在需求響應(yīng)時(shí)間段調(diào)整可控負(fù)荷功率，停止給可中斷負(fù)荷供電。并且可以根據(jù)企業(yè)可控負(fù)荷數(shù)據(jù)制定需求響應(yīng)控制策略，實(shí)現(xiàn)一鍵響應(yīng)。

圖8 企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)需求響應(yīng)示意圖

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微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)硬件設(shè)備

安科瑞針對(duì)企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)除了軟件外，還具備現(xiàn)場(chǎng)傳感器、智能網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，還包括了高低壓配電綜合保護(hù)和監(jiān)測(cè)產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置、電能質(zhì)量治理、照明控制、新能源充電樁、電氣消防類(lèi)解決方案等，可以為企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化提供一站式服務(wù)能力。

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結(jié)束語(yǔ)

如文章所說(shuō)“負(fù)荷側(cè)數(shù)字化，本質(zhì)是管理意識(shí)提升”，企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)是大勢(shì)所趨，是虛擬電廠(chǎng)發(fā)展的必要條件，也是企業(yè)自身提高能源管理水平的必要手段。隨著雙碳政策和電改政策的推進(jìn)，要提高能源利用效率，解決電網(wǎng)峰谷差大的問(wèn)題，必然會(huì)有越來(lái)越多的政策工具走上臺(tái)面，包括加大電價(jià)浮動(dòng)、拉大峰谷電價(jià)差、能耗雙控等等，在這種情況下僅依賴(lài)人工的管理是無(wú)法適應(yīng)政策和電價(jià)變化的。而提前建立和適應(yīng)了能源數(shù)字化管理的企業(yè)將會(huì)更快獲得用電成本的優(yōu)勢(shì)，切實(shí)享受電改政策紅利。