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2023年11月14日，由國家電投統(tǒng)籌，山東總公司（山東院）研究編制的《綜合智慧零碳電廠通則》在全國團體標準信息平臺正式發(fā)布，成為綜合智慧零碳電廠相關標準?！毒C合智慧零碳電廠通則》提出了綜合智慧零碳電廠構建術語和定義、總則、技術方案架構、主要干系方、技術指標、核心價值和效用評價等9部分內容，探索以農(nóng)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、園區(qū)、城市等場景為核心，聚合分布式新能源、用戶側儲能、可調節(jié)負荷等資源，構筑源網(wǎng)荷儲一體自平衡體的有效路徑，為綜合智慧零碳電廠項目開發(fā)、設計、建設提供重要依據(jù)。
1 綜合智慧零碳電廠前景廣闊
2022年8月國家電投提出“雪炭N行動"，重點是打造綜合智慧零碳電廠，這是國家電投創(chuàng)新打造的一種能源保供新模式。利用電力網(wǎng)連接，通過協(xié)調控制、智能計量以及信息通信等關鍵技術，將相對分散的源、網(wǎng)、荷、儲等元素通過智慧電廠管理系統(tǒng)進行集成調控，構建對內協(xié)調平衡、對外與電網(wǎng)友好互助的“智慧調控+用戶側可控負荷/儲能/分布式電源"聚合體，在電力保供中發(fā)揮積極作用。2023年國電投已有36個“綜合智慧零碳電廠"項目開工，其中風電規(guī)模95MW、儲能588MW/1600MWh、用戶側聚合可調負荷304MW、能力300MW、調峰能力1050MW。
不光是國家電投這樣的央企進軍綜合智慧零碳電廠領域，各地相關部門也在紛紛出臺支持包括虛擬電廠在內的新能源發(fā)展政策。雖然當前虛擬電廠在新型電網(wǎng)中所占比重很小，但是相信在不久的將來，綜合智慧零碳電廠將為電力系統(tǒng)削峰填谷、保供降碳起到重大作用。
2 企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)建設正當時
2.1 企業(yè)微電網(wǎng)智能化是綜合智慧零碳電廠快速發(fā)展的基礎
綜合智慧零碳電廠實際上是眾多用電企業(yè)微電網(wǎng)的聚合體，包括企業(yè)分布式光伏、儲能系統(tǒng)、可調節(jié)負荷、汽車充電樁等，根據(jù)電網(wǎng)負荷波動進行需求響應來保障電網(wǎng)安全，降低企業(yè)供用電成本。
目前綜合智慧零碳電廠響應資源主要是根據(jù)當?shù)赜秒娖髽I(yè)的負荷結構而定，比如上海市虛擬電廠是以商業(yè)樓宇、充電樁、分布式光伏和儲能為主；嘉興市虛擬電廠管理平臺已接入涵蓋儲能、空調負荷、充電樁、光伏電站、5G基站等負荷資源4920MW。同時電網(wǎng)公司也加強力度組織調用虛擬電廠負荷資源進行削峰填谷，立足“政府主導、電網(wǎng)主動、企業(yè)主體"的建設模式，進一步為虛擬電廠盈利兌現(xiàn)創(chuàng)造條件，未來綜合智慧零碳電廠快速發(fā)展必然離不開企業(yè)微電網(wǎng)的智能化改造。
2.2 新能源建設成本大幅降低
隨著電改走向深水區(qū)，從用電企業(yè)的角度來看，如若不會合理使用、調度新能源和企業(yè)內部的負荷資源，企業(yè)的用電成本將可能不降反升，對于高能耗企業(yè)來說，這也會進一步壓縮企業(yè)的利潤空間。2023年以來國內光伏、鋰電池產(chǎn)能過剩導致光伏組件、儲能系統(tǒng)價格大幅下跌。光伏組件價格出現(xiàn)了每瓦低于1元的價格，這個價格只有去年同期50%左右。儲能鋰電池價格同樣大幅下降，儲能系統(tǒng)中標均價甚至低至0.9元/Wh，這和一年前2元/Wh左右的成本相比已經(jīng)下降50%以上，這也導致投資光伏、儲能系統(tǒng)建設的度電成本越來越低，投資回報率越來越高。這也導致優(yōu)質用電企業(yè)都是綜合能源投資的香餑餑，本著誰投資誰受益的原則，對企業(yè)來說現(xiàn)階段也是投資建立自身企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)的*佳時機，這也將為企業(yè)在將來的能源變革中取得更大的話語權和靈活性。
3 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)解決方案
AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)融合企業(yè)電力監(jiān)控、能耗統(tǒng)計、電能質量分析及治理、智能照明控制、主要用能設備監(jiān)控、充電樁運營管理、分布式光伏監(jiān)控、儲能管理等功能，用戶通過一個平臺可全局、整體的對企業(yè)微電網(wǎng)進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調度、統(tǒng)一運維，幫助企業(yè)提高供電可靠性，就地消納新能源發(fā)電，提高用電效率，降低用電成本，功能見圖1 所示。
圖1 企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)功能示意圖
企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)包含安裝于現(xiàn)場的電量傳感器、邊緣計算網(wǎng)關和能效管理軟件。電量傳感器用于監(jiān)測和控制企業(yè)的負荷設備和分布式發(fā)電設備，傳感器的數(shù)據(jù)接入邊緣計算網(wǎng)關，每個網(wǎng)關可以看做是一個區(qū)域指揮部，采集所接傳感器數(shù)據(jù)進行協(xié)議轉換后上傳AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理軟件或轉發(fā)第三方平臺，網(wǎng)關可以根據(jù)預設閾值或自動學習來執(zhí)行邏輯計算，并AcrelEMS執(zhí)行的指令。AcrelEMS可以看做是企業(yè)微電網(wǎng)的指揮部，根據(jù)網(wǎng)關上傳的數(shù)據(jù)生成各類圖表、控制策略和分析結論，并響應虛擬電廠的調度指令，系統(tǒng)架構圖如圖2所示。
圖2 企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構
3.1 企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)功能
電力監(jiān)控
對企業(yè)高低壓變配電系統(tǒng)的變壓器、斷路器、直流屏、母排、無功補償柜及電纜等配電相關設備的電氣參數(shù)、運行狀態(tài)、接點溫度進行實時監(jiān)測和控制，監(jiān)測企業(yè)微電網(wǎng)主要回路的電能質量并進行治理，對故障及時處理并發(fā)出告警信息，提高企業(yè)供電可靠性。
圖3 電力監(jiān)控功能
能耗分析
采集企業(yè)電、水、燃氣等能源消耗，進行分類分項能耗統(tǒng)計，計算單位面積或單位產(chǎn)品的能耗數(shù)據(jù)以及趨勢，對標主要用能設備能效進行能效診斷，計算企業(yè)碳排放，為企業(yè)制定碳達峰、碳中和路線提供數(shù)據(jù)支持。
圖4 能耗分析功能
照明控制
智能照明控制功能可以根據(jù)企業(yè)情況實現(xiàn)定時控制、光照感應控制、場景控制、調光控制等，并結合紅外傳感器、超聲波傳感器，實現(xiàn)人來燈亮、人走燈滅，并可以根據(jù)系統(tǒng)的控制策略實現(xiàn)集中控制，為企業(yè)節(jié)約照明用電。
圖5 照明控制功能
分布式光伏監(jiān)控
監(jiān)測企業(yè)分布式光伏電站運行情況，包括逆變器運行數(shù)據(jù)、光伏發(fā)電效率分析、發(fā)電量及收益統(tǒng)計以及光伏發(fā)電功率控制。
圖6 分布式光伏發(fā)電監(jiān)測
儲能管理
監(jiān)測儲能系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)(BMS)和儲能變流器(PCS)運行，包括運行模式、功率控制模式，功率、電壓、電流、頻率等預定值信息、儲能電池充放電電壓、電流、SOC、溫度，根據(jù)企業(yè)峰谷特點和電價波動以及上級平臺指令設置儲能系統(tǒng)的充放電策略，控制儲能系統(tǒng)充放電，實現(xiàn)削峰填谷，降低企業(yè)用電成本。
圖7 儲能管理
充電樁運營管理
監(jiān)測企業(yè)充電樁的運行狀態(tài)，提供充電樁收費管理和狀態(tài)監(jiān)測功能，并根據(jù)企業(yè)負荷率變化和虛擬電廠的調度指令調節(jié)充電樁的充電功率，使企業(yè)微電網(wǎng)穩(wěn)定安全運行。
圖9 充電樁管理
需求響應
根據(jù)企業(yè)負荷波動數(shù)據(jù)，再結合虛擬電廠的調度指令，決定以何種方式參與電網(wǎng)需求響應，平臺可通過給儲能系統(tǒng)下發(fā)控制策略，調整充發(fā)電時間。平臺在需求響應時間段調整可控負荷功率，停止給可中斷負荷供電，并且可以根據(jù)企業(yè)可控負荷數(shù)據(jù)制定需求響應控制策略，實現(xiàn)一鍵響應。
此外，AcrelEMS還具備電能質量監(jiān)測和治理、電氣安全監(jiān)測、電能預付費管理、設備臺賬、運維工單管理、3D建模等功能，幫助用電企業(yè)實現(xiàn)供配電網(wǎng)絡的數(shù)字化管理。
3.2 企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)硬件設備
安科瑞針對企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)除了軟件外，還具備現(xiàn)場傳感器、邊緣計算網(wǎng)關等設備，組成了完整的“云-邊-端"能源互聯(lián)網(wǎng)體系，具體包括高低壓配電綜合保護和監(jiān)測產(chǎn)品、電能質量在線監(jiān)測裝置、電能質量治理、照明控制、新能源充電樁、電氣消防類解決方案等，可以為企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)建設提供一站式服務，部分設備見表1。
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 | 應用 |
中高壓微機保護裝置 |
| AM6 | 實現(xiàn)110kV至10kV回路的保護、測量和自動控制功能 | 110kV及以下電壓等級 |
電能質量在線監(jiān)測裝置 |
| APView500 | 實時監(jiān)測電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諧波等電能質量，記錄各類電能質量事件，記錄事件發(fā)生前后的波形，輔助用戶分析電能質量發(fā)生的原因,定位擾動源。 | 高低壓進線回路 |
動態(tài)諧波無功補償系統(tǒng) |
| AnCos*/*-G Ⅰ型 | 同時具備諧波治理、無功功率線性補償與三相電流平衡治理和穩(wěn)定電壓的功能,響應時間快，精度高、運行穩(wěn)定，能根據(jù)系統(tǒng)的無功特性自動調整輸出，動態(tài)補償功率因數(shù)； | 0.4kV電能質量治理 |
網(wǎng)絡電力儀表 |
| APM500 | 具有全電量測量，諧波畸變率、電壓合格率統(tǒng)計、電能統(tǒng)計，開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出。 | 主要用于高低壓電能監(jiān)測和電能管理 |
電能表 |
| DTSD1352 | 具有全電量測量，電能統(tǒng)計，80A內可直接接入，導軌安裝。 | 低壓配電箱 |
物聯(lián)網(wǎng)儀表 |
| ADW300W | 主要用于計量中低壓配電的三相電氣參數(shù)，采集狀態(tài)量并控制斷路器，可靈活安裝于配電箱內，自帶開口式互感器，可實現(xiàn)不停電安裝，具備RS485、4G、LoRaWan無線通信功能，適用于配電系統(tǒng)數(shù)字化改造。 | 微電網(wǎng)數(shù)字化改造 |
物聯(lián)網(wǎng)儀表 |
| ARCM300 | 三相交流電能計量、漏電電流測量、諧波分析、4路溫度采集功能，通過對配電回路的剩余電流、導線溫度等火災危險參數(shù)實施監(jiān)控和管理，可采集狀態(tài)量或控制斷路器，具備RS485通訊或4G通訊功能。 | 微電網(wǎng)電氣消防和數(shù)字化改造 |
多回路監(jiān)測儀表 |
| DTSD1352-4S | 12路單相或4路三相交流電氣數(shù)據(jù)采集，包括電流、電壓、功率、電能等，自帶開口式電流互感器，2DI/2DO，RS485通訊接口。 | 交流多回路計量 |
智慧微斷 |
| ASCB1-63 | 產(chǎn)品由智能微斷與智能網(wǎng)關兩部分組成，可用于對用電線路的關鍵電氣因素，如電壓、電流、功率、溫度、漏電、能耗等進行實時監(jiān)測，具有遠程操控、預警保護、短路保護、電能計量統(tǒng)計、故障定位等功能，分為1P/2P/3P/4P單/三相多種電流規(guī)格，*大63A，RS485通訊接口。 | 三相交流回路 |
直流電能表 |
| DJSF1352-RN | 可測量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率以及正反向電能等，配套霍爾傳感器(可選)。 | 直流計量 |
馬達保護 |
| ARD3M | 電動機保護控制器，適用于額定電壓至 660V 的低壓電動機回路，集保護、測量、控制、通訊、運維于一體。其完善的保護功能確保電動機安全運行，強大的邏輯可編程功能可以滿足各種控制要求，多種可選配的通訊方式適應現(xiàn)場不同的總線通訊需求。 | 電機保護控制 |
遙信遙控單元 |
| ARTU-KJ8 | 8路狀態(tài)量采集，8路控制輸出，導軌式安裝，485通訊，可實現(xiàn)斷路器或接觸器的遠程控制和狀態(tài)量采集。 | 狀態(tài)量采集和控制輸出 |
照明控制器 |
| ASL220Z-Sx/16 | 通過集中控制、感應控制、定時控制、經(jīng)緯度、調光控制等控制方式避免長明燈，節(jié)約照明能源，延長燈具壽命。 | 照明控制 |
充電樁 |
| AEV200-DC160S | 7kW交流充電樁和30/60/120/160kW直流充電樁。具備測量、控制與保護的功能，如運行狀態(tài)監(jiān)測、故障狀態(tài)監(jiān)測、充電計量與計費以及充電過程的聯(lián)動控制等。 | 充電樁運營和充電控制 |
邊緣計算 網(wǎng)關 |
| ANet-2E4SM | 邊緣計算網(wǎng)關，嵌入式linux系統(tǒng)，網(wǎng)絡通訊方式具備Socket方式，支持XML格式壓縮上傳，提供AES加密及MD5身份認證等安全需求，支持斷點續(xù)傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議 | 電量、環(huán)境等數(shù)據(jù)采集、轉換和邏輯判斷 |
表1 企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)建設部分硬件設備
4 未來展望
面向未來，AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)將結合行業(yè)特點、服務企業(yè)“雙碳"目標，積極利用安科瑞“云-邊-端"的能效系統(tǒng)體系和企業(yè)微電網(wǎng)能效管理技術積累幫助企業(yè)改造傳統(tǒng)電網(wǎng)，推動企業(yè)微電網(wǎng)向更加智慧、更加安全、更加友好的智慧能源系統(tǒng)升級。未來新型電力系統(tǒng)中，眾多企業(yè)微電網(wǎng)將通過綜合智慧零碳電廠調度平臺和大電網(wǎng)的互動也會越來越頻繁，而提前建立和適應了企業(yè)微電網(wǎng)能效系統(tǒng)的企業(yè)將更有話語權。
