江苏安科瑞電器製(zhi)造有限公司 214400
杨興媚
作為(wei)典型的人口聚集、负荷(he)密集區域(yu)，上海市具有(you)外來電(dian)比例高、本地资源禀賦不足的特點。从发電侧(ce)角度來看，近年來(lai)上海(hai)風、光等新能源(yuan)发電裝機比例逐年提升，傳統的火電逐渐成(cheng)為調節性发電(dian)资源；从负(fu)荷(he)侧角度來看上海以第三產業為主，夏冬兩季负荷峰谷差逐(zhu)年拉大(da)，峰谷差(cha)達48.5%（1312萬kW）。與此同時(shi)上海商業(ye)建筑密集，電動汽车保有量总規模也是全國较高，可調節负荷(he)资源超過8760MW，其中包括(kuo)工業负荷1230MW、商業负荷2160MW、電動汽车负荷1000MW等，加之上海的企業微(wei)電網数字化程度比较高(gao)，所以虚擬(ni)電廠在上海有得天独(du)厚的发展条件，上海市也成為全國首批建設(she)虚擬電廠的城市之一(yi)，並且目(mu)前已取得一定的(de)成效。
(本文部分资料來源於微(wei)信公衆號(hao)：電氣思享《虚擬電廠在上海的實践探索》)
1 上海黄(huang)浦區商業建筑虚擬電廠示範項目
2020年上海市公(gong)共建筑能耗(hao)分析報告中指出，在上海市建筑(zhu)的分項用電(dian)数據中，空調設(she)備與照明類電器設備在用電(dian)总量占據份额超過整體的70%。在以空調负荷、照明负(fu)荷(he)為主的负荷體系下，商業建筑中(zhong)的负荷具有灵活可調的性能，能够(gou)在電力(li)市場中发挥巨大的調峰作用和經濟价值。
黄浦區作為上海市商業建筑的密集(ji)聚(ju)集區，擁有超過200幢大型商業建筑，並且(qie)很重要的一點是(shi)在原有建筑中配備能耗监測裝置，有(you)完備的数(shu)字化基礎条件實施需求響應項目。目前黄浦區内約50%的商業建(jian)筑接入了虚(xu)擬電廠平臺。根據用戶參與情况(kuang)，對優良资(zi)源開展自動需求改造，采用自動需求響應技術實現(xian)對用戶侧設備的調控。截止2021年，上海市黄浦區智慧虚擬電廠平臺(tai)已納入黄浦區商業楼宇(yu)130幢，注(zhu)册響(xiang)應资源約60MW商業建筑需求(qiu)響(xiang)應资源，包含了冷水(shui)機組、風冷熱(re)泵、電熱锅炉、動力照明(ming)、充電桩等大量可(ke)控用電設(she)備。黄浦區虚擬(ni)電廠實現了在不降低用(yong)戶用能體驗的前提下，针對用(yong)戶(hu)的一楼一策個性化定製。
2 上海嘉定區泛在電力物聯網智(zhi)慧充放電示範試點(dian)項目
嘉定是上海汽车產業(ye)聚集地(di)，嘉定供電公司與(yu)國網電動汽车服務有限公司合作(zuo)開展泛在電力物聯網智慧充放電示範試點項目，應用V2G技(ji)術和有序充電技術，統筹(chou)协調電(dian)動汽车與電網電力電量平衡，合理地提高電動汽车(che)與電網协調運行的有(you)序性、可靠性、經濟性(xing)，實現電動汽车、储(chu)能、分布式電源、微電網等新型用能設(she)備的即插即(ji)用、数據感知、采集和(he)控製，統一协(xie)調(diao)，有序運行。智慧有序充電建設通過對用戶充電行為、用能(neng)行為的(de)灵活引导與主動調控，降低配變(bian)峰值(zhi)负荷超過30%，將80%充電量優化調整到了(le)配變负荷低谷時段，使配變接納充電桩能(neng)力提高4倍，顯著提升(sheng)配電網资(zi)源利用率，實現削峰填(tian)谷(gu)。
3 企業(ye)微電網数字化是虚擬電廠的基礎(chu)建設
从黄浦區的商業建筑虚擬電廠示範試點項目和嘉定區泛在電(dian)力物聯網智慧充(chong)放電示範試點項目來看，虚(xu)擬電廠的建設對電網調峰填(tian)谷、合(he)理利用新能源的(de)提升作用是巨大的，带來的(de)經濟效益也非常明顯。
上海之所以成為全國(guo)首批建設虚(xu)擬電廠的城市之一，並(bing)且能快速取得成效的主要原因有以(yi)下几點：一是上(shang)海是商業非常发達的大都市，同時也是電動汽车存量较高的城市，用(yong)戶负荷中空調、照明和充電桩所占(zhan)比例比(bi)较大，季節因素容易导(dao)致峰谷(gu)差大，需(xu)要有一定的調峰(feng)填谷手段來促使充分消納新能源，維持電網稳定運行；二是以空調、照明和充電桩為(wei)主的商業负荷具有灵活可調的(de)特點，大規模的可控负荷聚合是虚擬電(dian)廠的必要条件(jian)；三是上海的商業建(jian)筑基本都配備能耗监測裝(zhuang)置和能源管理系統，已經(jing)實現了建筑能源的数字(zi)化管理，有完備的数字化基礎(chu)建設實施虚擬電廠的需求(qiu)響應，这樣便能以较快的速度和较少的(de)成本(ben)實現虚擬電廠的搭建和運行，不存在很(hen)多地區企業微電網数字化水平低的瓶颈製(zhi)約。
4 怎麼建(jian)立企業微電網数字化(hua)
安科瑞在上海參與了衆多的企業微(wei)電網数字化建設(she)項目，比如上海(hai)某(mou)區191栋(dong)商業辦公建筑的能(neng)耗数字化管理系統(见圖1)、嘉定區140多所(suo)學校的配電数字化運維系統(tong)(见圖2)、张江園區31栋(dong)建筑的用電管理系(xi)統等，数量衆多的微(wei)電網数字(zi)化系統匯聚成了上海虚擬電廠建設的基礎。
圖1 191栋商業辦公建筑能(neng)耗数字化管理系統
圖2 嘉定區140所學(xue)校配電(dian)数字化運維系統
企業微電網的数字化系統(EMS)包含安(an)裝於現(xian)場的傳感器、智能網關和微電網数字化软(ruan)件(jian)。傳感器用於监測和控製建筑(zhu)的负荷設備和分布(bu)式发電設備(系統)，現場傳感器的数據接(jie)入边缘計算(suan)智能網關，每個智(zhi)能網關可以看做是一個區域(yu)指挥部，采集所接傳(chuan)感器数(shu)據進行协議轉换后上傳EMS或轉发第三方(fang)平臺，網關可以根據预設阈值或自動學習來執行逻輯計算，並執行EMS的(de)指令。EMS可以看做是企業微電網的指挥部，根據智能網關上傳的数(shu)據生成各類圖表(biao)、控製策略和分析(xi)結(jie)论，並響應虚擬電廠的(de)調(diao)度指令，系(xi)統架構圖如圖3所示。
圖3 企業微電網数字化(hua)系統(tong)(EMS)網絡架(jia)構(gou)
AcrelEMS企業(ye)微(wei)電網数字化系統融入企業负荷侧的電力监控、能耗(hao)統計、電能質量(liang)分析及(ji)治理、智能照明控製、主要(yao)用能設備监控(kong)、充電(dian)桩運營管理、分布式光伏监控、储能管(guan)理等功能，用戶通過一個平臺即可全局、整體的對(dui)企業微電網進行進(jin)行集中监控、統一調度、統一運(yun)維(wei)，同時满足企業用電可靠、安(an)全、節約、有序用電要(yao)求(qiu)。
5 微電網数字化系統功能
5.1 電力监控
對企業高低(di)壓變配電系統的變(bian)壓器、断路器、直流屏(ping)、母排、无(wu)功补偿柜及電(dian)缆等配電相關設備的電氣參数、運行状態、接點温度進行實時监測(ce)和控製，监測企業微電網主要回路(lu)的電能質量(liang)並進行治理，對故障及時處理並(bing)发出告警信息，提高(gao)企業供電可靠性。
圖4 電力监控功能
5.2 能耗分析
采集企業電、水、燃氣等能(neng)源(yuan)消耗，進行分(fen)類分項能耗統計，計算單位面积或單位產品的能耗数據以(yi)及(ji)趨勢，對標主(zhu)要用能設備能效進行(xing)能效诊断，計算企業碳排放，為企業(ye)製定碳達峰、碳中和路線(xian)提供数據支持。
圖5 能耗分析功能
5.3 照明控製
智能照明控製功能可以根據企業情况(kuang)實現(xian)定時控製、光照感應控製、場(chang)景(jing)控製、調光控(kong)製等(deng)，並結合紅外傳感器、超聲波傳感器，實(shi)現人來燈(deng)亮、人走(zou)燈滅，並可以根(gen)據系統的控製策略(lve)實現集中控製，為企(qi)業節約照明用電。
圖6 照明控製功能
5.4 分布式光伏监控
监測企業分布式光(guang)伏電站運行(xing)情况，包括逆變(bian)器運行数據(ju)、光伏(fu)发電效率分析、发電量及收益統計以及光伏发電(dian)功率控製。
圖7 分布式光伏发電监測
5.5 储能管理
监測储能系統、電池管理系統(tong)(BMS)和储能變流器(qi)(PCS)運行，包括(kuo)運行模式、功率控製模(mo)式，功率、電壓、電流、頻率等(deng)预定值(zhi)信息、储能電池(chi)充放電電壓(ya)、電流、SOC、温(wen)度，根據企業峰谷特(te)點和電价波動以及上級平臺指令設置储(chu)能系統的充放電策略，控製储能系統充放電，實現削峰填(tian)谷(gu)，降低企(qi)業用(yong)電成本。
圖8 储能管理
5.6 充電桩運營管理
监測企業充電(dian)桩的運(yun)行状態，提供充電桩收費管理和(he)状態监測(ce)功能，並根據企業负荷率變化和虚擬電廠的調度指(zhi)令調節(jie)充電桩的充電功率，使(shi)企業微電網稳定安全運行。
圖9 充電桩管理
5.7 需求響應
根據企業负荷波動(dong)数據，再結合虚擬電廠的調度(du)指令，決定(ding)以何種方式參與(yu)電網需求響應，平臺(tai)可通過給储能系統下发(fa)控製策略，調(diao)整充发電時間。平臺在需求響應時間段調(diao)整可控负荷功(gong)率，停止給可中断负荷供(gong)電，並且可以根據企業可(ke)控负荷数(shu)據製定需求響應控製策略，實現一键響應(ying)。
圖10 企業(ye)微(wei)電網数字化系統需求響應示意圖
5 微電網数字化系(xi)統硬件(jian)設備
安科瑞针對企業微(wei)電網数字化系(xi)統除了软件外，還具備現(xian)場傳感器、智能網(wang)關等設(she)備，組成(cheng)了完整的“云-边-端”数字化體(ti)系，具體包括(kuo)高低壓配電綜合保護和监測(ce)產品、電能質量在線(xian)监測裝置、電能(neng)質量治理、照(zhao)明控製、新(xin)能源充電桩、電氣消防類解決方案等，可以為(wei)企業微電網数字化提供一站式(shi)服務能力，部分設備见表1。
表1 企業微電網数字(zi)化建設部分硬件設備
6 結束语
面向未來，AcrelEMS企業微電網数字化(hua)平臺將(jiang)結合行業特點、服務“雙碳”目標，积極利用安科(ke)瑞“云-边-端”的產品體系和企業微電網数字化技術积累帮助企業改造傳統(tong)電(dian)網，加速推動(dong)企業微(wei)電網向更加智慧、更加安(an)全、更加(jia)友好的能(neng)源数字化升級，為促使區域虚(xu)擬電廠建設作出持續(xu)貢献。同時安科(ke)瑞已經建設的数以千計的企業微電網数字化系統可能也將根據企業意愿成為匯聚成虚擬電(dian)廠的涓涓細流。
工矿企業