從虛擬電廠在上海的實踐探索看企業微電網數字化的意義

hth下载地址 陳聰

作為(wei) 典型的人口聚集、負荷密集區域，上海市具有外來電比例高、本地資源稟賦不足的特點。從(cong) 發電側(ce) 角度來看，近年來上海風、光等新能源發電裝機比例逐年提升，傳(chuan) 統的火電逐漸成為(wei) 調節性發電資源；從(cong) 負荷側(ce) 角度來看上海以第三產(chan) 業(ye) 為(wei) 主，夏冬兩(liang) 季負荷峰穀差逐年拉大，峰穀差達48.5%（1312萬(wan) kW）。與(yu) 此同時上海商業(ye) 建築密集，電動汽車保有量總規模也是全國較高，可調節負荷資源超過8760MW，其中包括工業(ye) 負荷1230MW、商業(ye) 負荷2160MW、電動汽車負荷1000MW等，加之上海的企業(ye) 微電網數字化程度比較高，所以虛擬電廠在上海有得天獨厚的發展條件，上海市也成為(wei) 建設較早虛擬電廠的城市之一，並且目前已取得一定的成效。

(本文部分資料來源於(yu) 微信公眾(zhong) 號：電氣思享《虛擬電廠在上海的實踐探索》)

1 上海黃浦區商業(ye) 建築虛擬電廠示範項目

2020年上海市公共建築能耗分析報告中指出，在上海市建築的分項用電數據中，空調設備與(yu) 照明類電器設備在用電總量占據份額超過整體(ti) 的70%。在以空調負荷、照明負荷為(wei) 主的負荷體(ti) 係下，商業(ye) 建築中的負荷具有靈活可調的性能，能夠在電力市場中發揮巨大的調峰作用和經濟價(jia) 值。

黃浦區作為(wei) 上海市商業(ye) 建築的密集聚集區，擁有超過200幢大型商業(ye) 建築，並且很重要的一點是在原有建築中配備能耗監測裝置，有完備的數字化基礎條件實施需求響應項目。目前黃浦區內(nei) 約50%的商業(ye) 建築接入了虛擬電廠平台。根據用戶參與(yu) 情況，對優(you) 良資源開展自動需求改造，采用自動需求響應技術實現對用戶側(ce) 設備的調控。截止2021年，上海市黃浦區智慧虛擬電廠平台已納入黃浦區商業(ye) 樓宇130幢，注冊(ce) 響應資源約60MW商業(ye) 建築需求響應資源，包含了冷水機組、風冷熱泵、電熱鍋爐、動力照明、充電樁等大量可控用電設備。黃浦區虛擬電廠實現了在不降低用戶用能體(ti) 驗的前提下，針對用戶的一樓一策個(ge) 性化定製。

2 上海嘉定區泛在電力物聯網智慧充放電示範試點項目

嘉定是上海汽車產(chan) 業(ye) 聚集地，嘉定供電公司與(yu) 國網電動汽車服務有限公司合作開展泛在電力物聯網智慧充放電示範試點項目，應用V2G技術和有序充電技術，統籌協調電動汽車與(yu) 電網電力電量平衡，合理地提高電動汽車與(yu) 電網協調運行的有序性、可靠性、經濟性，實現電動汽車、儲(chu) 能、分布式電源、微電網等新型用能設備的即插即用、數據感知、采集和控製，統一協調，有序運行。智慧有序充電建設通過對用戶充電行為(wei) 、用能行為(wei) 的靈活引導與(yu) 主動調控，降低配變峰值負荷超過30%，將80%充電量優(you) 化調整到了配變負荷低穀時段，使配變接納充電樁能力提高4倍，顯著提升配電網資源利用率，實現削峰填穀。

3 企業(ye) 微電網數字化是虛擬電廠的基礎建設

從(cong) 黃浦區的商業(ye) 建築虛擬電廠示範試點項目和嘉定區泛在電力物聯網智慧充放電示範試點項目來看，虛擬電廠的建設對電網調峰填穀、合理利用新能源的提升作用是巨大的，帶來的經濟效益也非常明顯。

上海之所以成為(wei) 較早建設虛擬電廠的城市之一，並且能快速取得成效的主要原因有以下幾點：一是上海是商業(ye) 非常發達的大都市，同時也是電動汽車存量較高的城市，用戶負荷中空調、照明和充電樁所占比例比較大，季節因素容易導致峰穀差大，需要有一定的調峰填穀手段來促使充分消納新能源，維持電網穩定運行；二是以空調、照明和充電樁為(wei) 主的商業(ye) 負荷具有靈活可調的特點，大規模的可控負荷聚合是虛擬電廠的必要條件；三是上海的商業(ye) 建築基本都配備能耗監測裝置和能源管理係統，已經實現了建築能源的數字化管理，有完備的數字化基礎建設實施虛擬電廠的需求響應，這樣便能以較快的速度和較少的成本實現虛擬電廠的搭建和運行，不存在很多地區企業(ye) 微電網數字化水平低的瓶頸製約。

4 怎麽(me) 建立企業(ye) 微電網數字化

hth下载地址在上海參與(yu) 了眾(zhong) 多的企業(ye) 微電網數字化建設項目，比如上海某區191棟商業(ye) 辦公建築的能耗數字化管理係統(見圖1)、嘉定區140多所學校的配電數字化運維係統(見圖2)、張江園區31棟建築的用電管理係統等，數量眾(zhong) 多的微電網數字化係統匯聚成了上海虛擬電廠建設的基礎。

圖1 191棟商業(ye) 辦公建築能耗數字化管理係統

圖2 嘉定區140所學校配電數字化運維係統

企業(ye) 微電網的數字化係統(EMS)包含安裝於(yu) 現場的傳(chuan) 感器、智能網關(guan) 和微電網數字化軟件。傳(chuan) 感器用於(yu) 監測和控製建築的負荷設備和分布式發電設備(係統)，現場傳(chuan) 感器的數據接入邊緣計算智能網關(guan) ，每個(ge) 智能網關(guan) 可以看做是一個(ge) 區域指揮部，采集所接傳(chuan) 感器數據進行協議轉換後上傳(chuan) EMS或轉發第三方平台，網關(guan) 可以根據預設閾值或自動學習(xi) 來執行邏輯計算，並執行EMS的指令。EMS可以看做是企業(ye) 微電網的指揮部，根據智能網關(guan) 上傳(chuan) 的數據生成各類圖表、控製策略和分析結論，並響應虛擬電廠的調度指令，係統架構圖如圖3所示。

圖3 企業(ye) 微電網數字化係統(EMS)網絡架構

AcrelEMS企業(ye) 微電網數字化係統融入企業(ye) 負荷側(ce) 的電力監控、能耗統計、電能質量分析及治理、智能照明控製、主要用能設備監控、充電樁運營管理、分布式光伏監控、儲(chu) 能管理等功能，用戶通過一個(ge) 平台即可全局、整體(ti) 的對企業(ye) 微電網進行進行集中監控、統一調度、統一運維，同時滿足企業(ye) 用電可靠、安全、節約、有序用電要求。

5 微電網數字化係統功能

5.1 電力監控

對企業(ye) 高低壓變配電係統的變壓器、斷路器、直流屏、母排、無功補償(chang) 櫃及電纜等配電相關(guan) 設備的電氣參數、運行狀態、接點溫度進行實時監測和控製，監測企業(ye) 微電網主要回路的電能質量並進行治理，對故障及時處理並發出告警信息，提高企業(ye) 供電可靠性。

圖4 電力監控功能

5.2 能耗分析

采集企業(ye) 電、水、燃氣等能源消耗，進行分類分項能耗統計，計算單位麵積或單位產(chan) 品的能耗數據以及趨勢，對標主要用能設備能效進行能效診斷，計算企業(ye) 碳排放，為(wei) 企業(ye) 製定碳達峰、碳中和路線提供數據支持。

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(ye) 情況實現定時控製、光照感應控製、場景控製、調光控製等，並結合紅外傳(chuan) 感器、超聲波傳(chuan) 感器，實現人來燈亮、人走燈滅，並可以根據係統的控製策略實現集中控製，為(wei) 企業(ye) 節約照明用電。

圖6 照明控製功能

5.4 分布式光伏監控

監測企業(ye) 分布式光伏電站運行情況，包括逆變器運行數據、光伏發電效率分析、發電量及收益統計以及光伏發電功率控製。

圖7 分布式光伏發電監測

5.5 儲(chu) 能管理

監測儲(chu) 能係統、電池管理係統(BMS)和儲(chu) 能變流器(PCS)運行，包括運行模式、功率控製模式，功率、電壓、電流、頻率等預定值信息、儲(chu) 能電池充放電電壓、電流、SOC、溫度，根據企業(ye) 峰穀特點和電價(jia) 波動以及上級平台指令設置儲(chu) 能係統的充放電策略，控製儲(chu) 能係統充放電，實現削峰填穀，降低企業(ye) 用電成本。

圖8 儲(chu) 能管理

5.6 充電樁運營管理 

監測企業(ye) 充電樁的運行狀態，提供充電樁收費管理和狀態監測功能，並根據企業(ye) 負荷率變化和虛擬電廠的調度指令調節充電樁的充電功率，使企業(ye) 微電網穩定安全運行。

圖9 充電樁管理

5.7 需求響應

根據企業(ye) 負荷波動數據，再結合虛擬電廠的調度指令，決(jue) 定以何種方式參與(yu) 電網需求響應，平台可通過給儲(chu) 能係統下發控製策略，調整充發電時間。平台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，並且可以根據企業(ye) 可控負荷數據製定需求響應控製策略，實現一鍵響應。

圖10 企業(ye) 微電網數字化係統需求響應示意圖

5 微電網數字化係統硬件設備

hth下载地址針對企業(ye) 微電網數字化係統除了軟件外，還具備現場傳(chuan) 感器、智能網關(guan) 等設備，組成了完整的“雲(yun) -邊-端”數字化體(ti) 係，具體(ti) 包括高低壓配電綜合保護和監測產(chan) 品、電能質量在線監測裝置、電能質量治理、照明控製、新能源充電樁、電氣消防類解決(jue) 方案等，可以為(wei) 企業(ye) 微電網數字化提供一站式服務能力，部分設備見表1。

表1 企業(ye) 微電網數字化建設部分硬件設備

6 結束語

麵向未來，AcrelEMS企業(ye) 微電網數字化平台將結合行業(ye) 特點、服務“雙碳”目標，積極利用hth下载地址“雲(yun) -邊-端”的產(chan) 品體(ti) 係和企業(ye) 微電網數字化技術積累幫助企業(ye) 改造傳(chuan) 統電網，加速推動企業(ye) 微電網向更加智慧、更加安全、更加友好的能源數字化升級，為(wei) 促使區域虛擬電廠建設作出持續貢獻。同時hth下载地址已經建設的數以千計的企業(ye) 微電網數字化係統可能也將根據企業(ye) 意願成為(wei) 匯聚成虛擬電廠的涓涓細流。