作為典型的人口聚集、負(fù)荷密集區(qū)域，上海市具有外來(lái)電比例高、本地資源稟賦不足的特點(diǎn)。從發(fā)電側(cè)角度來(lái)看，近年來(lái)上海風(fēng)、光等新能源發(fā)電裝機(jī)比例逐年提升，傳統(tǒng)的火電逐漸成為調(diào)節(jié)性發(fā)電資源；從負(fù)荷側(cè)角度來(lái)看上海以第三產(chǎn)業(yè)為主，夏冬兩季負(fù)荷峰谷差逐年拉大，峰谷差達(dá)48.5%（1312萬(wàn)kW）。與此同時(shí)上海商業(yè)建筑密集，電動(dòng)汽車保有量總規(guī)模也是全國(guó)較高，可調(diào)節(jié)負(fù)荷資源超過(guò)8760MW，其中包括工業(yè)負(fù)荷1230MW、商業(yè)負(fù)荷2160MW、電動(dòng)汽車負(fù)荷1000MW等，加之上海的企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化程度比較高，所以虛擬電廠在上海有得天獨(dú)厚的發(fā)展條件，上海市也成為批建設(shè)虛擬電廠的城市之一，并且目前已取得一定的成效。
(本文部分資料來(lái)源于微信公眾號(hào)：電氣思享《虛擬電廠在上海的實(shí)踐探索》)
1上海黃浦區(qū)商業(yè)建筑虛擬電廠示范項(xiàng)目
2020年上海市公共建筑能耗分析報(bào)告中指出，在上海市建筑的分項(xiàng)用電數(shù)據(jù)中，空調(diào)設(shè)備與照明類電器設(shè)備在用電總量占據(jù)份額超過(guò)整體的70%。在以空調(diào)負(fù)荷、照明負(fù)荷為主的負(fù)荷體系下，商業(yè)建筑中的負(fù)荷具有靈活可調(diào)的性能，能夠在電力市場(chǎng)中發(fā)揮巨大的調(diào)峰作用和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
黃浦區(qū)作為上海市商業(yè)建筑的密集聚集區(qū)，擁有超過(guò)200幢大型商業(yè)建筑，并且很重要的一點(diǎn)是在原有建筑中配備能耗監(jiān)測(cè)裝置，有完備的數(shù)字化基礎(chǔ)條件實(shí)施需求響應(yīng)項(xiàng)目。目前黃浦區(qū)內(nèi)約50%的商業(yè)建筑接入了虛擬電廠平臺(tái)。根據(jù)用戶參與情況，對(duì)優(yōu)良資源開展自動(dòng)需求改造，采用自動(dòng)需求響應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶側(cè)設(shè)備的調(diào)控。截止2021年，上海市黃浦區(qū)智慧虛擬電廠平臺(tái)已納入黃浦區(qū)商業(yè)樓宇130幢，注冊(cè)響應(yīng)資源約60MW商業(yè)建筑需求響應(yīng)資源，包含了冷水機(jī)組、風(fēng)冷熱泵、電熱鍋爐、動(dòng)力照明、充電樁等大量可控用電設(shè)備。黃浦區(qū)虛擬電廠實(shí)現(xiàn)了在不降低用戶用能體驗(yàn)的前提下，針對(duì)用戶的一樓一策個(gè)性化定制。
2 上海嘉定區(qū)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智慧充放電示范試點(diǎn)項(xiàng)目
嘉定是上海汽車產(chǎn)業(yè)聚集地，嘉定供電公司與國(guó)網(wǎng)電動(dòng)汽車服務(wù)有限公司合作開展泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智慧充放電示范試點(diǎn)項(xiàng)目，應(yīng)用V2G技術(shù)和有序充電技術(shù)，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)電動(dòng)汽車與電網(wǎng)電力電量平衡，合理地提高電動(dòng)汽車與電網(wǎng)協(xié)調(diào)運(yùn)行的有序性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能、分布式電源、微電網(wǎng)等新型用能設(shè)備的即插即用、數(shù)據(jù)感知、采集和控制，統(tǒng)一協(xié)調(diào)，有序運(yùn)行。智慧有序充電建設(shè)通過(guò)對(duì)用戶充電行為、用能行為的靈活引導(dǎo)與主動(dòng)調(diào)控，降低配變峰值負(fù)荷超過(guò)30%，將80%充電量?jī)?yōu)化調(diào)整到了配變負(fù)荷低谷時(shí)段，使配變接納充電樁能力提高4倍，顯著提升配電網(wǎng)資源利用率，實(shí)現(xiàn)削峰填谷。
3 企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化是虛擬電廠的基礎(chǔ)建設(shè)
從黃浦區(qū)的商業(yè)建筑虛擬電廠示范試點(diǎn)項(xiàng)目和嘉定區(qū)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)智慧充放電示范試點(diǎn)項(xiàng)目來(lái)看，虛擬電廠的建設(shè)對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰填谷、合理利用新能源的提升作用是巨大的，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益也非常明顯。
上海之所以成為批建設(shè)虛擬電廠的城市之一，并且能快速取得成效的主要原因有以下幾點(diǎn)：一是上海是商業(yè)非常發(fā)達(dá)的大都市，同時(shí)也是電動(dòng)汽車存量較高的城市，用戶負(fù)荷中空調(diào)、照明和充電樁所占比例比較大，季節(jié)因素容易導(dǎo)致峰谷差大，需要有一定的調(diào)峰填谷手段來(lái)促使充分消納新能源，維持電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行；二是以空調(diào)、照明和充電樁為主的商業(yè)負(fù)荷具有靈活可調(diào)的特點(diǎn)，大規(guī)模的可控負(fù)荷聚合是虛擬電廠的必要條件；三是上海的商業(yè)建筑基本都配備能耗監(jiān)測(cè)裝置和能源管理系統(tǒng)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了建筑能源的數(shù)字化管理，有完備的數(shù)字化基礎(chǔ)建設(shè)實(shí)施虛擬電廠的需求響應(yīng)，這樣便能以較快的速度和較少的成本實(shí)現(xiàn)虛擬電廠的搭建和運(yùn)行，不存在很多地區(qū)企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化水平低的瓶頸制約。
4 怎么建立企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化
安科瑞在上海參與了眾多的企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)項(xiàng)目，比如上海某區(qū)191棟商業(yè)辦公建筑的能耗數(shù)字化管理系統(tǒng)(見圖1)、嘉定區(qū)140多所學(xué)校的配電數(shù)字化運(yùn)維系統(tǒng)(見圖2)、張江園區(qū)31棟建筑的用電管理系統(tǒng)等，數(shù)量眾多的微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)匯聚成了上海虛擬電廠建設(shè)的基礎(chǔ)。
圖1 191棟商業(yè)辦公建筑能耗數(shù)字化管理系統(tǒng)
圖2 嘉定區(qū)140所學(xué)校配電數(shù)字化運(yùn)維系統(tǒng)
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)和控制建筑的負(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或轉(zhuǎn)發(fā)第三方平臺(tái)，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)生成各類圖表、控制策略和分析結(jié)論，并響應(yīng)虛擬電廠的調(diào)度指令，系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖3所示。
圖3 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)融入企業(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)滿足企業(yè)用電可靠、安全、節(jié)約、有序用電要求。
5 微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)功能
5.1 電力監(jiān)控
對(duì)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(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4 電力監(jiān)控功能
5.2 能耗分析
采集企業(yè)電、水、燃?xì)獾饶茉聪模M(jìn)行分類分項(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、碳中和路線提供數(shù)據(jù)支持。
圖5 能耗分析功能
5.3 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、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，并可以根據(jù)系統(tǒng)的控制策略實(shí)現(xiàn)集中控制，為企業(yè)節(jié)約照明用電。
圖6 照明控制功能
5.4 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7 分布式光伏發(fā)電監(jiān)測(cè)
5.5 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)以及上級(jí)平臺(tái)指令設(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，實(shí)現(xiàn)削峰填谷，降低企業(yè)用電成本。
圖8 儲(chǔ)能管理
5.6 充電樁運(yùn)營(yíng)管理
監(jiān)測(cè)企業(yè)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9 充電樁管理
5.7 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10 企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)需求響應(yīng)示意圖
4 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，組成了完整的“云-邊-端"數(shù)字化體系，具體包括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，部分設(shè)備見表1。
名稱 | 圖片 | 型號(hào) | 功能 | 應(yīng)用 |
中高壓微機(jī)保護(hù)裝置 | AM6、AM5SE | 實(shí)現(xiàn)110kV至10kV回路的保護(hù)、測(cè)量和自動(dòng)控制功能 | 110kV、10kV回路斷路器 | |
電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置 |
| APView500 | 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡、電壓波動(dòng)和閃變、諧波等電能質(zhì)量，記錄各類電能質(zhì)量事件，記錄事件發(fā)生前后的波形，輔助用戶分析電能質(zhì)量發(fā)生的原因,定位擾動(dòng)源。 | 高低壓進(jìn)線回路 |
動(dòng)態(tài)諧波無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng) |
| AnCos*/*-G Ⅰ型 | 同時(shí)具備諧波治理、無(wú)功功率線性補(bǔ)償與三相電流平衡治理和穩(wěn)定電壓的功能,響應(yīng)時(shí)間快，精度高、運(yùn)行穩(wěn)定，能根據(jù)系統(tǒng)的無(wú)功特性自動(dòng)調(diào)整輸出，動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功率因數(shù)； | 0.4kV電能質(zhì)量治理 |
網(wǎng)絡(luò)電力儀表 |
| APM500 | 具有全電量測(cè)量，諧波畸變率、電壓合格率統(tǒng)計(jì)、電能統(tǒng)計(jì)，開關(guān)量輸入輸出，模擬量輸入輸出。 | 主要用于高低壓電能監(jiān)測(cè)和電能管理 |
電能表 |
| DTSD1352 | 具有全電量測(cè)量，電能統(tǒng)計(jì)，80A內(nèi)可直接接入，導(dǎo)軌安裝。 | 低壓配電箱 |
物聯(lián)網(wǎng)儀表 |
| ADW300W | 主要用于計(jì)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(nèi)，自帶開口式互感器，可實(shí)現(xiàn)不停電安裝，具備RS485、4G、LoRaWan無(wú)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(jì)量、漏電電流測(cè)量、諧波分析、4路溫度采集功能，通過(guò)對(duì)配電回路的剩余電流、導(dǎo)線溫度等火災(zāi)危險(xiǎn)參數(shù)實(shí)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 |
直流電能表 |
| DJSF1352-RN | 可測(cè)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(jì)量 |
馬達(dá)保護(hù) |
| ARD3M | 電動(dòng)機(jī)保護(hù)控制器，適用于額定電壓至 660V 的低壓電動(dòng)機(jī)回路，集保護(hù)、測(cè)量、控制、通訊、運(yùn)維于一體。其完善的保護(hù)功能確保電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行，強(qiáng)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(yīng)現(xiàn)場(chǎng)不同的總線通訊需求。 | 電機(jī)保護(hù)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(dǎo)軌式安裝，485通訊，可實(shí)現(xiàn)斷路器或接觸器的遠(yuǎn)程控制和狀態(tài)量采集。 | 狀態(tài)量采集和控制輸出 |
充電樁 |
| AEV-AC007D | 7kW交流充電樁和30/60/120kW直流充電樁。具備測(cè)量、控制與保護(hù)的功能，如運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)、充電計(jì)量與計(jì)費(fèi)以及充電過(guò)程的聯(lián)動(dòng)控制等。 | 充電樁運(yùn)營(yíng)和充電控制 |
智能網(wǎng)關(guān) |
| ANet-2E4SM | 邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)，嵌入式linux系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)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(rèn)證等安全需求，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議 | 電能、環(huán)境等數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換和邏輯判斷 |
表1 企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)部分硬件設(shè)備
4 結(jié)束語(yǔ)
面向未來(lái)，AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化平臺(tái)將結(jié)合行業(yè)特點(diǎn)、服務(wù)“雙碳"目標(biāo)，積極利用安科瑞“云-邊-端"的產(chǎn)品體系和企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化技術(shù)積累幫助企業(yè)改造傳統(tǒng)電網(wǎng)，加速推動(dòng)企業(yè)微電網(wǎng)向更加智慧、更加安全、更加友好的能源數(shù)字化升級(jí)，為促使區(qū)域虛擬電廠建設(shè)作出持續(xù)貢獻(xiàn)。同時(shí)安科瑞已經(jīng)建設(shè)的數(shù)以千計(jì)的企業(yè)微電網(wǎng)數(shù)字化系統(tǒng)可能也將根據(jù)企業(yè)意愿成為匯聚成虛擬電廠的涓涓細(xì)流。
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