安科瑞 繆凱倫

作為典型的人口聚集、負荷密集區(qū)域，上海市具有外來電比例高、本地資源稟賦不足的特點。從發(fā)電側角度來看，近年來上海風、光等新能源發(fā)電裝機比例逐年提升，傳統(tǒng)的火電逐漸成為調節(jié)性發(fā)電資源；從負荷側角度來看上海以第三產業(yè)為主，夏冬兩季負荷峰谷差逐年拉大，峰谷差達48.5%（1312萬kW）。與此同時上海商業(yè)建筑密集，電動汽車保有量總規(guī)模也是全國較高，可調節(jié)負荷資源超過8760MW，其中包括工業(yè)負荷1230MW、商業(yè)負荷2160MW、電動汽車負荷1000MW等，加之上海的企業(yè)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(fā)展條件，上海市也成為建設虛擬電廠的城市之一，并且目前已取得一定的成效。

(本文部分資料來源于微信公眾號：電氣思享《虛擬電廠在上海的實踐探索》)

1 上海黃浦區(qū)商業(yè)建筑虛擬電廠示范項目

2020年上海市公共建筑能耗分析報告中指出，在上海市建筑的分項用電數據中，空調設備與照明類電器設備在用電總量占據份額超過整體的70%。在以空調負荷、照明負荷為主的負荷體系下，商業(yè)建筑中的負荷具有靈活可調的性能，能夠在電力市場中發(fā)揮巨大的調峰作用和經濟價值。

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200幢大型商業(yè)建筑，并且很重要的一點是在原有建筑中配備能耗監(jiān)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(qū)內約50%的商業(yè)建筑接入了虛擬電廠平臺。根據用戶參與情況，對優(yōu)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設備的調控。截止2021年，上海市黃浦區(qū)智慧虛擬電廠平臺已納入黃浦區(qū)商業(yè)樓宇130幢，注冊響應資源約60MW商業(yè)建筑需求響應資源，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(qū)虛擬電廠實現了在不降低用戶用能體驗的前提下，針對用戶的一樓一策個性化定制。

2 上海嘉定區(qū)泛在電力物聯網智慧充放電示范試點項目

嘉定是上海汽車產業(yè)聚集地，嘉定供電公司與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范試點項目，應用V2G技術和有序充電技術，統(tǒng)籌協調電動汽車與電網電力電量平衡，合理地提高電動汽車與電網協調運行的有序性、可靠性、經濟性，實現電動汽車、儲能、分布式電源、微電網等新型用能設備的即插即用、數據感知、采集和控制，統(tǒng)一協調，有序運行。智慧有序充電建設通過對用戶充電行為、用能行為的靈活引導與主動調控，降低配變峰值負荷超過30%，將80%充電量優(yōu)化調整到了配變負荷低谷時段，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，實現削峰填谷。

3 企業(yè)微電網數字化是虛擬電廠的基礎建設

從黃浦區(qū)的商業(yè)建筑虛擬電廠示范試點項目和嘉定區(qū)泛在電力物聯網智慧充放電示范試點項目來看，虛擬電廠的建設對電網調峰填谷、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。

上海之所以成為建設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：一是上海是商業(yè)非常發(fā)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(jié)因素容易導致峰谷差大，需要有一定的調峰填谷手段來促使充分消納新能源，維持電網穩(wěn)定運行；二是以空調、照明和充電樁為主的商業(yè)負荷具有靈活可調的特點，大規(guī)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(yè)建筑基本都配備能耗監(jiān)測裝置和能源管理系統(tǒng)，已經實現了建筑能源的數字化管理，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(qū)企業(yè)微電網數字化水平低的瓶頸制約。

4 怎么建立企業(yè)微電網數字化

安科瑞在上海參與了眾多的企業(yè)微電網數字化建設項目，比如上海某區(qū)191棟商業(yè)辦公建筑的能耗數字化管理系統(tǒng)(見圖1)、嘉定區(qū)140多所學校的配電數字化運維系統(tǒng)(見圖2)、張江園區(qū)31棟建筑的用電管理系統(tǒng)等，數量眾多的微電網數字化系統(tǒng)匯聚成了上海虛擬電廠建設的基礎。

圖1 191棟商業(yè)辦公建筑能耗數字化管理系統(tǒng)

圖2 嘉定區(qū)140所學校配電數字化運維系統(tǒng)

企業(yè)微電網的數字化系統(tǒng)(EMS)包含安裝于現場的傳感器、智能網關和微電網數字化軟件。傳感器用于監(jiān)測和控制建筑的負荷設備和分布式發(fā)電設備(系統(tǒng))，現場傳感器的數據接入邊緣計算智能網關，每個智能網關可以看做是一個區(qū)域指揮部，采集所接傳感器數據進行協議轉換后上傳EMS或轉發(fā)第三方平臺，網關可以根據預設閾值或自動學習來執(zhí)行邏輯計算，并執(zhí)行EMS的指令。EMS可以看做是企業(yè)微電網的指揮部，根據智能網關上傳的數據生成各類圖表、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3所示。

圖3 企業(yè)微電網數字化系統(tǒng)(EMS)網絡架構

AcrelEMS企業(yè)微電網數字化系統(tǒng)融入企業(yè)負荷側的電力監(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，用戶通過一個平臺即可全局、整體的對企業(yè)微電網進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一調度、統(tǒng)一運維，同時滿足企業(yè)用電可靠、安全、節(jié)約、有序用電要求。

5 微電網數字化系統(tǒng)功能

5.1 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、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4 電力監(jiān)控功能

5.2 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(yè)碳排放，為企業(yè)制定碳達峰、碳中和路線提供數據支持。

圖5 能耗分析功能

5.3 照明控制

智能照明控制功能可以根據企業(yè)情況實現定時控制、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，實現人來燈亮、人走燈滅，并可以根據系統(tǒng)的控制策略實現集中控制，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)測企業(yè)分布式光伏電站運行情況，包括逆變器運行數據、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7 分布式光伏發(fā)電監(jiān)測

5.5 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，實現削峰填谷，降低企業(yè)用電成本。

圖8 儲能管理

5.6 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)微電網穩(wěn)定安全運行。

圖9 充電樁管理

5.7 需求響應

根據企業(yè)負荷波動數據，再結合虛擬電廠的調度指令，決定以何種方式參與電網需求響應，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，并且可以根據企業(yè)可控負荷數據制定需求響應控制策略，實現一鍵響應。

圖10 企業(yè)微電網數字化系統(tǒng)需求響應示意圖

5 微電網數字化系統(tǒng)硬件設備

安科瑞針對企業(yè)微電網數字化系統(tǒng)除了軟件外，還具備現場傳感器、智能網關等設備，組成了完整的“云-邊-端"數字化體系，具體包括高低壓配電綜合保護和監(jiān)測產品、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)微電網數字化提供一站式服務能力，部分設備見表1。

表1 企業(yè)微電網數字化建設部分硬件設備

6 結束語

面向未來，AcrelEMS企業(yè)微電網數字化平臺將結合行業(yè)特點、服務“雙碳"目標，積極利用安科瑞“云-邊-端"的產品體系和企業(yè)微電網數字化技術積累幫助企業(yè)改造傳統(tǒng)電網，加速推動企業(yè)微電網向更加智慧、更加安全、更加友好的能源數字化升級，為促使區(qū)域虛擬電廠建設作出持續(xù)貢獻。同時安科瑞已經建設的數以千計的企業(yè)微電網數字化系統(tǒng)可能也將根據企業(yè)意愿成為匯聚成虛擬電廠的涓涓細流。