基于泛在電力物聯網綜合能源案例分析

雷 威 盛化才 王宏偉 張 蕾

上海置信節能環保有限公司

0 引言

隨著能源互聯網技術、分布式發電功能技術、能源系統監視技術、控制和管理技術、及新的能源交易方式的快速發展和廣泛應用，以集成供電、供氣、供暖、供氫、電氣化交通等能源系統的綜合能源服務近年來在全國迅速發展，引發了能源系統的深刻變革，成為各國及企業新的戰略競爭和合作的焦點[1，2]。

與此同時，我國能源消費供給、能源結構轉型、能源系統形態呈現新的發展趨勢，綜合能源已成為一種新型的、為滿足終端客戶多元化的能源生產與消費的能源服務方式。而泛在電力物聯網是圍繞用電系統各環節，充分利用移動互聯、人機智能等現代化先進信息技術、通信技術實現電力系統各環節萬物互聯、人機交互。泛在電力物聯網是具有狀態全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活特征的智慧服務系統。將電力物聯網與綜合節能統一考慮，可實現能源利用信息化和數據化，實現多異質能源子系統之間的協調規劃、優化運行、協同管理、交互響應和互補互濟，是在滿足系統內多元化用能需求的基礎上，有效提升能源利用效率、促進能源可持續發展的新型一體化能源系統[3-6]。

武康供電營業所綜合能源示范項目以建設“園區小微網用戶”為目標，集微電網、光伏、充電樁、儲能（供能）系統、智能電網、能量調度管理系統為一體。在能源技術方面，通過加強綜合能源服務基礎設施建設，應用電力物聯網技術，建立多能協同綜合能源服務網絡，形成能源生產和消費的智能化體系以滿足用戶多元用能需求。建成的園區小微網是具有共享開放、在線互動等互聯網特征的能源服務平臺，通過此平臺，可挖掘用戶潛在的能源服務需求。

1 綜合能源系統建設內容

1.1 光伏發電

項目計劃建設58．8kW屋面光伏發電：屋頂光伏部分的設計采用在屋面混凝土立架之上搭設鋼結構，使用固定式安裝模式安裝光伏組件。該屋面光伏發電系統，將安裝210片多晶硅光伏組件，采用15串14并的方案；停車棚頂面光伏部分，在設計機動車停車棚時就加裝了頂面光伏發電系統，其發出的電通過匯流箱并入大樓屋頂光伏系統。停車棚頂面光伏初步設計將安裝75片多晶硅光伏組件，采用15串5并的方案。

根據本項目場址日照峰值小時數、光伏發電系統效率、裝機容量等分析計算，預計年發電量為7．61萬kWh。

1.2 儲能系統

本項目根據光伏子系統、充電樁系統、用電負荷規模及儲能電池容量衰減，計算出儲能系統容量為240kWh/100kW。

儲能系統將采用磷酸鐵鋰電池作為存儲介質，鋁殼單體電池采用激光點焊技術組成參數為240Ah/48V的電池箱。整個系統采用21個電池箱，組成240kWh/100kW的儲能系統。儲能集裝箱規格按國際標準的20英尺的標準設計集裝箱，且集裝箱具有隔熱保溫功能，以滿足長途運輸要求。

儲能系統工作模式采用并網模式，即谷時充電，峰時放電。

1.3 充電樁系統

根據現場狀況，設計在機動車停車位安裝3臺30kW落地式單槍直流充電樁和1臺60kW雙槍直流充電樁，此設計可同時滿足5輛新能源汽車的充電需求。充電樁采用150kW一拖4群總控制箱，安裝500V功率模塊為乘用車提供直流電能。

1.4 智慧路燈站牌系統

智慧路燈站牌功能包括視頻監控、LED燈、燈箱屏、LED屏、Wifi、一鍵報警、基本數據（除視頻）上傳等功能，智慧路燈系統見圖1。

圖1 智慧路燈系統

1.5 能效管理監控展示平臺

基于泛在電力物聯網技術建設的電力能效管理平臺接入園區大樓1層營業廳液晶屏進行典型示范展示。管理平臺內容包括對光伏實時發電量和運行狀態、充電樁工作狀態、儲能電池運行狀態、配電系統電能質量、照明/辦公設備等用能系統實時用電進行數據采集和集中展示。

系統總體架構圖如圖2所示：系統主要分為3層，分別為數據采集與控制層、消息服務與持久層、終端展示層。

圖2 系統總體架構圖

系統通過檢測并網點計量表狀態，對電池電流進行跟蹤和預測，并根據用戶實際用電負荷實時調整儲能系統出力，削平用戶用電高峰，增加電網容量，最大效率地利用電池存儲電量，將儲能系統的效用發揮到最大，具體措施如下：

1）白天園區用電主要由園區光伏發電出力。當用戶用電達到高峰，且用電負荷超過電網額定配給容量一定比例時，光儲一體機接收EMS并網放電指令，電池組放電；當EMS檢測到電池電量SOC低于設定值的20%時，系統向儲能逆變器PCS發送停止放電指令，電池組停止放電，由電網向園區負載繼續供電，同時將剩余容量的20%作為極端配置容量，以備離網時候使用。

2）夜晚用戶用電較低時，且此時電價處于谷段，儲能逆變器（PCS）接受EMS并網充電指令，電網通過PCS對電池組進行充電，此時用戶負載由電網供電。充電完成后，系統向PCS發出停止充電指令，PCS進入待機狀態。

3）儲能系統推薦每天進行1充1放模式。白天，儲能系統優先將電池的電放完，晚上電價谷段時將儲能電池充滿電。

此外，系統也可根據用戶日用電曲線，調節儲能系統充放電次數，最大程度增補電網容量的不足。

通過電力能效管理平臺的實時調度、實時控制和有效管理，達到電網有效調整和平衡能源供需結構，推動節能減排、降低能源消耗、提高能源利用效率和提升管理運營水平。

2 效益

通過綜合能源系統的改造及對比當前能源模式，預計平均年發電量6．76萬kWh、儲能收益8．8萬元、充電樁系統收益6．2萬元、能源消耗總量降低18．3%、提升能源利用效率10．2%。

3 結論與展望

本項目以建立園區小微網用戶為依托，基于泛在電力物聯網相關理論與技術，配以感知互動、安全可信、高效節能的智慧能源管理平臺，形成能源生產、消費的智能化體系，滿足用戶多元用能的需求。

隨著通信技術、大數據分析技術、云技術、新能源技術的發展，構建互聯網+智慧能源管理系統將成為現實。通過構建互聯網+智慧能源管理系統（綜合能源管控系統），可將不同地域的功能區能源納入統一管理，從而為政府、園區管理者、能源服務商和企業用戶提供完善的、精細化的能源管理服務，提升能源精細化管理水平和能源使用效率，促進新型能源的利用和節能減排，進而促進能源利用方式的變革，推動社會發展。

綜合能源管控系統以構建安全、清潔、經濟、高效的能源供應體系為目標，以服務清潔能源發展、優化能源配置、提高能源效率為重點，推進能源供給側改革，建設協同規劃、聯合運行、多元服務的綜合能源協同共享生態體系。