智能微電網在建筑電力工程中的應用策略研究

張文龍 付 饒 袁 丁

國網徐州供電公司 江蘇 徐州 221000

近年來，隨著“碳達峰、碳中和”目標的提出，建筑都在向著“綠色+智能”的方向快速邁進，環保、節能、舒適是綠色建筑的主要目標。電力是建筑能源消耗的主要形式之一，建筑電力工程屬于在建筑物內部或周圍安裝和運維電力設備和系統的技術領域，包括電力供應、分配、利用、保護等。智能微電網融合電力電子技術、分布式發電、分布式儲能等技術于一體，可以充分利用多種新型能源，可獨立或與傳統配電網結合實現靈活供電。將智能微電網應用于建筑電力工程中，有助于實現建筑“碳中和”。

1 智能微電網在建筑電力工程中的應用意義和原則

1.1 應用意義

1.提高電力系統的安全可靠性

智能微電網可采用雙電源、雙回路設計，當一路電源發生故障時，另一路電源立即投入使用，確保建筑不間斷供電。在傳統配電網發生故障時，智能微電網通過暫時斷開與傳統配電網的連接，由分布式能源和儲能系統獨立為建筑供電，可以減少電力中斷時間，提高供電系統的安全可靠性。

2.促進可再生能源利用

智能微電網可以靈活地接入各種可再生能源，如太陽能光電幕墻、光伏屋頂、風能等，發電高峰時段，不僅可以實現建筑電力自給自足，甚至可以對外供應剩余電能。此外，智能微電網還可以通過發、儲、用多元互動，實現等效能源消耗“削峰填谷”，平衡電網負荷，提高可再生能源的利用率。

3.降低建筑電力工程的用能成本

智能微電網可以實現能源就地消納，減少電力輸送過程中的損耗。同時，智能微電網中的儲能系統可以在低谷時段充電，高峰時段放電，最大化發揮分布式資源調節潛力，降低建筑電力負荷的峰谷差，進一步降低用能成本。

4.提高電力系統的運行質效

智能微電網通過先進的信息通信技術和智能控制策略，實現對建筑供用電系統的精細化管理。通過智能微電網與外部電網聯動，獲取外部電網的“等效碳排放”信息，若外部電網碳排放較高，則建筑內的智能微電網可以調整為從本地儲能供電，從而不增加外部電網排碳負擔。若周邊其他建筑物存在電能缺額，智能微電網可以通過調整運行方式，實現“樓宇互濟”等。此外，智能微電網還可以為建筑提供高質量的電力服務，滿足建筑內各種設備的用電需求，提高建筑的品質和舒適度[1]。

1.2 應用原則

1.安全可靠性原則

智能微電網在建筑電力工程中的應用，首先要確保其安全可靠性。這意味著在設計和施工過程中，應充分考慮電力系統的穩定性、可靠性以及抗干擾能力，確保在各種突發情況下，電力系統能夠正常運行。此外，應加強對電力設備的維護和管理，提高設備的使用壽命和運行效率，降低故障率。

2.節能環保原則

智能微電網在建筑電力工程中的應用，應充分體現節能環保的原則。通過采用高效節能的設備和技術，提高電力系統的能源利用率，降低能源消耗。同時，應積極推廣可再生能源的利用，例如，太陽能、風能等，減少對化石能源的依賴，降低碳排放。

3.經濟性原則

智能微電網在建筑電力工程中的應用，應考慮經濟性原則。這意味著在設計和施工過程中，應充分考慮投資成本和運營成本，力求在滿足電力需求的同時，降低綜合成本。通過優化系統結構和設備配置，提高投資回報率，降低運營費用，從而實現經濟性目標。

4.智能化原則

智能微電網在建筑電力工程中的應用，應實現智能化。通過采用先進的信息通信技術和智能控制策略，實現對電力系統的實時監控、分析和調度，提高電力系統的運行效率。同時，應加強對分布式能源和儲能系統的協同控制，優化電力系統的運行狀態，提高能源利用率[2]。

5.可擴展性原則

智能微電網在建筑電力工程中的應用，應具備良好的可擴展性。隨著科技的進步和建筑電力工程需求的不斷變化，智能微電網應能夠適應這些變化，實現規模和技術的升級。通過模塊化設計和標準化接口，提高系統的兼容性和互操作性，為未來的擴展和升級提供便利。

2 智能微電網在建筑電力工程中的應用策略

2.1 分布式發電資源的整合

分布式電源是指安裝在用戶端，接入35kV及以下電壓等級電網，以就地消納為主的電源，包括太陽能、風能、天然氣、生物質能等多種能源形式。微電網可以作為分布式電源與傳統配電網連接的橋梁，一方面，微電網可以整合多樣化的分布式能源為各類建筑用電負荷提供柔性支撐；另一方面，微電網也可以幫助優化分布式能源的利用，使微電網內的終端用戶利益最大化。同時，智能微電網可以與建筑物的節能措施相結合，實現綠色建筑的目標。例如，通過研制新技術新材料，將光伏發電單元以建筑材料的形式與樓宇等集成，實現光伏建筑一體化；通過能源管理系統對建筑物的用電負荷與分布式電源出力進行聯合調節，降低用電成本[3]。

圖1 樓宇微電網示例

2.2 電力負荷管理

隨著社會經濟的快速發展，我國建筑行業的電力消耗呈現出持續上升的態勢。為了提高能源利用效率，電力負荷管理成為關鍵環節。電力負荷管理通過對建筑電力負荷的實時監測和分析，采取合理的用電策略，如分時電價、需求響應等，實現電力負荷的優化分配。

電力負荷管理的基礎是實時監測和分析。通過對電力負荷的實時監測，可以獲取詳細的用電數據，為后續的負荷分析和管理提供依據。在實時監測的基礎上，對建筑電力負荷進行深入分析，挖掘用電規律和潛在的節能措施。

電力負荷管理的關鍵在于采取合理的用電策略。分時電價是一種有效的用電策略，通過對不同用電時間的電價進行區分，引導用戶合理調整用電時間，降低高峰時段的電力負荷。需求響應是另一種可選策略，通過拓展需求響應參與范圍，對各類電力負荷特征進行建模和分析，鼓勵各類具備響應能力的電力用戶參與電網互動，這不僅有利于電網的運行和控制，而且能為用戶提供更好的服務。

電力負荷管理的最終目標是實現電力負荷的優化分配。通過對微電網建模，結合負荷預測、分布式發電出力預測等，以網絡損耗最小、供電可靠性最高、電能質量最優等為目標，進行多目標、多場景優化計算，獲取最優供用電策略，可以實現建筑電力能源最優化利用。此外，電力負荷管理還可以與其他節能措施相結合，例如，優化建筑物的電氣設計、采用高效電氣設備、實施綠色建筑標準等，進一步提高能源利用效率。

2.3 儲能系統的應用

由于分布式電源受天氣、時間等因素影響較大，其發電量存在不確定性波動，多種分布式電源接入微電網后，其組合波動將會對微電網運行帶來較大沖擊。通過合理配置儲能設備，將儲能系統與分布式發電設備相結合，可以平抑功率波動，保證電力系統的穩定運行，實現清潔能源的高效利用。負荷高峰時段，儲能通過放電來彌補分布式電源發電功率的不足；用電低谷時段，儲能可以將分布式發電過剩的功率儲存起來，減少能源浪費。首先，根據建筑物的用能需求和資源條件，選擇合適的儲能系統，例如，蓄電池、超級電容器、壓縮空氣儲能等，需要考慮的因素包括儲能容量、充放電速率、循環壽命、投資成本等。其次，優選對儲能充放電功率、分布式發電功率、可調節負荷等的運行協調控制策略。例如，傳統電網發生故障后，通過微電網運行協調控制策略，可以實現不同建筑之間的微網互濟、協同運行；正常運行狀態下，不同建筑、不同園區的分布式儲能資源可以統一聚合為“虛擬電廠”，參與輔助服務市場（如頻率調節、備用容量）等，為建筑電網提供穩定性服務，并獲得相應的經濟收益[4]。

2.4 智能監控與故障診斷

在智能微電網中，智能監控與故障診斷技術起著至關重要的作用。通過智能微電網的實時監控系統，可以對建筑電力系統進行故障診斷和預測，及時發現和處理電力故障，提高電力系統的可靠性和安全性。能量管理系統是智能微電網中的重要組成部分，可以通過各種傳感器和監測設備對電力系統的運行狀態進行實時監測和分析。這些傳感器可以監測電力系統的電壓、電流、頻率、功率等參數，并將這些數據傳輸到微電網能量管理系統中進行分析和研判，并發出運行調節、控制指令。通過智能監控，可以及時發現電力系統中的異常情況，例如，短路、過載、漏電等，從而及時采取措施。通過對微電網運行態勢的感知與估計，預測微電網中的潛在故障，提前采取措施進行預防和處理，避免電力故障的發生。故障發生后，通過對微電網的拓撲結構、實時數據等進行綜合研判，可以精準定位故障點，從而及時采取措施進行修復。

2.5 智能化集成

隨著科技的不斷發展和進步，智能化集成已經成為現代建筑發展的趨勢。智能微電網作為新型能源管理系統，與建筑物的其他智能化系統（例如，智能電器、智能家居等）相互配合，可以實現建筑物的智能化管理，提高建筑物的運行效率和管理水平。智能家居與智能微電網的互動需要依賴于智能APP、智能電表、智能感知等技術。通過智能電表采集和分析，可以得到家庭能源使用狀況，同時將電能信息通過智能設備和APP等提供給微電網能源管理系統，可以實現功率動態控制和調整。同時，智能家電的遠程控制和調節，也為電力用戶自助式參與需求響應提供了遠程管理手段[5]，如在分布式電源出力過剩時段，通過消息推送提示用戶是否需要打開電熱水器等。

2.6 能效優化

第一，電力質量優化。智能微電網可以對電力質量進行監測和分析，對電力質量進行優化，保證電力供應的穩定性和可靠性。例如，智能微電網可以通過靈活調節無功補償裝置，消除電壓波動等電能質量問題。第二，能源管理優化。通過對建筑物的能源消耗進行監測和分析，實現能源管理的優化。智能微電網可以根據不同能源的特點，制定不同的能源管理策略，例如，在太陽能和風能等可再生能源充足的時候，優先使用可再生能源，以降低能源成本和減少碳排放。第三，運行方式優化。根據不同場景和需求，對傳統配電網、微電網運行方式進行聯合優化，以分布式發電功率的近區消納、最大化消納為目標，在滿足電力潮流約束、儲能容量約束等條件下，對配電網、微電網運行方式進行優化計算。

2.7 建筑設計與施工運維

一方面，在建筑設計階段，將智能微電網納入考慮，可以實現綠色、智能建筑設計。智能微電網可以將分布式能源、分布式儲能、智能監控等技術與建筑電力工程相結合，實現對建筑電力系統的優化配置和能源管理。例如，可以根據建筑物自身的地理位置、結構形態、自然資源條件、使用需求等進行綜合考量，進行獨立形式或并網形式的光伏發電微網設計，將太陽輻照能量轉變為建筑內部可以使用的電力。另外一方面，在建筑施工過程中，嚴格按照相關標準和規范，確保智能微電網各項設施的安裝質量和施工安全。此外，在智能微電網的運行維護管理方面，需要制定科學的運行維護計劃，加強對微電網的實時監測和分析，及時發現和處理問題，保證微電網的穩定性和可靠性[6]。通過對智能微電網運行數據的綜合推演，可以為建筑電力工程決策提供依據，幫助決策者制定更加合理和有效的電力設施規劃改造方案。

3 結語

綜上所述，智能微電網在建筑電力工程中的應用具有重要的意義，有利于提高電力系統的安全可靠性、促進可再生能源的利用、降低建筑電力工程的運行成本、提高電力系統的運行效率以及實現綠色建筑的目標。隨著智能微電網技術的不斷發展和完善，相信其在建筑電力工程中的應用將越來越廣泛。智能微電網在建筑電力工程中的應用原則包括安全可靠性原則、節能環保原則、經濟性原則、智能化原則和可擴展性原則。遵循這些原則，可以確保智能微電網在建筑電力工程中的高效運行，為建筑提供優質、可靠的電力服務。智能微電網在建筑電力工程中的深入應用，有助于推動建筑節能減排，提高能源利用效率，實現零碳建筑和智能建筑的發展目標。