企业微电网能效系统建设正当时
安科瑞 顾烊宇
江苏安科瑞电器制造有限公司 江苏江阴 214405
2023年11月14日，由国家电投统筹，山东总公司（山东院）研究编制的《综合智慧零碳电厂通则》在全国团体标准信息平台正式发布，成为国内综合智慧零碳电厂相关标准。《综合智慧零碳电厂通则》提出了综合智慧零碳电厂构建术语和定义、总则、技术方案架构、主要干系方、技术指标、核心价值和效用评价等9部分内容，探索以农村、乡镇、园区、城市等场景为核心，聚合分布式新能源、用户侧储能、可调节负荷等资源，构筑源网荷储一体自平衡体的有效路径，为综合智慧零碳电厂项目开发、设计、建设提供重要依据。
1 综合智慧零碳电厂前景广阔
2022年8月国家电投提出“雪炭N行动”，打造综合智慧零碳电厂，这是国家电投创新打造的一种能源保供新模式。利用电力网连接，通过协调控制、智能计量以及信息通信等关键技术，将相对分散的源、网、荷、储等元素通过智慧电厂管理系统进行集成调控，构建对内协调平衡、对外与电网友好互助的“智慧调控+用户侧可控负荷/储能/分布式电源”聚合体，在电力保供中发挥积极作用。2023年国电投已有36个“综合智慧零碳电厂”项目开工，其中风电规模95MW、储能588MW/1600MWh、用户侧聚合可调负荷304MW、峰值能力300MW、调峰能力1050MW。
不光是国家电投这样的央企进军综合智慧零碳电厂领域，各地相关部门也在纷纷出台支持包括虚拟电厂在内的新能源发展政策。虽然当前虚拟电厂在新型电网中所占比重很小，但是相信在不久的将来，综合智慧零碳电厂将为电力系统削峰填谷、保供降碳起到重大作用。
2 企业微电网能效系统建设正当时
2.1 企业微电网智能化是综合智慧零碳电厂快速发展的基础
综合智慧零碳电厂实际上是众多用电企业微电网的聚合体，包括企业分布式光伏、储能系统、可调节负荷、汽车充电桩等，根据电网负荷波动进行需求响应来保障电网安全，降低企业供用电成本。
目前综合智慧零碳电厂响应资源主要是根据当地用电企业的负荷结构而定，比如上海市虚拟电厂是以商业楼宇、充电桩、分布式光伏和储能为主；嘉兴市虚拟电厂管理平台已接入涵盖储能、空调负荷、充电桩、光伏电站、5G基站等负荷资源4920MW。同时电网公司也加强力度组织调用虚拟电厂负荷资源进行削峰填谷，立足“政府主导、电网主动、企业主体”的建设模式，进一步为虚拟电厂盈利兑现创造条件，未来综合智慧零碳电厂快速发展必然离不开企业微电网的智能化改造。
2.2 新能源建设成本大幅降低
随着电改走向深水区，从用电企业的角度来看，如若不会合理使用、调度新能源和企业内部的负荷资源，企业的用电成本将可能不降反升，对于高能耗企业来说，这也会进一步压缩企业的利润空间。2023年以来国内光伏、锂电池产能过剩导致光伏组件、储能系统价格大幅下跌。光伏组件价格历史上出现了每瓦低于1元的价格，这个价格只有去年同期50%左右。储能锂电池价格同样大幅下降，储能系统中标均价甚至低至0.9元/Wh，这和一年前2元/Wh左右的成本相比已经下降50%以上，这也导致投资光伏、储能系统建设的度电成本越来越低。这也导致好的用电企业都是综合能源投资的香饽饽，本着谁投资谁受益的原则，对企业来说现阶段也是投资建立自身企业微电网能效系统的好时机，这也将为企业在将来的能源变革中取得更大的话语权和灵活性。
3 安科瑞企业微电网能效系统解决方案
AcrelEMS企业微电网能效系统融合企业电力监控、能耗统计、电能质量分析及治理、智能照明控制、主要用能设备监控、充电桩运营管理、分布式光伏监控、储能管理等功能，用户通过一个平台可全局、整体的对企业微电网进行进行集中监控、统一调度、统一运维，帮助企业提高供电可靠性，就地消纳新能源发电，提高用电效率，降低用电成本，功能见图1 所示。
图1 企业微电网能效系统功能示意图
企业微电网能效系统包含安装于现场的电量传感器、边缘计算网关和能效管理软件。电量传感器用于监测和控制企业的负荷设备和分布式发电设备，传感器的数据接入边缘计算网关，每个网关可以看做是一个区域指挥部，采集所接传感器数据进行协议转换后上传AcrelEMS企业微电网能效管理软件或转发第三方平台，网关可以根据预设阈值或自动学习来执行逻辑计算，并AcrelEMS执行的指令。AcrelEMS可以看做是企业微电网的指挥部，根据网关上传的数据生成各类图表、控制策略和分析结论，并响应虚拟电厂的调度指令，系统架构图如图2所示。
图2 企业微电网能效系统的网络架构
3.1 企业微电网能效系统功能
1) 电力监控
对企业高低压变配电系统的变压器、断路器、直流屏、母排、无功补偿柜及电缆等配电相关设备的电气参数、运行状态、接点温度进行实时监测和控制，监测企业微电网主要回路的电能质量并进行治理，对故障及时处理并发出告警信息，提高企业供电可靠性。
图3 电力监控功能
2) 能耗分析
采集企业电、水、燃气等能源消耗，进行分类分项能耗统计，计算单位面积或单位产品的能耗数据以及趋势，对标主要用能设备能效进行能效诊断，计算企业碳排放，为企业制定碳达峰、碳中和路线提供数据支持。
图4 能耗分析功能
3) 照明控制
智能照明控制功能可以根据企业情况实现定时控制、光照感应控制、场景控制、调光控制等，并结合红外传感器、超声波传感器，实现人来灯亮、人走灯灭，并可以根据系统的控制策略实现集中控制，为企业节约照明用电。
图5 照明控制功能
4) 分布式光伏监控
监测企业分布式光伏电站运行情况，包括逆变器运行数据、光伏发电效率分析、发电量及收益统计以及光伏发电功率控制。
图6 分布式光伏发电监测
5) 储能管理
监测储能系统、电池管理系统(BMS)和储能变流器(PCS)运行，包括运行模式、功率控制模式，功率、电压、电流、频率等预定值信息、储能电池充放电电压、电流、SOC、温度，根据企业峰谷特点和电价波动以及上级平台指令设置储能系统的充放电策略，控制储能系统充放电，实现削峰填谷，降低企业用电成本。
图7 储能管理
6) 充电桩运营管理
监测企业充电桩的运行状态，提供充电桩收费管理和状态监测功能，并根据企业负荷率变化和虚拟电厂的调度指令调节充电桩的充电功率，使企业微电网稳定安全运行。
图9 充电桩管理
7) 需求响应
根据企业负荷波动数据，再结合虚拟电厂的调度指令，决定以何种方式参与电网需求响应，平台可通过给储能系统下发控制策略，调整充发电时间。平台在需求响应时间段调整可控负荷功率，停止给可中断负荷供电，并且可以根据企业可控负荷数据制定需求响应控制策略，实现一键响应。
此外，AcrelEMS还具备电能质量监测和治理、电气安全监测、电能预付费管理、设备台账、运维工单管理、3D建模等功能，帮助用电企业实现供配电网络的数字化管理。
3.2 企业微电网能效系统硬件设备
安科瑞针对企业微电网能效系统除了软件外，还具备现场传感器、边缘计算网关等设备，组成了完整的“云-边-端”能源互联网体系，具体包括高低压配电综合保护和监测产品、电能质量在线监测装置、电能质量治理、照明控制、新能源充电桩、电气消防类解决方案等，可以为企业微电网能效系统建设提供一站式服务，部分设备见表1。
名称 | 图片 | 型号 | 功能 | 应用 |
中高压微机保护装置 |  | AM6 | 实现110kV至10kV回路的保护、测量和自动控制功能 | 110kV及以下电压等级 |
电能质量在线监测装置 |  | APView500 | 实时监测电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、谐波等电能质量，记录各类电能质量事件，记录事件发生前后的波形，辅助用户分析电能质量发生的原因,定位扰动源。 | 高低压进线回路 |
动态谐波无功补偿系统 |  | AnCos*/*-G Ⅰ型 | 同时具备谐波治理、无功功率线性补偿与三相电流平衡治理和稳定电压的功能,响应时间快，精度高、运行稳定，能根据系统的无功特性自动调整输出，动态补偿功率因数； | 0.4kV电能质量治理 |
网络电力仪表 |  | APM500 | 具有全电量测量，谐波畸变率、电压合格率统计、电能统计，开关量输入输出，模拟量输入输出。 | 主要用于高低压电能监测和电能管理 |
电能表 |  | DTSD1352 | 具有全电量测量，电能统计，80A内可直接接入，导轨安装。 | 低压配电箱 |
物联网仪表 |  | ADW300W | 主要用于计量中低压配电的三相电气参数，采集状态量并控制断路器，可灵活安装于配电箱内，自带开口式互感器，可实现不停电安装，具备RS485、4G、LoRaWan无线通信功能，适用于配电系统数字化改造。 | 微电网数字化改造 |
物联网仪表 |  | ARCM300 | 三相交流电能计量、漏电电流测量、谐波分析、4路温度采集功能，通过对配电回路的剩余电流、导线温度等火灾危险参数实施监控和管理，可采集状态量或控制断路器，具备RS485通讯或4G通讯功能。 | 微电网电气消防和数字化改造 |
多回路监测仪表 |  | DTSD1352-4S | 12路单相或4路三相交流电气数据采集，包括电流、电压、功率、电能等，自带开口式电流互感器，2DI/2DO，RS485通讯接口。 | 交流多回路计量 |
智慧微断 |  | ASCB1-63 | 产品由智能微断与智能网关两部分组成，可用于对用电线路的关键电气因素，如电压、电流、功率、温度、漏电、能耗等进行实时监测，具有远程操控、预警保护、短路保护、电能计量统计、故障定位等功能，分为1P/2P/3P/4P单/三相多种电流规格，至大63A，RS485通讯接口。 | 三相交流回路 |
直流电能表 |  | DJSF1352-RN | 可测量直流系统中的电压、电流、功率以及正反向电能等，配套霍尔传感器(可选)。 | 直流计量 |
马达保护 |  | ARD3M | 电动机保护控制器，适用于额定电压至 660V 的低压电动机回路，集保护、测量、控制、通讯、运维于一体。其完善的保护功能确保电动机安全运行，强大的逻辑可编程功能可以满足各种控制要求，多种可选配的通讯方式适应现场不同的总线通讯需求。 | 电机保护控制 |
遥信遥控单元 |  | ARTU-KJ8 | 8路状态量采集，8路控制输出，导轨式安装，485通讯，可实现断路器或接触器的远程控制和状态量采集。 | 状态量采集和控制输出 |
照明控制器 |  | ASL220Z-Sx/16 | 通过集中控制、感应控制、定时控制、经纬度、调光控制等控制方式避免长明灯，节约照明能源，延长灯具寿命。 | 照明控制 |
充电桩 |  | AEV200-DC160S | 7kW交流充电桩和30/60/120/160kW直流充电桩。具备测量、控制与保护的功能，如运行状态监测、故障状态监测、充电计量与计费以及充电过程的联动控制等。 | 充电桩运营和充电控制 |
边缘计算 网关 |  | ANet-2E4SM | 边缘计算网关，嵌入式linux系统，网络通讯方式具备Socket方式，支持XML格式压缩上传，提供AES加密及MD5身份认证等安全需求，支持断点续传，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104协议 | 电量、环境等数据采集、转换和逻辑判断 |
表1 企业微电网能效系统建设部分硬件设备
4 未来展望
面向未来，AcrelEMS企业微电网能效系统将结合行业特点、服务企业“双碳”目标，积极利用安科瑞“云-边-端”的能效系统体系和企业微电网能效管理技术积累帮助企业改造传统电网，推动企业微电网向更加智慧、更加安全、更加友好的智慧能源系统升级。未来新型电力系统中，众多企业微电网将通过综合智慧零碳电厂调度平台和大电网的互动也会越来越频繁，而提前建立和适应了企业微电网能效系统的企业将更有话语权。
