基于電力能效的智能用電小區(qū)建設(shè)研究

王 健，熊莉娟，張雪芹，靳曉剛

（ 1.太原供電分公司，山西太原 030012;2.國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京 210061）

0 引言

當(dāng)前為滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展的用電需求，促進(jìn)節(jié)能減排，國(guó)家電網(wǎng)公司積極推動(dòng)電網(wǎng)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變，確立了建設(shè)智能電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略，包含電力系統(tǒng)的發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度各個(gè)環(huán)節(jié)，覆蓋所有電壓等級(jí)，實(shí)現(xiàn)堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動(dòng)的現(xiàn)代電網(wǎng)。其中整體電力能效提升作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，是社會(huì)各界直接感知和體驗(yàn)智能電網(wǎng)的主要落腳點(diǎn)。

為達(dá)到電力能效穩(wěn)步提升的目標(biāo)，2010年國(guó)家電網(wǎng)公司部署了節(jié)能服務(wù)體系建設(shè)工作，架構(gòu)了三級(jí)能效總體平臺(tái)，并重點(diǎn)開展了智能用電小區(qū)、智能用電小區(qū)等建筑用電領(lǐng)域的節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究，進(jìn)行相應(yīng)的試點(diǎn)工程建設(shè)，引導(dǎo)用戶主動(dòng)開展需求側(cè)響應(yīng)，增強(qiáng)負(fù)荷平衡能力，提高電網(wǎng)設(shè)備利用率及電網(wǎng)運(yùn)行效率。通過(guò)用電端能效提升研究與建設(shè)，大幅提高總體電力能效，為國(guó)家電力需求側(cè)管理與節(jié)能減排工作提供技術(shù)支撐與技術(shù)服務(wù)。

山西省電力公司太原供電分公司開展了智能用電小區(qū)的研究及綜合示范工程的建設(shè)，經(jīng)過(guò)反復(fù)多次勘察，考慮到實(shí)施的全面性、先進(jìn)性，選擇太原萬(wàn)達(dá)小區(qū)進(jìn)行智能用電小區(qū)的建設(shè)。通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)施和示范，充分展示國(guó)網(wǎng)公司在用電信息采集，智能配電、電能質(zhì)量治理、清潔能源開發(fā)、智能用電、智能家居、能源綜合利用及能效管理方面的能力、實(shí)力及效果;充分引導(dǎo)城市受眾感受智能電網(wǎng)帶來(lái)的切身變革、便利和實(shí)用性;充分引領(lǐng)用戶對(duì)科學(xué)用電、合理用電、有序用電、綜合節(jié)能、雙向互動(dòng)、清潔能源等方面的認(rèn)知和感受，讓城市居民最終感受到智能電網(wǎng)帶來(lái)的生活品質(zhì)的提高。

1 基于電力能效的智能用電小區(qū)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)GB/T50314－2006，智能建筑是指以建筑物為平臺(tái)，兼?zhèn)湫畔⒃O(shè)施系統(tǒng)、信息化應(yīng)用系統(tǒng)、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)等的建筑。到目前為止，智能用電小區(qū)大多側(cè)重于小區(qū)信息化、自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)，而電力能效，尤其是電力需求側(cè)響應(yīng)、與電網(wǎng)互動(dòng)方面的建設(shè)研究幾乎很少涉及，與之相關(guān)的節(jié)能服務(wù)也開展的很少。2011年8月31號(hào)國(guó)務(wù)院發(fā)布的“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案，明確推動(dòng)建筑節(jié)能作為綜合方案的重要方向之一。鑒于目前小區(qū)信息化及自動(dòng)化建設(shè)的普及，因此未來(lái)智能用電小區(qū)重要發(fā)展方向?qū)⑹枪?jié)能環(huán)保，尤其是提升小區(qū)電力能效。

作為全球最大的公用事業(yè)企業(yè)，近年來(lái)國(guó)家電網(wǎng)公司以高度的社會(huì)責(zé)任感，積極致力于推動(dòng)電網(wǎng)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，推動(dòng)能源開發(fā)和利用方式的變革，特別是在貼近用戶側(cè)，致力于開展智能用電及電力能效方面的技術(shù)研究及試點(diǎn)建設(shè)工作，成立了網(wǎng)省級(jí)節(jié)能服務(wù)公司開展相應(yīng)工作，并組織編寫了節(jié)能服務(wù)體系報(bào)告，能效總體構(gòu)架方案，智能用電小區(qū)、智能用電樓宇等一系列的規(guī)范。其中電力能效系統(tǒng)總體架構(gòu)及基于電力能效的智能用電小區(qū)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖1 電力能效系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖2 智能用電小區(qū)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

由圖可見智能用電小區(qū)架構(gòu)不僅包含了原有的小區(qū)信息化、自動(dòng)化的系統(tǒng)、而且還包含了分布式能源及儲(chǔ)能、電動(dòng)汽車充電設(shè)施、小區(qū)配電及電能質(zhì)量、電力需求側(cè)響應(yīng)及與電網(wǎng)互動(dòng)，能效綜合管理等方面的建設(shè)研究?jī)?nèi)容，因此基于電力能效的總體設(shè)計(jì)是在小區(qū)信息化、自動(dòng)化的基礎(chǔ)上，有力的擴(kuò)充了電力能效等重要建設(shè)研究?jī)?nèi)容，特別是考慮了與整個(gè)智能電網(wǎng)的一體化提升能源利用效率，不再是單一設(shè)備的節(jié)能、局部的節(jié)能、孤立的節(jié)能，而是整體上提升能源利用效率，能源使用質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)社會(huì)、企業(yè)、居民用戶的共贏。

2 基于電力能效的智能用電小區(qū)的建設(shè)研究

山西省電力公司太原供電分公司根據(jù)電力能效管理的整體系統(tǒng)架構(gòu)及研究示范部署，結(jié)合萬(wàn)達(dá)智能小區(qū)目前建設(shè)的實(shí)際現(xiàn)狀，經(jīng)過(guò)詳盡的可行性分析，決定在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行小區(qū)電力能效提升建設(shè)，將小區(qū)改造建設(shè)成基于電力能效的全國(guó)智能用電小區(qū)樣板。一方面，充分落實(shí)節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的國(guó)家政策，研究建筑光伏一體化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、污染減排的目標(biāo);另一方面，引導(dǎo)科學(xué)合理用電，響應(yīng)電網(wǎng)錯(cuò)峰，實(shí)現(xiàn)避峰填谷，提升總體電力能效，充分展示智能電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)高效、節(jié)能環(huán)保的內(nèi)涵。

試點(diǎn)工程建設(shè)的主要內(nèi)容為:數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)能耗及環(huán)境等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集匯總;小區(qū)配電監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)智能配電及變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行;小區(qū)建筑設(shè)備節(jié)能系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)小區(qū)建筑機(jī)電設(shè)備能源管理;光伏建筑一體化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)清潔能源有效利用;電動(dòng)汽車充電設(shè)施建設(shè)，實(shí)現(xiàn)綠色交通支持;電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)及治理;雙向互動(dòng)服務(wù)，提供客戶信息查詢、受理客戶多重業(yè)務(wù)、提供客戶用能策略、提供客戶多渠道繳費(fèi):智能家居，利用智能交互終端、通信網(wǎng)絡(luò)等，對(duì)家用電器用電信息自動(dòng)采集、分析、控制和管理，實(shí)現(xiàn)家電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和節(jié)能控制;能效管理平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)一體化集成管理及互動(dòng)能效提升。其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)圖如下圖所示。

圖3 山西太原萬(wàn)達(dá)智能用電小區(qū)建設(shè)系統(tǒng)

基于多子系統(tǒng)集成及功能需求，萬(wàn)達(dá)小區(qū)上層能效綜合管理平臺(tái)研究設(shè)計(jì)采用了分層分布式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)自上而下共分以下三層:監(jiān)控管理層，為現(xiàn)場(chǎng)操作人員及管理人員提供充足的信息，包含小區(qū)供用能信息、電能質(zhì)量信息、各子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等，制定優(yōu)化策略，通過(guò)聯(lián)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)能效管理，提高經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)境效益，并實(shí)現(xiàn)與省級(jí)能效平臺(tái)的互動(dòng);通信層，使用通信網(wǎng)關(guān)機(jī)將各個(gè)子系統(tǒng)所使用的非標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸至智能用電小區(qū)能效管理平臺(tái)，并通過(guò)電力專網(wǎng)與上層能效平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互;現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層，是分布于小區(qū)高低壓配電柜中的測(cè)控保護(hù)裝置和各個(gè)典型設(shè)計(jì)處子系統(tǒng)的傳感終端，完成采集數(shù)據(jù)及設(shè)備控制功能。系統(tǒng)界面如下:

目前太原供電分公司正在試點(diǎn)建設(shè)省級(jí)能效平臺(tái)，根據(jù)電力能效系統(tǒng)總體架構(gòu)，兩級(jí)能效平臺(tái)互動(dòng)還可以實(shí)現(xiàn)單位能源總體運(yùn)行狀況分析、配電網(wǎng)運(yùn)行分析、能耗指標(biāo)比對(duì)與能效評(píng)估、遠(yuǎn)程能效診斷與處理、電力需求側(cè)管理及有序用電管理等功能。萬(wàn)達(dá)小區(qū)的示范建設(shè)為省級(jí)能效平臺(tái)的建設(shè)提供了有力的支撐，為山西省即將開展的節(jié)能服務(wù)提供了有效的研究途徑。

圖4 山西太原萬(wàn)達(dá)智能用電小區(qū)軟件系統(tǒng)

3 結(jié)論

通過(guò)太原萬(wàn)達(dá)智能用電小區(qū)試點(diǎn)工程的建設(shè)研究，充分研究了小區(qū)電力能效提升的方法，使得小區(qū)能效管理工作能夠“變抽象為形象、變經(jīng)驗(yàn)為科學(xué)、變被動(dòng)為主動(dòng)、變局部為系統(tǒng)”，改變以往節(jié)電主要靠單一產(chǎn)品和局部技術(shù)改造的做法，通過(guò)電力能效管理整套解決方案，降低用電成本，有效提高綜合經(jīng)濟(jì)效益。

通過(guò)該智能用電小區(qū)試點(diǎn)工程的建設(shè)研究，充分體現(xiàn)了智能電網(wǎng)在指導(dǎo)用戶科學(xué)合理使用能源、節(jié)能減排、加強(qiáng)為用戶提供增值服務(wù)等方面所發(fā)揮的作用;使得用戶可以了解家里及小區(qū)用電設(shè)備系統(tǒng)的詳細(xì)用電數(shù)據(jù)、可以根據(jù)需要合理調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行計(jì)劃、可以利用分析結(jié)果請(qǐng)第三方開展有針對(duì)性的節(jié)能服務(wù)工作、還可以實(shí)時(shí)分析能源利用狀況采取日常管理實(shí)現(xiàn)持續(xù)的管理節(jié)能;從而增強(qiáng)用戶科學(xué)合理用電、節(jié)約用電、綜合節(jié)能、雙向互動(dòng)、清潔能源、清潔交通等方面的直觀認(rèn)知，感受電力能效提升帶來(lái)的切身變革、便利和實(shí)用性，進(jìn)而標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化相關(guān)的應(yīng)用建設(shè)、確?；陔娏δ苄У闹悄苡秒娦^(qū)健康有序發(fā)展。

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