綜合智慧微網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究

國電投河南工程運維有限公司 廖 遠

目前，智慧能源市場具有空間大（萬億級規(guī)模）、需求緊迫（缺少專業(yè)化公司）、藍海市場（滲透率低）等特點。隨之而來的能源領(lǐng)域的新技術(shù)應(yīng)運而生[1]。其中，綜合智慧微網(wǎng)技術(shù)是我國發(fā)展清潔能源、保證電網(wǎng)安全可靠的有效途徑之一。本文研究討論了一種綜合智慧微網(wǎng)技術(shù)在某項目具體場景中的應(yīng)用。

1 三網(wǎng)融合總體架構(gòu)

依托集團公司天樞體系的“云網(wǎng)邊端”，云為天樞云，網(wǎng)為安全可靠的網(wǎng)絡(luò)通道，邊為天樞一號，端為能源終端。以天樞體系構(gòu)建能源網(wǎng)，融合社群網(wǎng)、聯(lián)通政務(wù)網(wǎng)，實現(xiàn)三網(wǎng)融合戰(zhàn)略落地。

第一，構(gòu)建智慧物聯(lián)體系，支撐新型產(chǎn)業(yè)數(shù)字化建設(shè)：形成“云—網(wǎng)—邊—端”的能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，促進產(chǎn)業(yè)融合，為各單位上云用數(shù)賦能。

第二，以客戶為中心，形成智慧能源服務(wù)新生態(tài)：以客戶為中心，提供端到端的智能化服務(wù)，實現(xiàn)能源需求客戶、能源供給客戶、三網(wǎng)融合客戶之間供需融合，構(gòu)建新的商業(yè)模式和服務(wù)生態(tài)。

第三，數(shù)據(jù)驅(qū)動，開拓新場景，實現(xiàn)新價值：深挖政務(wù)網(wǎng)、社群網(wǎng)用能場景，與能源網(wǎng)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，創(chuàng)造三網(wǎng)融合新價值。

三網(wǎng)融合總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 三網(wǎng)融合總體架構(gòu)圖

2 本項目綜合智慧微網(wǎng)系統(tǒng)控制管理

本項目規(guī)劃建設(shè)123.4134MW 分布式光伏，包含農(nóng)戶、一般工商業(yè)、綜合智慧能源等多種供能形式，首次將綜合智慧微網(wǎng)應(yīng)用到三網(wǎng)融合（能源網(wǎng)、社群網(wǎng)、政務(wù)網(wǎng)）項目中。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 綜合智慧微網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.1 市電在線工作模式

模式1：陽光充足時，光伏發(fā)電系統(tǒng)滿負載發(fā)電，發(fā)電優(yōu)先保證“能源e 站”負載，同時可供儲能充電、其余交直流負載和余電上網(wǎng)。

模式2：光伏發(fā)電能力不足，儲能介入配合光伏優(yōu)先保證“能源e 站”負載用電，其余負載由市電保證供電。

模式3：夜間光伏無發(fā)電，由儲能和電網(wǎng)共同保證“能源e 站”負載用電，其余負載由市電保證供電。

模式4：夜間光伏無發(fā)電，儲能電量放凈，由市電保證“能源e 站”負載和其余負載用電。

2.2 市電消失工作模式

模式1：當(dāng)陽光充足，負載較小時，系統(tǒng)調(diào)度側(cè)限制光伏發(fā)電，光伏發(fā)電系統(tǒng)按調(diào)度指令并網(wǎng)發(fā)電，多余發(fā)電能力向儲能充電。

模式2：當(dāng)陽光充足，負載較大時，系統(tǒng)調(diào)度側(cè)不限制光伏發(fā)電，光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)滿發(fā)，發(fā)電可同時供“能源e 站”負載、儲能，以及其余交直流負載。

模式3：夜間或發(fā)電能力低于調(diào)度指令的情況下，儲能系統(tǒng)放電并網(wǎng)，優(yōu)先保證“能源e 站”用電。

3 本項目綜合智慧微網(wǎng)的盈利模式

本項目以“發(fā)電供能收益+返點分享收益”為主要盈利模式。以分布式光伏、零碳智慧民宿、電動汽車、電動自行車充電、源網(wǎng)荷儲交直流智慧微網(wǎng)等能源網(wǎng)供能設(shè)施為基礎(chǔ)，獲取發(fā)電供能收益，保障項目的基本收益。用戶需在三網(wǎng)融合平臺注冊使用上述設(shè)施，以此擴大能源網(wǎng)用戶數(shù)量，擴充三網(wǎng)融合用戶群體。同時，積極服務(wù)政府和當(dāng)?shù)仄髽I(yè)單位，與政府文明積分、企業(yè)生態(tài)橋工程相結(jié)合，構(gòu)建數(shù)字化會員積分體系。此外，在鄉(xiāng)村“能源e站”、三網(wǎng)融合平臺等預(yù)留廣告空間，通過廣告宣傳獲取額外收益。

4 本項目綜合智慧微網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新點

4.1 首次采用“源網(wǎng)荷儲”交直流智慧技術(shù)

第一，“源網(wǎng)荷儲”交直流智慧微網(wǎng)設(shè)備定制化開發(fā)，打通交直流微網(wǎng)推廣的關(guān)鍵障礙。

第二，創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實現(xiàn)綠電和市電的強制分離，確保綠電定點定向投放，提高綠電使用比例，助力打造零碳電廠。

第三，光伏發(fā)電以直流直接入網(wǎng)，不經(jīng)交流變換和變壓器環(huán)節(jié)，降低了工程投資和運行損耗。

第四， 與母公司集控平臺結(jié)合，實現(xiàn)集中管理、遠程可測，并預(yù)留后期遠程可控條件。

第五，滿足各種場景下的系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

第六，創(chuàng)新調(diào)控策略，具備黑啟動能力，實現(xiàn)孤網(wǎng)運行，大幅提高供電可靠性。

第七，引入直流可調(diào)負荷，提高系統(tǒng)運行效率和調(diào)節(jié)能力。

4.2 V2G充電樁首次作為儲能系統(tǒng)容量補給應(yīng)用

V2G 充電樁把電動汽車作為流動儲能嘗試應(yīng)用到本項目，白天光照充足時，由光伏發(fā)電為電動汽車充電，夜間光伏無發(fā)電時，由電動汽車放電至電網(wǎng)，作為儲能容量的補充，有效提高供電時長。

4.3 為搭建低壓側(cè)柔直互聯(lián)網(wǎng)奠定基礎(chǔ)

隨著項目所在地區(qū)綜合智慧微網(wǎng)開發(fā)場景的增多，通過導(dǎo)線將各個場景直流側(cè)DC750V 母線進行互聯(lián)，形成低壓側(cè)柔直互聯(lián)網(wǎng)，各個場景接入的光伏和儲能等電源形成共享及互補，提高綠電就地消納，有效提高微電網(wǎng)可靠性和可調(diào)節(jié)性，最終形成綜合智慧零碳電廠區(qū)域運營單元。

4.4 打通農(nóng)產(chǎn)品上行通道

本項目為首個打通“三網(wǎng)融合”農(nóng)產(chǎn)品、特色工藝品上行通道的項目，通過數(shù)智化運營平臺，實現(xiàn)商品的宣傳推廣、下單購買、貨品配送，提高農(nóng)產(chǎn)品上行各環(huán)節(jié)效率，降低運營成本，使農(nóng)戶能夠增收節(jié)支，實現(xiàn)共同富裕。依托農(nóng)產(chǎn)品上行惠農(nóng)政策，使更多農(nóng)戶加入“三網(wǎng)融合”，獲取縣域市場資源，收集用戶信息，獲得引流收益和銷售返點。

5 本項目綜合智慧微網(wǎng)技術(shù)推廣價值

未來在一些典型區(qū)域和場景、工業(yè)園區(qū)、數(shù)據(jù)中心等推廣基于“源網(wǎng)荷儲”的綜合智慧微網(wǎng)有廣闊的市場前景。同時，通過改變交直流電網(wǎng)的電壓等級（如AC10kV、DC±10kV）可以接入更大規(guī)模的分布式電源及用戶側(cè)儲能，建立基于“源網(wǎng)荷儲”的大規(guī)模智能交直流供電網(wǎng)絡(luò)，滿足更多的應(yīng)用場景。

第一，在光資源豐富而本地?zé)o法消納地區(qū)，綜合智慧微網(wǎng)可與大中型用電企業(yè)配套建設(shè)，如新能源直流制氫等，不僅可消納豐富的光資源，也能減少碳排量。

第二，季節(jié)性缺電地區(qū)，如長三角、珠三角、成渝地區(qū)夏季高溫天氣經(jīng)常用電緊張，有時不得不拉閘限電，對企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營造成不利影響。而夏季光資源豐富，綜合智慧微網(wǎng)可提供大量清潔能源，為企業(yè)正常運營保駕護航。

第三，電網(wǎng)薄弱的偏遠地區(qū)，由于輕載、長距離輸送線路引起充電功率過剩，系統(tǒng)整體電壓偏高，調(diào)壓困難，在主干線路發(fā)生故障或檢修情況下，將導(dǎo)致停電，供電可靠性低，影響正常生產(chǎn)、生活用電。綜合智慧微網(wǎng)不僅能有效利用附近光資源，降低對電網(wǎng)的依賴，提高供電可靠性，也可改善電能質(zhì)量，為正常生產(chǎn)生活提供保障。

第四，白天負荷重，夜晚負荷輕的場所，如充電站、高鐵站、旅游名勝景區(qū)、高新技術(shù)園區(qū)等，該類場所用電負荷特性與光伏發(fā)電特性較為吻合，宜優(yōu)先推廣。

第五，對供電可靠性要求較高的場所，如機場、冷庫、中大型醫(yī)院、超高層建筑等，綜合智慧微網(wǎng)在提供光伏電能的同時，儲能部分還可以作為備用電源，增強供電可靠性。

第六，推廣鄉(xiāng)村“能源e 站”，打造新能源利用和增值服務(wù)實體物理展示空間，以鄉(xiāng)村“能源e 站”智慧大屏、健康一體機、V2G 充電樁等交直流配套設(shè)備為載體，實現(xiàn)光伏報裝、積分排名、綠能積分商品兌換、線上購物、寄存快遞、健康監(jiān)測、就醫(yī)購藥等便民服務(wù)，營造數(shù)字黨建與新時代文明實踐的空間載體，為政府帶動區(qū)域經(jīng)濟效應(yīng)、增加就業(yè)崗位、聯(lián)通各鄉(xiāng)鎮(zhèn)集體，助力美麗鄉(xiāng)村建設(shè)。

第七，提升鄉(xiāng)村數(shù)智化治理服務(wù)。在各地區(qū)縣域光伏市場開發(fā)場景中，通過為政府提供鄉(xiāng)村數(shù)智化治理服務(wù)，優(yōu)化智慧治理，幫助提升數(shù)智化基層治理水平，聯(lián)通政府，實現(xiàn)雙向引流，進一步提升縣域市場開發(fā)能力。

6 項目綜合建設(shè)過程中的問題分析

第一，本項目綜合智慧微網(wǎng)的設(shè)計團隊、平臺開發(fā)團隊、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)團隊、商業(yè)模式研究團隊配合不夠緊密，仍需磨合。需要進一步加強團隊之間的銜接配合，明確各方工作范圍，提供強有力的技術(shù)支持，派專人專班駐守現(xiàn)場，推動示范項目落地。

第二，綜合智慧微網(wǎng)在面對不同的應(yīng)用場景、不同的用戶需求時，會有不同的運行策略，會使微網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)、設(shè)備選擇發(fā)生變化。需要根據(jù)具體的項目具體分析。

第三，國內(nèi)綜合智慧微網(wǎng)系統(tǒng)起步較晚，低壓直流設(shè)備相對于交流設(shè)備來說，標準化程度低，生產(chǎn)廠家少，不同廠家對于同一方案的設(shè)備配置不同。需要以項目控制策略和要實現(xiàn)的功能為主導(dǎo)，讓廠家配合方案，而不是方案配合廠家。

7 結(jié)語

第一，通過該項目“示范引領(lǐng)、試點先行”進一步促進企業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動轉(zhuǎn)型發(fā)展，加快培育“三網(wǎng)融合”生態(tài)，引導(dǎo)“三網(wǎng)融合”新模式、新業(yè)態(tài)落地實施?？焖俾涞亍叭W(wǎng)融合”運營新模式，形成可復(fù)制可推廣的企業(yè)特色價值倍增體系，實現(xiàn)自身企業(yè)價值。打造“三網(wǎng)融合”企地合作的“金招牌”，為企業(yè)縣域經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展探索出一條可復(fù)制、可推廣的新路徑。

第二，本項目以分布式光伏為主，按照火電煤耗（標準煤）每度電耗煤304.9g，建設(shè)投運25年共可節(jié)約標準煤約1262784.4t、可減少NOx 排放量約741.4t、減少SO2排放量約662.7t、減少CO2排放量約3445839.9t，對減輕環(huán)境污染有一定的促進作用。

第三，本項目是跨界融合的戰(zhàn)略性探索，是令人充滿期待的嶄新起點。通過技術(shù)集成、創(chuàng)新商業(yè)模式、豐富服務(wù)功能、提升居民體驗，進一步協(xié)同推進農(nóng)村能源革命和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，通過“能源+”新業(yè)態(tài)綜合創(chuàng)造經(jīng)濟價值、生態(tài)價值和社會價值。