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    泛在電力物聯網、能源互聯網與虛擬電廠
    更新時間:2023-07-11   點擊次數:232次

    安科瑞 王長幸

    導讀:從能源互聯網推進受阻,到泛在電力物聯網名噪一時,到虛擬電廠再次走向火爆,能源領域亟需更進一步的數智化發展。如今,隨著新型電力系統建設推進,虛擬電廠有望迎來快速發展。除了國網和南網公司下屬的電力信息化公司外,市場正磨刀霍霍,共探新藍海。

    6月1日,據南方財經報道,南方電網深圳供電局聯合南網科研院,于5月19日至30日運用5G專用切片技術,在國內驗證了虛擬電廠調頻技術。這標志著,深圳虛擬電廠基本具備了實體電廠功能,將有助于提升城市電力保障能力和新能源消納能力,為國內虛擬電廠建設及運行輸出“深圳經驗”。

    盡管我國虛擬電廠建設尚處于概念驗證和試點階段,但由于可為電力穩定供應提供保駕護航的作用,虛擬電廠指數近年以來震蕩上升,引發市場廣泛關注。同時,伴隨著虛擬電廠走紅,頻迎政策利好,能源物聯網企業在2023年的寒氣中逆勢成長,贏得先機。

    爆火的虛擬電廠,昭示新風口

    今年有多熱?據上海市氣象局官微消息,5月29日13時09分,徐家匯站氣溫達36.1℃,打破了百年來的當地5月份氣溫的紀錄。不僅如此,北京、四川、江西、湖南、廣東、廣西等地也頻頻發布高溫預警。

    伴隨著居民用電急劇攀升,疊加工業用電居高不下,盡管發電量連年增長,但我國電力緊張情況仍然持續加劇。今年4月份,我國總發電量6583.5億千瓦時,同比增長8.18%。然而,據國家能源局預估,2023年全國至大的電力負荷將比去年有較大增長,我國電力供應將呈現緊平衡狀態,全國至高用電負荷可能比2022年增加近1億千瓦,電力保供仍是重要主題。

    在電力資源持續緊張的當下,數智化手段能否為電力系統提供全新助力?答案當然是肯定的,虛擬電廠就在這一背景下乘勢而起。通俗來說,虛擬電廠就是虛擬化的發電廠,它并不具備實體發電廠(如火力發電廠)本身 ,而是一種管理模式或者說是一套系統,其核心思想就是把各類分散可調電源和負荷匯聚起來,通過數字化的手段形成一個虛擬的“電廠”來做統一的管理和調度,同時作為主體參與電力市場。

     

    虛擬電廠之所以引起關注,在于其可為電力穩定供應提供保駕護航的作用。隨著具有間歇性特點的新能源在電力系統中占比提升,電力負荷彈性面臨挑戰,而虛擬電廠具有聚集資源、調節流向及提高效率等功能,有助提升風光大規模接入時電力系統穩定性及安全性。例如,在用電高峰時,虛擬電廠可實現大批商場負荷與電網的互動,通過將商場室內溫度提升1至2攝氏度,在顧客幾乎無覺察的情況下,大幅降低商場空調負荷,緩解電網用電壓力。

    此外,虛擬電廠能夠以更低的成本參與電力系統調節。根據國家電網的測算,通過火電廠實現電力系統削峰填谷,滿足5%的峰值負荷需要投資4000億元,而通過虛擬電廠僅需投資500億元-600億元,虛擬電廠的成本僅為火電廠的1/8-1/7。

    在種種優勢背景下,虛擬電廠概念股持續攀升。事實上,虛擬電廠早已不是新鮮事物。“十三五“時期,我國就已經開展了虛擬電廠試點工作,部署多個虛擬電廠項目,取得了大量經驗和數據。2022年6月山西省能源局發布的《虛擬電廠建設與運營管理實施方案》,明確虛擬電廠的類型、入市流程、技術規范等要求,成為首份省級虛擬電廠實施方案。目前,山西正推動兩批合計10個虛擬電廠試點項目,累計可調節容量達400兆瓦。

    去年8月,深圳虛擬電廠管理中心成立,這是國內的虛擬電廠管理中心,標志著深圳虛擬電廠邁入快速發展新階段。虛擬電廠的走紅對于能源電力行業而言并非意外。新京報貝殼財經記者了解到,隨著風光大規模接入,虛擬電廠可提升電力系統穩定性及安全性,且成本較火電調峰更低。除此之外,上海虛擬電廠參與的負荷類型多;山東虛擬電廠既可參與輔助服務,也可參與日前現貨交易;廣東開啟需求響應市場化交易……

    近日,國家標準化管理委員會更是發布消息稱,《虛擬電廠管理規范》《虛擬電廠資源配置與評估技術規范》兩項國家標準獲批立項,這意味著我國虛擬電廠建設將有國家統一管理規范。

    盡管虛擬電廠熱度躥升,但我國虛擬電廠建設尚處于概念驗證和試點階段。目前我國的虛擬電廠以邀約型為主,通過政府機構或電力調度機構發出邀約信號,然后由負荷聚合商和虛擬電廠組織資源進行削峰填谷等需求響應,從電網電價補貼中獲取收益。這意味著,虛擬電廠市場規模仍然十分有限。在其背后,新型電力系統所承載的能源物聯網風口才是更為廣闊的市場目標。

    虛擬電廠,能否支撐泛在電力物聯網重新起飛?

    自2016年2月以來,我國開始逐步推動能源互聯網建設,并先后在全國開展試點,建設效果未能滿足預期。缺乏配套的商業模式使得各方資本在實際投資過程中缺乏積極性。

    2018年3月,由國網冀北電力制定的IEC標準虛擬電廠《用例》提案獲批正式立項,這是國家電網在虛擬電廠國際標準編制領域的里程碑突破。國網冀北電力將通過制定虛擬電廠國際標準,推動相關科研和技術的發展,探索在促進清潔消納等技術領域的冀北方案。

    2019年1月,國家電網公司進一步提出“三型兩網”發展戰略目標,旨在建立智能電網與泛在電力物聯網有機聯合的國際能源互聯網企業。泛在電力物聯網建設背景強調建設各級電網協調發展、狀態感知、信息處理的堅強智能電網和泛在電力物聯網,發揮電網在能源匯集、傳輸、轉換中的樞紐作用,促進清潔低碳發展,促進供需對接,提高系統靈活性。

    虛擬電廠的核心在于聚合與通信。分布式電源、分布式儲能、可控負荷、充電樁等不同類型的分布式資源就像是“沙”,通過虛擬電廠技術,這些“沙”被聚攏利用、整合協同,形成巨大的“寶藏”。

    一般而言,虛擬電廠為新型電力系統提供平衡服務,而非簡單的電能量,其本質是一種市場化管理模式,可通過價格進行電力供需風險管理。虛擬電廠作為一種利用市場激勵規則,通過優化、協調和控制等手段,聚合分布式能源參與電力市場與電力系統運行的運營模式,將是促進分布式能源與大電網友好協調優化,促進電力系統清潔化的有效途徑之一。

    以上內容節選自微信公眾號:數智銳角《深圳經驗,趟出了一條電力物聯網大道》,作者不二。

    泛在電力物聯網、能源互聯網與虛擬電廠

    泛在電力物聯網的建設為能源互聯網構建提供了有力支撐,也為虛擬電廠建設與實施提供了技術驅動力。某種程度上來講,虛擬電廠是泛在電力物聯網的具體形式和基本單元。國家電網2019年發布《泛在電力物聯網2020年重點建設任務大綱》到現在,雖然泛在電力物聯網和能源互聯網建設進展一度放緩,但是一直在為企業的產品生態指導方向?,F在隨著虛擬電廠的興起,泛在電力物聯網和能源互聯網建設的重要性也再度顯現。

    安科瑞電氣多年來一直深耕企業微電網能效管理,根據泛在電力物聯網建設要求,在企業微電網“源-網-荷-儲-充”各個環節加大研發投入,從AcrelEMS企業微電網能效管理系統從1.0逐漸迭代到3.0,實現企業微電網的需求管理和負荷管理,結合物聯網、大數據技術,可實現企業電網電力監控、能耗統計、負荷預測、照明控制、主要負荷監控、充電樁運營管理、光伏發電監控、儲能管理、需求響應等功能,提高企業配電和用電智能化,幫助企業實現用電可靠、安全、節約、有序用電,AcrelEMS可以作為虛擬電廠的子系統,促進虛擬電廠的快速發展。

     

    圖1 AcrelEMS企業微電網能效管理系統

    AcrelEMS企業微電網能效管理系統

    1. 配電監控

    AcrelEMS對企業高低壓變配電系統的變壓器、斷路器、直流屏、母排、無功補償柜及電纜等配電相關設備的電氣參數、運行狀態、接點溫度進行實時監測和控制,監測企業微電網主要回路的電能質量并進行治理,對故障及時處理并發出告警信息,提高企業供電可靠性。

     

    圖2 配電監控

    1. 光伏發電監控

    監測企業分布式光伏電站運行情況,包括逆變器運行數據、光伏發電效率分析、發電量及收益統計以及光伏發電功率控制。

     

    圖3 光伏發電監控

    1. 儲能管理

    監測儲能系統(EMS)、電池管理系統(BMS)和儲能變流器(PCS)運行模式、控制策略,監測電池電流、溫度、SOC/SOH,檢測直流系統絕緣狀況,并根據企業峰谷特點和電價波動以及上級平臺指令設置儲能系統的充放電策略,控制儲能系統充放電,實現削峰填谷,降低企業用電成本。

     

    圖4 儲能系統監控

    1. 功率預測

    系統基于歷史負荷數據,結合天氣因素、企業生產計劃等,預測企業下個周期的功率需求和光伏發電功率曲線,為企業提前安排能源計劃、申報需求響應提供數據支持。

     

    圖5 發電功率預測

    1. 能耗分析

    采集企業電、水、燃氣等能源消耗,進行分類分項能耗統計,計算單位面積或單位產品的能耗數據以及趨勢,對標主要用能設備能效進行能效診斷,計算企業碳排放,為企業制定碳達峰、碳中和路線提供數據支持。

     

    圖6 能耗分析功能

    1. 照明控制

    智能照明控制功能可以根據企業情況實現定時控制、光照感應控制、場景控制、調光控制等,并結合紅外傳感器、超聲波傳感器,實現人來燈亮、人走燈滅,并可以根據系統的控制策略實現集中控制,為企業節約照明能耗。

     

    圖7 照明控制功能

    1. 充電樁管理 

    監測企業充電樁的運行狀態,提供充電樁收費管理和狀態監測功能,并根據企業負荷率變化和需求側管理平臺指令調節充電樁功率,有序用電,并響應上級平臺的功率需求。

     

    圖8 充電樁管理

    1. 需求響應

    根據企業負荷波動數據,再結合上級平臺的調度指令,決定以何種方式參與電網需求響應,平臺可通過給儲能系統下發控制策略,調整充發電時間。平臺在需求響應時間段調整可控負荷功率,停止給可中斷負荷供電,并且可以根據企業可控負荷數據制定需求響應控制策略,實現一鍵響應。

    企業微電網能效管理系統硬件設備

    安科瑞具備能源互聯網“云-邊-端”的產品生態系統,終端設備包括智能網關、高低壓配電綜合保護和監測產品、電能質量在線監測裝置、電能質量治理、分項計量、照明控制、新能源充電樁、電氣消防類解決方案等,可以為企業微電網能效系統提供一站式服務能力。

    名稱

    圖片

    型號

    功能

    應用

    中高壓微機保護裝置

    AM6、AM5SE

    實現35kV、10kV回路的保護、測量和自動控制功能

    35kV、10kV回路斷路器

    電能質量監測裝置

    APView500

    實時監測電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡、電壓波動和閃變、諧波等電能質量,記錄各類電能質量事件,定位擾動源。

    高低壓進線回路

    動態諧波無功補償系統

    AnCos*/*-G Ⅰ型

    同時具備諧波治理、無功功率線性補償與三相電流平衡治理和穩定電壓的功能,動態補償功率因數;

    0.4kV電能質量治理

    智能儀表

    APM500

    具有全電量測量,諧波畸變率、電壓合格率統計、電能統計,開關量輸入輸出,模擬量輸入輸出。

    主要用于高低壓電能監測和電能管理

    無線測溫傳感器

    ATE400

    監測35kV及以下電壓等級配電系統關鍵接點溫度和溫升預警。

    適用于35kV、10kV以及0.4kV開關柜母排、斷路器、電纜接頭等接點溫度監測

    計量電能表

    DTSD1352

    具有全電量測量,電能統計,80A內可直接接入,導軌安裝。

    低壓配電箱計量

    費控電能表

    DTSY1352-Z

    計量單個三相用戶電流、電壓、分時電能,復費率設置,適用8種季節模式、8個時段費率、14個時間段設置,內置分斷開關,可分斷80A以內三相電流,支持射頻卡刷卡或遠程充值。

    用于單個商鋪、租戶電能預付費或后付費模式。

    物聯網儀表

    ADW300W

    主要用于計量中低壓配電的三相電氣參數,采集狀態量并控制斷路器,可靈活安裝于配電箱內,自帶開口式互感器,可實現不停電安裝,具備RS485、4G、LoRaWan無線通信功能,適用于配電系統數字化改造。

    電能計量改造

    物聯網電氣安全儀表

    ARCM300

    三相交流電能計量、漏電電流測量、諧波分析、4路溫度采集功能,通過對配電回路的剩余電流、導線溫度等火災危險參數實施監控和管理,可采集狀態量或控制斷路器,具備RS485通訊或4G通訊功能。

    電能計量及電氣消防監測

    直流電能表

    DJSF1352-RN

    可測量直流系統中的電壓、電流、功率以及正反向電能等,配套霍爾傳感器(可選)。

    直流計量

    霍爾傳感器

    AHKC-EKAA

    測量DC0~(5-500)A電流,輸出DC4-20mA,工作電源DC12/24V。

    直流系統監測

    直流絕緣監測

    AIM-D100-ES

    監測儲能直流系統絶縁狀況

    儲能直流側絕緣監測

    馬達控制

    ARD3M

    電動機保護控制器,適用于額定電壓至 660V 的低壓電動機回路,集保護、測量、控制、通訊、運維于一體。

    電機保護控制

    照明控制

    ASL220Z-S4/16

    照明控制驅動器,自帶RTC時鐘芯片,可離線獨立工作,執行定時任務(含天文時鐘)。

    照明控制

    感應控制

    ASL220-PM/T

    ASL220-RM/T

    ASL220-RP/T

    支持紅外感應、微波感應、微動感應、光照度感應并預設控制邏輯。

    自動感應控制

    遙信遙控單元

    ARTU-KJ8

    狀態量采集和控制輸出,導軌式安裝,485通訊,可實現斷路器或接觸器的遠程控制和狀態采集。

    狀態量采集和控制輸出

    電動汽車充電樁

    AEV200-DC160S

    一種符合國標充電接口標準、輸出功率達到160kW的直流充電機,滿足快速充電的需要。還具備120/80/60/30kW直流充電樁和7kW交流充電樁。

    充電樁運營和充電控制

    電動自行車充電樁

    ACX10A

    投幣、刷卡、掃碼、免費充電多種模式,充電安全保護和監測,可接入云平臺

    電動自行車充電樁安全和收費管理

    智能網關

    ANet-2E4SM

    邊緣計算網關,嵌入式linux系統,網絡通訊方式具備Socket方式,支持XML格式壓縮上傳,提供AES加密及MD5身份認證等安全需求,支持斷點續傳,支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協議

    電能、環境等數據采集、轉換和邏輯判斷

    結束語

    從能源互聯網概念提出,到泛在電力物聯網興盛一時,再到虛擬電廠走向火爆,能源領域亟需更進一步的數智化發展。如今,隨著新型電力系統建設推進,虛擬電廠有望迎來快速發展,隨之企業側的能源數字化也將迎來新一輪的高潮。

     

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