淺談能效管理平臺在智慧園區(qū)綜合能源管控一體化技術(shù)的設(shè)計與應(yīng)用

時間：2023-07-03作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：84

楊翠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘 要：智慧園區(qū)是智慧城市的重要組成部分，、綠色的能源供給與使用是園區(qū)可持續(xù)發(fā)展的基本**。能源管控一體化技術(shù)通過一二次設(shè)備融合、配電自動化技術(shù)和微網(wǎng)控制技術(shù)融合，形成具有適應(yīng)多源饋入、可自感/自診/自愈、全網(wǎng)優(yōu)化協(xié)調(diào)運行的主動配電網(wǎng)，**園區(qū)供電可靠、用電；通過對多種形式的能源進行優(yōu)化配置，將冷、熱、電等能量形式整合在一起，形成能量輸入和輸出的實時協(xié)同，制訂多種能源之間的能量互動機制以及相應(yīng)的能量優(yōu)化管理策略，實現(xiàn)系統(tǒng)全生命周期的*優(yōu)化和能量的增效。

關(guān)健詞：智慧園區(qū)；主動配電網(wǎng)；微網(wǎng)；能效。

0前言
隨著國家新型城鎮(zhèn)化進程的不斷深入，作為推動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、促進科技與經(jīng)濟融合重要載體的智慧園區(qū)建設(shè)成為眾所關(guān)注的熱點。目前，國內(nèi)已建設(shè)了相當規(guī)模的各類大中型科技園區(qū)、工業(yè)園區(qū)和居民區(qū)，但是，大多數(shù)園區(qū)的能源供給和使用仍處于比較粗放的狀態(tài)，不能適應(yīng)園區(qū)整體智能化水平提升的需要。一方面，現(xiàn)有園區(qū)缺乏智能化的能源系統(tǒng)運行控制技術(shù)和能量管理手段，難以有效滿足分布式電源、分布式儲能裝置、電動汽車的規(guī)?；尤爰坝脩舻男枨髠?cè)響應(yīng)；另一方面，現(xiàn)有園區(qū)內(nèi)的供用能設(shè)備系統(tǒng)大多按各自專業(yè)獨立建設(shè)，無法滿足園區(qū)綜合能效管理的要求。有鑒于此，本文對智慧園區(qū)綜合能源管控一體化技術(shù)方案進行了研究，提岀通過一二次設(shè)備融合、配電自動化技術(shù)、微網(wǎng)控制技術(shù)和能效管理技術(shù)融合，形成適應(yīng)智慧園區(qū)供能和用能需求，支撐其可持續(xù)發(fā)展的綜合能源借控系統(tǒng)解決方案。

1綜合能源管控一體化系統(tǒng)架構(gòu)

綜合能源管控系統(tǒng)采用分層分布式的一體化設(shè)計思路，總體架構(gòu)包括設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、監(jiān)控管理層。以智能開閉所/配電室、分布式電源、儲能系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以高速可靠的通信網(wǎng)作為信息傳輸支撐，建設(shè)集園區(qū)配電自動化系統(tǒng)、微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)于一體的主動配電網(wǎng)管控系統(tǒng)，以及集成園區(qū)建筑用能、供配電、微網(wǎng)、暖通空調(diào)等各種能源系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)控與優(yōu)化的綜合能效管理系統(tǒng)，應(yīng)用云計算、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，將獲取的信息進行傳遞和處理，完成各智能化模塊信息交互，運營整合、統(tǒng)一指揮，優(yōu)化用能控制，為園區(qū)提供系統(tǒng)集成服務(wù)和節(jié)能技術(shù)應(yīng)用服務(wù)。并構(gòu)建統(tǒng)一的綜合能源應(yīng)用展示體驗平臺，以低碳運行及節(jié)能減排為展示主題，實現(xiàn)生態(tài)主題交流體驗的目的，實現(xiàn)園區(qū)能源系統(tǒng)運行和使用情況動態(tài)、靈活、直觀和多維的可視化展示。方案整體架構(gòu)如下圖所示：


2主動配電網(wǎng)

根據(jù)CIGREC6.ll工作組的定義，主動配電網(wǎng)是利用**的信息、通信以及電力電子技術(shù)對規(guī)?；尤敕植际侥茉吹呐潆娋W(wǎng)實施主動管理，能夠自主協(xié)調(diào)控制間歇式新能源與儲能裝置等DG單元，積極消納可再生能源并確保網(wǎng)絡(luò)的安全經(jīng)濟運行，是智能配電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的**階段。結(jié)合目前園區(qū)建設(shè)的投資主體情況、配變電設(shè)備技術(shù)水平和實際供用電需求，以下從智能開閉所/配電室、分布式電源、儲能系統(tǒng)、主動配電網(wǎng)管控系統(tǒng)等方面進行分析討論。


2.1智能開閉所/變配電室

智慧園區(qū)一般供電可靠性要求較高，供電設(shè)計一般由**提供2路以上獨立外線電源，采用開閉所/變配電房二級組網(wǎng)方式。進線電源一般采用單母線分段設(shè)母聯(lián)開關(guān)方式（主開關(guān)及母聯(lián)開關(guān)，電氣加機械聯(lián)鎖），母聯(lián)開關(guān)可手/自動聯(lián)絡(luò),平時分列運行，當一路外線電源故障或檢修時，投入母聯(lián)開關(guān)，由另一路外線電源承擔重要負荷供電。變配電所髙壓系統(tǒng)采用單母線分段分列運營方式，中間不設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，變壓器低壓側(cè)采用單母線分段加母聯(lián)開關(guān)方式（主開關(guān)及母聯(lián)開關(guān)，電氣加機械聯(lián)鎖），母聯(lián)開關(guān)可手/自動聯(lián)絡(luò),平時分列運行，當一路高壓進線或一臺主變故障、檢修時，投入低壓母聯(lián)開關(guān)，則另一臺主變可帶全部一、二級負荷。

開閉所開關(guān)柜、變壓器柜配置智能終端，以實現(xiàn)“三遙”功能為主，同時集成重要變配電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測功能，實現(xiàn)配電線路、設(shè)備數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)測，通過能源管控一體化系統(tǒng)通信網(wǎng)，上傳配網(wǎng)運行、設(shè)備狀態(tài)、故障實時信息或就地故障隔離信息，及時掌握系統(tǒng)運行情況、及時準確的定位故障點，增強網(wǎng)絡(luò)的快速自愈能力。

2.2分布式電源及儲能

園區(qū)分布式電源可為結(jié)合建筑條件，在相關(guān)建筑建設(shè)分布式光伏屋頂發(fā)電系統(tǒng)，各屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)就近并人各變配電所低壓側(cè)母排，采用并網(wǎng)不上網(wǎng)的方式，就地消納光伏發(fā)電電量，在應(yīng)急的情況下,光伏屋頂發(fā)電系統(tǒng)還可通過聯(lián)絡(luò)線匯人儲能系統(tǒng)，組成園區(qū)大微網(wǎng)，作為園區(qū)內(nèi)特別重要負荷的備用電源。

可供智慧園區(qū)選擇的儲能技術(shù)主要包括機械儲能方式（如:飛輪儲能）和電化學(xué)儲能方式（如：各類電池儲能），特別是后者在能量密度、功率密度、響應(yīng)速度等性能指標方面具有較多的選擇余地，建議在智慧園區(qū)配套的儲能系統(tǒng)中選用。如一套全機液流電池和鉛酸蓄電池組成的混合儲能系統(tǒng)，可充分發(fā)揮全機液流電池循環(huán)壽命長、可深充深放的優(yōu)勢，同時利用鉛酸蓄電池廉價的特點降低整套儲能裝置的成本，該儲能系統(tǒng)平?？捎糜谄交植际焦夥刃履茉窗l(fā)電的波動，電網(wǎng)故障時可作為離網(wǎng)運行條件下的微網(wǎng)恒壓恒頻控制節(jié)點運行。圖2為1套MW級混合儲能系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)圖。



圖2 混合電池儲能系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)


2.3主動配電網(wǎng)管控系統(tǒng)

主動配電網(wǎng)管控系統(tǒng)的主要監(jiān)控對象包括智能開閉所/變配電房、分布式光伏發(fā)電站，儲能電站。主動配電網(wǎng)管控系統(tǒng)將智能開閉所/變配電室的保護監(jiān)測，配電網(wǎng)自動化以及微電網(wǎng)能量管理功能**融合為一體，可以進行開閉所、配電室的智能監(jiān)控，配電線路/變壓器的集中保護，以及微電網(wǎng)的集中控制和能量優(yōu)化管理，具備數(shù)據(jù)采集、運行監(jiān)控、穩(wěn)定運行控制、能量管理、遠程監(jiān)控等功能。

系統(tǒng)架構(gòu)分為三層，自下至別是就地控制層、中間層和監(jiān)控層，如圖3所示：









圖3主動配電網(wǎng)管控系統(tǒng)架構(gòu)框圖

就地控制層由部署在開閉所開關(guān)柜、配電室、光伏接入點、蓄電池混合儲能電站接入點的智能測控單元組成，采用高實時性的IEC61850**標準規(guī)約，通過光纖將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)送到中央控制層，同時接受中央控制層的控制命令，對斷路器，分布式光伏發(fā)電站，混合儲能電站行相應(yīng)的控制。

中央控制層由雙重化配置的綜合控制保護模塊構(gòu)成，通過基于IEC61850標準的過程層網(wǎng)絡(luò)，與就地智能測控單元進行快速通信，實現(xiàn)電氣量的全網(wǎng)同步采樣，同步精度達到納秒級。系統(tǒng)通過對獲取的全網(wǎng)同步運行數(shù)據(jù)進行快速計算和分析，一方面保護程序能及時捕捉系統(tǒng)中出現(xiàn)的短路故障，在全網(wǎng)內(nèi)快速與隔離故障；另一方面，通過對各分布式電源的運行模式及控制參數(shù)進行設(shè)置，合理規(guī)劃和控制分布式光伏系統(tǒng)的輸出，保儲能設(shè)備工作在*優(yōu)化狀態(tài)，做到電網(wǎng)節(jié)能經(jīng)濟運行；在微電網(wǎng)進入孤島運行時，控制電壓/頻率維持在允許范圍之內(nèi)，以*大限度滿足負荷、光伏、儲能等并網(wǎng)運行的需求。

監(jiān)控控制層主機采用雙機熱備冗余配置，實現(xiàn)實時信息監(jiān)測、歷史信息存儲、經(jīng)濟運行控制、**能量管理及報表統(tǒng)計等功能。

3園區(qū)綜合能效管理系統(tǒng)

智慧園區(qū)不僅承載著科技、發(fā)展經(jīng)濟的功能，而且大都定位成為生態(tài)、綠色的**項目，采用包括分布式光伏發(fā)電、儲能、集中能源站、冰蓄冷、地源熱泵等在內(nèi)的大量新能源和節(jié)能技術(shù)，因而需要通過綜合能效管理系統(tǒng)對園區(qū)內(nèi)的電、水、冷、熱、氣等能耗進行監(jiān)測和管理，實現(xiàn)各類能耗分類分項統(tǒng)計分析，并對園區(qū)冰蓄冷、地源熱泵、太陽能、儲能等節(jié)能和新能源系統(tǒng)進行綜合優(yōu)化利用。圖4為綜合能效管理系統(tǒng)基本功能架構(gòu)。

如圖4所示，園區(qū)能效管理系統(tǒng)從功能邏輯上可劃分數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)展示模塊、能耗分析模塊和能耗優(yōu)化等模塊。數(shù)據(jù)采集包括對園區(qū)內(nèi)個棟建筑的電、水、燃氣使用情況的采集和預(yù)處理，以及從主動配網(wǎng)管控系統(tǒng)、樓宇自動化系統(tǒng)等園區(qū)內(nèi)相關(guān)智能化系統(tǒng)中獲取能耗數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)展示包括數(shù)據(jù)圖表展示、數(shù)據(jù)報表展示、能耗査詢等功能；能耗分析模塊包括能耗目標管理、能耗對比管理、能耗統(tǒng)計管理、能耗告警管理等功能；能源優(yōu)化系統(tǒng)通過對能耗數(shù)據(jù)分析挖掘能耗潛力，拓展節(jié)能空間，提出節(jié)能建議，從而實現(xiàn)園區(qū)能源綜合優(yōu)化，解決園區(qū)能源網(wǎng)中多種新電源之間的互補問題，實現(xiàn)節(jié)能設(shè)備及清潔能源的*優(yōu)化利用，實現(xiàn)系統(tǒng)能效*大化。



4應(yīng)用案例

按照前述基于綜合能源管控一體化技術(shù)的智慧園區(qū)建設(shè)思路，國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責任公司已成功承建了一批智慧園區(qū)綜合能源管控項目，**了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。如武漢未來科技城項目，該項目占地面積500畝，含3座智能化開閉所、18座智能化變配電室，總裝接配變?nèi)萘考s為50MVA,建設(shè)了包括主動配電網(wǎng)（含配電自動化、微網(wǎng)能量管理）、分布式風光儲聯(lián)合電站、智能樓宇、電動汽車充電設(shè)施、園區(qū)綜合能效管理系統(tǒng)等10項子項目，為武漢未來科技城提供了的能源**和綠色的用能服務(wù)，有力支撐了未來科技城“創(chuàng)新，開放，人本，低碳，共生”**理念的實現(xiàn)。

5 AcrelEMS-SEMI電子廠房能效管理平臺

5.1平臺概述

AcrelEMS-SEMI電子廠房能效管理平臺集變電站綜合自動化、電力監(jiān)控、電能質(zhì)量分析及治理、電氣安全、能耗分析、照明控制、設(shè)備運維于一體，為建立可靠、安全、的工廠能源管理體系提供數(shù)據(jù)支持。同時引入**技術(shù)，配合廠務(wù)系統(tǒng)優(yōu)化，簡化全廠管理，并利用實時數(shù)據(jù)，優(yōu)化能效并預(yù)防風險，**關(guān)鍵制造設(shè)備的穩(wěn)定運行和良品率，降低綜合成本，*終達到運營和**制造的目的。

5.2平臺組成

安科瑞AcrelEMS-SEMI電子廠房管理系統(tǒng)是一個深度集成的自動化平臺，它集成了電力監(jiān)控系統(tǒng)、變電所綜合自動化、電能質(zhì)量監(jiān)測與治理、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防設(shè)備電源系統(tǒng)、*門監(jiān)控系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng)、智能照明控制系統(tǒng)、能耗監(jiān)測系統(tǒng)、新能源充電樁、預(yù)付費系統(tǒng)。用戶可通過瀏覽器、手機APP獲取數(shù)據(jù)，通過一個平臺即可全局、整體的對電子廠房的用電和用電安全進行進行集中監(jiān)控、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)度，同時滿足廠房用電可靠、安全、穩(wěn)定、、有序的要求。

6平臺拓撲圖







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