浅谈虚拟电厂与企业微电网数字化建设

安科瑞 崔丽洁

　　摘要：2023年1月8日，微信公众号鱼眼看电改(作者俞庆)发表了文章《虚拟电厂与负荷侧数字化》，原文如下：

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　　综述

　　看完文章受益颇丰，本文主要是想结合文章探讨电力用户负荷侧，也就是企业微电网数字化的实现方式及其意义。

　　虚拟电厂本质上是运用能源互联网技术，把数以千计的企业微电网分散的可控负荷、充电桩、分布式光伏、分布式储能等整合起来，变成具有一定规模、可调节的负荷资源和发电容量，通过这个看不见的“电厂”来配合大电网的需求响应，解决电网峰谷差大、局部电力供应紧张等问题的同时从中获利，这对电网和用电企业是双赢的。今年以来，虚拟电厂频获政策支持，在行业内掀起发展热潮，主要原因在于我国电力峰谷差矛盾日益突出，未来在缓解供需矛盾，提高电网稳定性和灵活性上，虚拟电厂可以发挥出关键作用。

　　虚拟电厂在国外已经有比较成熟的运行机制，但是现阶段国内虚拟电厂落地的项目很少，且大多为试点项目，如俞庆先生所说一方面是虚拟电厂目前无法持续盈利；另一方面虚拟电厂的基础设施，也就是数量众多的企业微电网数字化程度太低，前期需要投入较多的资源先实现企业微电网的数字化。企业微电网侧低水平的数字化，已经成为虚拟电厂发展的制约之一。

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　　怎么建立企业微电网数字化

　　企业的能源管理意识决定了企业电网的数字化水平，专家预测接下来会有进一步的政策（比如需求响应、能源双控、碳排放约束）和价格激励机制去推动企业建立微电网数字化，为虚拟电厂的推广和发展做好基础设施的建设，同时也提高企业的能源管理意识，并通过数字化的能源管理对企业产生价值。那企业怎么建立适用于自身的微电网数字化呢？

　　企业微电网的数字化系统(EMS)包含安装于现场的传感器、智能网关和微电网数字化软件。传感器用于监测和控制企业内部的负荷设备和分布式发电设备(系统)，现场传感器的数据接入边缘计算智能网关，每个智能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EMS和转发第三方系统，网关可以根据预设阈值或自动学习来执行逻辑计算，并执行EMS的指令。EMS可以看做是企业微电网的指挥部，根据智能网关上传的数据生成各类图表、控制策略和分析结论，并按照设置的权限响应虚拟电厂的调度指令，这样数量众多的EMS就构成了虚拟电厂的基础，系统架构图如图1所示。

图1 企业微电网数字化系统(EMS)网络架构

　　AcrelEMS企业微电网数字化系统融合企业负荷侧的电力监控、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，用户通过一个平台即可全局、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，同时满足企业用电可靠、安全、节约、有序用电要求。

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　　微电网数字化系统功能

　　3.1 电力监控

　　对企业35kV变电站至0.4kV配电涉及的变压器、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2 企业微电网数字化系统(EMS)电力监控

　　3.2 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3 企业微电网数字化系统(EMS)能耗分析

　　3.3 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、集中控制、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，为企业节约照明用电。

图4 企业微电网数字化系统(EMS)照明控制

　　3.4 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5 企业微电网数字化系统(EMS)光伏发电监测

　　3.5 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设置储能系统的充放电策略，控制储能系统充放电模式，实现削峰填谷，降低企业用电成本，见图6。

图6 储能管理

　　3.6 充电桩运营管理

　　监测企业微电网充电桩的运行状态，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7 充电桩管理

　　3.7 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。

图8 企业微电网数字化系统需求响应示意图

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　　微电网数字化系统硬件设备

　　安科瑞针对企业微电网数字化系统除了软件外，还具备现场传感器、智能网关等设备，还包括了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，可以为企业微电网数字化提供一站式服务能力。

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　　结束语

　　如文章所说“负荷侧数字化，本质是管理意识提升”，企业微电网数字化建设是大势所趋，是虚拟电厂发展的必要条件，也是企业自身提高能源管理水平的必要手段。随着双碳政策和电改政策的推进，要提高能源利用效率，解决电网峰谷差大的问题，必然会有越来越多的政策工具走上台面，包括加大电价浮动、拉大峰谷电价差、能耗双控等等，在这种情况下仅依赖人工的管理是无法适应政策和电价变化的。而提前建立和适应了能源数字化管理的企业将会更快获得用电成本的优势，切实享受电改政策红利。