基于泛在电力物联网综合能源案例分析

雷 威 盛化才 王宏伟 张 蕾

上海置信节能环保有限公司

0 引言

随着能源互联网技术、分布式发电功能技术、能源系统监视技术、控制和管理技术、及新的能源交易方式的快速发展和广泛应用，以集成供电、供气、供暖、供氢、电气化交通等能源系统的综合能源服务近年来在全国迅速发展，引发了能源系统的深刻变革，成为各国及企业新的战略竞争和合作的焦点[1，2]。

与此同时，我国能源消费供给、能源结构转型、能源系统形态呈现新的发展趋势，综合能源已成为一种新型的、为满足终端客户多元化的能源生产与消费的能源服务方式。而泛在电力物联网是围绕用电系统各环节，充分利用移动互联、人机智能等现代化先进信息技术、通信技术实现电力系统各环节万物互联、人机交互。泛在电力物联网是具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统。将电力物联网与综合节能统一考虑，可实现能源利用信息化和数据化，实现多异质能源子系统之间的协调规划、优化运行、协同管理、交互响应和互补互济，是在满足系统内多元化用能需求的基础上，有效提升能源利用效率、促进能源可持续发展的新型一体化能源系统[3-6]。

武康供电营业所综合能源示范项目以建设“园区小微网用户”为目标，集微电网、光伏、充电桩、储能（供能）系统、智能电网、能量调度管理系统为一体。在能源技术方面，通过加强综合能源服务基础设施建设，应用电力物联网技术，建立多能协同综合能源服务网络，形成能源生产和消费的智能化体系以满足用户多元用能需求。建成的园区小微网是具有共享开放、在线互动等互联网特征的能源服务平台，通过此平台，可挖掘用户潜在的能源服务需求。

1 综合能源系统建设内容

1.1 光伏发电

项目计划建设58．8kW屋面光伏发电：屋顶光伏部分的设计采用在屋面混凝土立架之上搭设钢结构，使用固定式安装模式安装光伏组件。该屋面光伏发电系统，将安装210片多晶硅光伏组件，采用15串14并的方案；停车棚顶面光伏部分，在设计机动车停车棚时就加装了顶面光伏发电系统，其发出的电通过汇流箱并入大楼屋顶光伏系统。停车棚顶面光伏初步设计将安装75片多晶硅光伏组件，采用15串5并的方案。

根据本项目场址日照峰值小时数、光伏发电系统效率、装机容量等分析计算，预计年发电量为7．61万kWh。

1.2 储能系统

本项目根据光伏子系统、充电桩系统、用电负荷规模及储能电池容量衰减，计算出储能系统容量为240kWh/100kW。

储能系统将采用磷酸铁锂电池作为存储介质，铝壳单体电池采用激光点焊技术组成参数为240Ah/48V的电池箱。整个系统采用21个电池箱，组成240kWh/100kW的储能系统。储能集装箱规格按国际标准的20英尺的标准设计集装箱，且集装箱具有隔热保温功能，以满足长途运输要求。

储能系统工作模式采用并网模式，即谷时充电，峰时放电。

1.3 充电桩系统

根据现场状况，设计在机动车停车位安装3台30kW落地式单枪直流充电桩和1台60kW双枪直流充电桩，此设计可同时满足5辆新能源汽车的充电需求。充电桩采用150kW一拖4群总控制箱，安装500V功率模块为乘用车提供直流电能。

1.4 智慧路灯站牌系统

智慧路灯站牌功能包括视频监控、LED灯、灯箱屏、LED屏、Wifi、一键报警、基本数据（除视频）上传等功能，智慧路灯系统见图1。

图1 智慧路灯系统

1.5 能效管理监控展示平台

基于泛在电力物联网技术建设的电力能效管理平台接入园区大楼1层营业厅液晶屏进行典型示范展示。管理平台内容包括对光伏实时发电量和运行状态、充电桩工作状态、储能电池运行状态、配电系统电能质量、照明/办公设备等用能系统实时用电进行数据采集和集中展示。

系统总体架构图如图2所示：系统主要分为3层，分别为数据采集与控制层、消息服务与持久层、终端展示层。

图2 系统总体架构图

系统通过检测并网点计量表状态，对电池电流进行跟踪和预测，并根据用户实际用电负荷实时调整储能系统出力，削平用户用电高峰，增加电网容量，最大效率地利用电池存储电量，将储能系统的效用发挥到最大，具体措施如下：

1）白天园区用电主要由园区光伏发电出力。当用户用电达到高峰，且用电负荷超过电网额定配给容量一定比例时，光储一体机接收EMS并网放电指令，电池组放电；当EMS检测到电池电量SOC低于设定值的20%时，系统向储能逆变器PCS发送停止放电指令，电池组停止放电，由电网向园区负载继续供电，同时将剩余容量的20%作为极端配置容量，以备离网时候使用。

2）夜晚用户用电较低时，且此时电价处于谷段，储能逆变器（PCS）接受EMS并网充电指令，电网通过PCS对电池组进行充电，此时用户负载由电网供电。充电完成后，系统向PCS发出停止充电指令，PCS进入待机状态。

3）储能系统推荐每天进行1充1放模式。白天，储能系统优先将电池的电放完，晚上电价谷段时将储能电池充满电。

此外，系统也可根据用户日用电曲线，调节储能系统充放电次数，最大程度增补电网容量的不足。

通过电力能效管理平台的实时调度、实时控制和有效管理，达到电网有效调整和平衡能源供需结构，推动节能减排、降低能源消耗、提高能源利用效率和提升管理运营水平。

2 效益

通过综合能源系统的改造及对比当前能源模式，预计平均年发电量6．76万kWh、储能收益8．8万元、充电桩系统收益6．2万元、能源消耗总量降低18．3%、提升能源利用效率10．2%。

3 结论与展望

本项目以建立园区小微网用户为依托，基于泛在电力物联网相关理论与技术，配以感知互动、安全可信、高效节能的智慧能源管理平台，形成能源生产、消费的智能化体系，满足用户多元用能的需求。

随着通信技术、大数据分析技术、云技术、新能源技术的发展，构建互联网+智慧能源管理系统将成为现实。通过构建互联网+智慧能源管理系统（综合能源管控系统），可将不同地域的功能区能源纳入统一管理，从而为政府、园区管理者、能源服务商和企业用户提供完善的、精细化的能源管理服务，提升能源精细化管理水平和能源使用效率，促进新型能源的利用和节能减排，进而促进能源利用方式的变革，推动社会发展。

综合能源管控系统以构建安全、清洁、经济、高效的能源供应体系为目标，以服务清洁能源发展、优化能源配置、提高能源效率为重点，推进能源供给侧改革，建设协同规划、联合运行、多元服务的综合能源协同共享生态体系。