摘要：在隨著“雙碳”戰(zhàn)略的提出，園區(qū)級(jí)新能源微電網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)選型作為零碳園區(qū)重要的組成部分被越來越的人所關(guān)注，本文簡(jiǎn)單總結(jié)了園區(qū)級(jí)新能源微電網(wǎng)系統(tǒng)在選型及設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮的風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能系統(tǒng)的選型及要點(diǎn)、并網(wǎng)接入方式設(shè)計(jì)等。以江蘇東臺(tái)某工廠微網(wǎng)系統(tǒng)的總體方案為例，詳細(xì)介紹了微網(wǎng)系統(tǒng)中風(fēng)光儲(chǔ)及并網(wǎng)接入設(shè)計(jì)、能量調(diào)度系統(tǒng)、運(yùn)維系統(tǒng)的選型依據(jù)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。為園區(qū)級(jí)微網(wǎng)乃至零碳園區(qū)的推廣提供了一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：微網(wǎng)；新能源；風(fēng)電；光伏；儲(chǔ)能；能量調(diào)度系統(tǒng)

1新能源微電網(wǎng)：概念界定、架構(gòu)梳理與現(xiàn)存挑戰(zhàn)探討

1.1       新能源微電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策驅(qū)動(dòng)背景

二十一世紀(jì)以來，隨著氣候變化問題得到關(guān)注及新能源發(fā)電技術(shù)成熟，分布式能源作為清潔能源利用的重要方式之一得到全球廣泛關(guān)注。近年來，隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電和儲(chǔ)能技術(shù)等新在分布式能源領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用，新能源微電網(wǎng)技術(shù)理念創(chuàng)新與實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)一步得到完善和提升。

我國(guó)分布式新能源微電網(wǎng)技術(shù)的研究起步相對(duì)較晚，尚處于基礎(chǔ)理論研究階段，在研究力量和研究成果上仍與國(guó)外存在一定差距。2009年以來，國(guó)家已啟動(dòng)新能源微電網(wǎng)發(fā)展研究。2012年7月，發(fā)改委發(fā)布《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》和《太陽能發(fā)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，目的是促進(jìn)分布式電源和新能源微電網(wǎng)的發(fā)展。以下就新能源發(fā)電中風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能等進(jìn)行簡(jiǎn)要描述。

2015年7月國(guó)家能源局下發(fā)《關(guān)于推進(jìn)新能源微電網(wǎng)示范項(xiàng)目建設(shè)的指導(dǎo)意見》提出了：可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃把新能源微電網(wǎng)作為可再生能源和分布式能源發(fā)展機(jī)制創(chuàng)新的重要方向。近年來，有關(guān)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)開展新能源微電網(wǎng)技術(shù)研究和應(yīng)用探索，具備了建設(shè)新能源微電網(wǎng)示范工程的工作基礎(chǔ)。對(duì)此提出了相應(yīng)的建設(shè)目的、原則、要求及組織實(shí)施規(guī)范。

1.2獨(dú)立風(fēng)電與獨(dú)立光發(fā)電技術(shù)問題及解決

風(fēng)光發(fā)電具有以下風(fēng)光波動(dòng)大，利用率低問題。主要表現(xiàn)為，風(fēng)力資源具有明顯的波動(dòng)性和周期性。

與風(fēng)電類似，受時(shí)間段和氣象條件限制，光電具有明顯的時(shí)間性，輸出功率與太陽高度和天氣狀況存在明顯的關(guān)系，光伏發(fā)電也是一種間斷的不穩(wěn)定能源。

而結(jié)合風(fēng)光互補(bǔ)，同時(shí)加上儲(chǔ)能技術(shù)，可以很好的解決以上問題。能源的來源形式和能源的供應(yīng)形式均實(shí)現(xiàn)了多種能源的充分利用和互補(bǔ)應(yīng)用，保障用能的安全、可靠。同時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)能夠，吸收、緩沖系統(tǒng)波動(dòng)，削峰填谷，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。

為了實(shí)現(xiàn)能源資源節(jié)約和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，必須加強(qiáng)分布式電源和新能源微電網(wǎng)的研究與建設(shè)。

2園區(qū)級(jí)新能源微網(wǎng)系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

EMS3.0將“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”全鏈路數(shù)據(jù)抽象為統(tǒng)一信息模型，自下而上劃分為三層：

設(shè)備層：主要是連接于網(wǎng)絡(luò)中用于計(jì)量、保護(hù)、控制、治理的各類傳感器，包括充電樁、多功能電表、防逆流裝置、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、無功補(bǔ)償裝置、微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置、電氣火災(zāi)探測(cè)器、限流保護(hù)器以及第三方的逆變器、儲(chǔ)能柜等。

平臺(tái)層：包含現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備、站控層系統(tǒng)及平臺(tái)。智能網(wǎng)關(guān)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約，主動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)同時(shí)上傳至站控層系統(tǒng)和平臺(tái)。智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失；站控層系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、屏蔽雙絞線等，可以制定并自動(dòng)執(zhí)行計(jì)劃曲線、削峰填谷、需量控制、新能源消納、有序充電、動(dòng)態(tài)擴(kuò)容、備用電源等控制策略，對(duì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)一體化智慧協(xié)同；平臺(tái)可以本地、私有云和公有云部署，包含應(yīng)用服務(wù)器、WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，一般應(yīng)用服務(wù)器和WEB服務(wù)器可以合一配置。

應(yīng)用層：包含綜合能效管理、微電網(wǎng)智慧管理、碳管理可視化等核心模塊，對(duì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)企業(yè)微電網(wǎng)集中監(jiān)管、能效分析、碳排放及收益等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、源網(wǎng)荷儲(chǔ)充協(xié)調(diào)控制等，對(duì)外輔助用戶參與需求響應(yīng)和電力市場(chǎng)交易。

平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了從35kV配電到0.4kV用電側(cè)的整體監(jiān)控，滿足光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)、充電樁以及空調(diào)系統(tǒng)的接入，全天候進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，是一個(gè)集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)，為企業(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了全新的解決方案。

圖1AcrelEMS零碳園區(qū)管理平臺(tái)架構(gòu)

3Acrel-EMS3.0在零碳園區(qū)中應(yīng)用功能的概述

3.1能源綜合管理

對(duì)企業(yè)中各能源進(jìn)行監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)儲(chǔ)能充放電、負(fù)荷用能、新能源發(fā)電和收益情況，并展示光伏發(fā)電趨勢(shì)、儲(chǔ)能放電趨勢(shì)和用能趨勢(shì)。根據(jù)能源流向，實(shí)時(shí)展示市電、儲(chǔ)能的正反向流動(dòng)情況，光伏、風(fēng)電正向發(fā)電情況，充電樁、負(fù)荷的用電情況。

3.2光伏綜合看板

展示分布式光伏站的地理位置，顯示整體電站容量，實(shí)時(shí)發(fā)電功率，日月年發(fā)電量及其收益。便于用戶對(duì)電站進(jìn)行整體分析。展示輻照度，環(huán)境溫濕度，風(fēng)速，日月年發(fā)電量，功率曲線，逆變器參數(shù)。幫助用戶了解當(dāng)前站點(diǎn)的基本信息和運(yùn)行狀態(tài)，提供電站發(fā)電統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

3.3風(fēng)電綜合看板

風(fēng)電站監(jiān)測(cè)分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)電功率、電流、發(fā)電量、收益、氣象信息，功率及發(fā)電量趨勢(shì)，告警信息統(tǒng)計(jì)和視頻實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并統(tǒng)計(jì)風(fēng)電產(chǎn)生的收益。

3.4分布式儲(chǔ)能看板

地圖標(biāo)注儲(chǔ)能站點(diǎn)位置，展示平臺(tái)中儲(chǔ)能站運(yùn)行狀態(tài)、收益情況、收益排名和報(bào)警信息。

展示站點(diǎn)地址與裝機(jī)容量及環(huán)境信息（包括水浸、溫濕度信息）；支持展示當(dāng)前儲(chǔ)能站點(diǎn)下不同緊急程度報(bào)警信息的分布情況與數(shù)量；可展示充放電功率和電量數(shù)據(jù)。支持計(jì)劃曲線、新能源消納、防逆流、需量控制、削峰填谷和動(dòng)態(tài)擴(kuò)容等策略下發(fā)。

3.5充電樁看板

顯示當(dāng)前開戶數(shù)量、充值金額、充電次數(shù)、沖抵時(shí)長(zhǎng)等基本信息。并提供7日內(nèi)曲線圖。可查看站點(diǎn)詳情，充電樁查詢報(bào)表以及曲線圖，充電記錄報(bào)表，企業(yè)充電樁尖峰平谷時(shí)段的充電成本和收益信息。

3.6電力監(jiān)控

低壓配電監(jiān)測(cè)大面板，提供變電站和光伏電站運(yùn)行情況展示，展示單個(gè)變電站運(yùn)行狀況，直流屏的監(jiān)測(cè)信息，包括市電、控母、合母和電池等信息，一/二路交流電壓監(jiān)測(cè)通過地圖顯示各電站具體位置，并展示目前告警數(shù)目和具體信息；繪制配電室2.5D圖形，并在其中綁定數(shù)據(jù)，從而展示當(dāng)前配電室電參量，及環(huán)境參量。

3.7電能質(zhì)量監(jiān)控

提供電能質(zhì)量檢測(cè)儀所采集數(shù)據(jù)，如電壓有效值，偏差率，諧波畸變率，電流有效值，分相功率，總功率等。

3.8電氣安全

展示選中變配電站的漏電流和線纜溫度及報(bào)警狀況、所選變電所線纜及母排電氣接點(diǎn)溫度、溫度監(jiān)測(cè)儀表各相溫度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并根據(jù)上下限設(shè)置規(guī)則標(biāo)明溫度顏色，針對(duì)每個(gè)測(cè)溫接點(diǎn)生成報(bào)表，記錄最大溫度發(fā)生時(shí)間。支持接入工業(yè)絕緣檢測(cè)儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)在線狀態(tài)、絕緣電阻和泄露電容。

4優(yōu)質(zhì)硬件產(chǎn)品推薦與選型參考

5結(jié)論

隨著新能源基地化開發(fā)及東西部電源側(cè)依托特高壓遠(yuǎn)距離輸電的日趨飽和，以負(fù)荷側(cè)（用戶側(cè)）的分布式園區(qū)級(jí)新能源微電網(wǎng)逐步興起，不同園區(qū)的差異化較大，但總體系統(tǒng)選型思路均可從負(fù)荷側(cè)的用電曲線為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，其次風(fēng)光系統(tǒng)可根據(jù)風(fēng)資源、光輻照稟賦進(jìn)行設(shè)計(jì)選型，儲(chǔ)能系統(tǒng)可結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)于波動(dòng)性較大的弱電網(wǎng)起到平抑出力、跟蹤調(diào)度發(fā)電、參與電網(wǎng)調(diào)頻以及削峰填谷的作用。此外還應(yīng)考慮系統(tǒng)并網(wǎng)接入方式，能量的敏捷調(diào)度以及運(yùn)維的數(shù)字化和便捷性。此外系統(tǒng)設(shè)計(jì)后還應(yīng)根據(jù)選型情況進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，此部分本文暫未做進(jìn)一步展開。僅從模擬工程實(shí)例分析，為園區(qū)級(jí)新能源微電網(wǎng)系統(tǒng)選型及設(shè)計(jì)提供參考。