基于新型配電網(wǎng)要求的智慧能源管理平臺設(shè)計

安科瑞 劉邁 15161613276

摘要：近年來新能源裝機容量迅速增加，隨著大規(guī)模分布式光伏和儲能裝機并網(wǎng)，10kV及以下配電網(wǎng)也經(jīng)歷著越來越嚴峻的考驗。分布式光伏、工商業(yè)儲能和電動汽車充電樁構(gòu)成的新型電力系統(tǒng)正在不斷沖擊傳統(tǒng)配電網(wǎng)的運行方式。為了促進新型電力系統(tǒng)下城鎮(zhèn)和農(nóng)村配電網(wǎng)絡(luò)的健康可靠運行，2025年6月1日實施的GB/T 45418-2025《配電網(wǎng)通用技術(shù)導則》(以下簡稱導則)為新型配電網(wǎng)建設(shè)提供了標準規(guī)范。

1 新型配電網(wǎng)對新能源建設(shè)的要求

10kV配電網(wǎng)屬于負荷側(cè)，主要用于為工商業(yè)用戶和大型公共設(shè)施供電。導則規(guī)定了10kV及以下交流配電網(wǎng)在規(guī)劃、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與設(shè)備、建設(shè)與改造、運維檢修、新能源接入、二次系統(tǒng)等方面的技術(shù)要求，適用于城鎮(zhèn)、農(nóng)村等地區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、改造和運維。此外，導則對配電網(wǎng)適應(yīng)新型電力系統(tǒng)做了要求，核心目的保障配電網(wǎng)可靠供電、提升清潔能源接納能力、適應(yīng)多元負荷需求，推動配電網(wǎng)智能化、綠色化發(fā)展。

導則對分布式電源并網(wǎng)要求：“9.3.2 分布式電源并網(wǎng)功率控制、電壓和頻率的適應(yīng)性、防孤島保護等應(yīng)符合 GB/T33593的規(guī)定,通過三相接入配電網(wǎng)的分布式電源應(yīng)具備功率控制和高、低電壓穿越能力。電化學儲能裝置接入配電網(wǎng)應(yīng)符合 GB/T36547的規(guī)定。"

對新能源消納的要求：“9.3.4 分布式電源應(yīng)就近接入配電網(wǎng)。當配電網(wǎng)承載力不足時,宜采取必要的適應(yīng)性改造措施,提高分布式電源就地消納能力。"

對電動汽車充換電設(shè)施的要求：“9.4.6 電動汽車充電設(shè)施宜具備有序充電功能,充換電設(shè)施宜具備雙向交換電能、車網(wǎng)互動等支持配電網(wǎng)功率調(diào)節(jié)的功能。"

對二次系統(tǒng)的要求：“10.1.5 配電網(wǎng)二次系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)滿足分布式電源、儲能裝置以及電動汽車充換電設(shè)施等接入和協(xié)調(diào)控制需求。"

圖1 GB/T 45418-2025《配電網(wǎng)通用技術(shù)導則》2025年6月1日實施

2 安科瑞新能源配套軟硬件一體化方案

安科瑞為新能源工程包括分布式光伏、儲能、充電站提供軟硬件一體化解決方案，圖2為一個包含分布式光伏、儲能、汽車充電站和傳統(tǒng)用電負荷組成的新型10kV配電網(wǎng)，由10kV開閉所、10kV并網(wǎng)分布式光伏系統(tǒng)、10kV并網(wǎng)儲能系統(tǒng)、電動汽車充電站以及其它負荷組成。安科瑞提供的解決方案包括：

l                      10kV分布式光伏和儲能系統(tǒng)防孤島保護、電能質(zhì)量監(jiān)測、防逆流控制以及新能源并網(wǎng)的數(shù)據(jù)安全和調(diào)度對接；

l                      交直流充電樁以及有序充電解決方案；

l                      10kV配電網(wǎng)繼電保護、箱變測控、故障診斷以及電氣監(jiān)控；

l                      通過“云-邊-端"協(xié)同為新能源站點提供新能源消納、防逆流控制等多種能源使用策略；

l                      提供1+N運維管理方案：1套云平臺，N個新能源場站運維管理。

圖2  包含分布式光伏、儲能、充電樁的10kV配電系統(tǒng)

2.1 分布式光伏解決方案

10kV線路接入的光伏電站容量范圍通常在400kW~6MW，安科瑞Acrel-1000DP分布式光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)，可兼容國產(chǎn)麒麟操作系統(tǒng)，采集現(xiàn)場逆變器、箱變測控裝置、防孤島保護、防逆流控制裝置、計量儀表、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、直流屏等設(shè)備數(shù)據(jù)，本地實時顯示和報警，提供遠程遙控操作和調(diào)節(jié)，并具備光功率預(yù)測、有功/無功功率控制、頻率電壓緊急控制等功能，此外，系統(tǒng)配置網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測、橫向隔離、縱向加密認證裝置以滿足電網(wǎng)數(shù)據(jù)安全要求，數(shù)據(jù)上傳調(diào)度系統(tǒng)以滿足并網(wǎng)要求，為用戶提供分布式光伏監(jiān)控和并網(wǎng)方案，保障光伏電站運行穩(wěn)定可靠性。

圖3 分布式光伏電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

光伏監(jiān)控系統(tǒng)需要使用相關(guān)保護、測控、穩(wěn)控、分析及數(shù)據(jù)安全和通訊設(shè)備，典型的分布式光伏電站并網(wǎng)系統(tǒng)需要用到的二次設(shè)備如下表所示。

2.2 儲能系統(tǒng)解決方案

根據(jù)GB/T 36547《電化學儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》要求，10kV并網(wǎng)的儲能系統(tǒng)容量在500kW~5MW范圍內(nèi)，儲能系統(tǒng)的微機保護配置要求：儲能電站并網(wǎng)點配置AM5-IS防孤島保護，非計劃孤島時應(yīng)在2s動作，將儲能電站與電網(wǎng)斷開。

儲能系統(tǒng)應(yīng)具備直流絕緣監(jiān)測功能，如果BMS或者PCS不具備絕緣監(jiān)測功能需單獨配置直流絕緣監(jiān)測裝置。

通過10kV接入公用電網(wǎng)的儲能系統(tǒng)電能質(zhì)量宜滿足GB/T19862要求的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，并網(wǎng)點配置電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置。

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)具有完善的電池管理功能和豐富的外部通信接口，可實現(xiàn)對儲能系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、光伏系統(tǒng)等智能設(shè)備的運行信息實時監(jiān)控，包括對儲能系統(tǒng)內(nèi)電壓、電流、溫度、壓力、流量等信息采集、實時監(jiān)視、優(yōu)化管理、智能維護及信息查詢功能。具備新能源消納、峰谷套利、防逆流、需量控制、柔性擴容、限電模式等多種控制策略，保障儲能系統(tǒng)安全穩(wěn)定、智能運行。

2.2 有序充電解決方案

安科瑞APSMS充電運營管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的有序充電管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對企業(yè)變壓器負荷率、負荷需求結(jié)合充電樁的監(jiān)控、調(diào)度和管理，通過能源策略控制和峰谷價格引導機制實現(xiàn)有序充電，提高充電樁的利用率和充電效率。

3 AcrelEMS3.0智慧能源管理平臺

AcrelEMS3.0智慧能源管理平臺采用B/S架構(gòu)，滿足分布式電源、儲能裝置以及電動汽車充換電設(shè)施等接入和協(xié)調(diào)控制需求。平臺采用“1+N"設(shè)計，可以接入數(shù)量眾多的新能源場站數(shù)據(jù)，將分布式電源、儲能系統(tǒng)、可控負荷、電動汽車充電樁聚合在一起，結(jié)合發(fā)電預(yù)測、負荷預(yù)測、電價波動、電網(wǎng)調(diào)度指令等情況，靈活調(diào)整微電網(wǎng)控制策略并下發(fā)給儲能、可調(diào)負荷等系統(tǒng)，采用“云-邊-端"協(xié)同策略控制，保障配電網(wǎng)穩(wěn)定運行。

圖4 AcrelEMS3.0智慧能源管理平臺云邊端策略協(xié)同

終端設(shè)備控制策略是現(xiàn)場設(shè)備在并網(wǎng)、離網(wǎng)狀態(tài)下的運行策略，包括有功功率/無功功率控制、電壓/頻率控制、至大功率追蹤、虛擬同步發(fā)電機慣量模擬等多種策略，由儲能變流器、光伏逆變器、充電樁等設(shè)備提供；

邊端協(xié)調(diào)控制策略是本地ACCU-100協(xié)調(diào)控制器或Acrel-2000MG能量管理系統(tǒng)執(zhí)行的能源策略，包括新能源消納、防逆流控制、峰谷套利、柔性擴容、需量控制、限電模式等等，這些策略可以在本地執(zhí)行；

云端優(yōu)化控制策略是AcrelEMS3.0平臺基于發(fā)電預(yù)測、負荷預(yù)測、電價波動以及虛擬電廠平臺的調(diào)度指令而做出的策略優(yōu)化，這些策略下發(fā)給本地協(xié)調(diào)控制器或能量管理系統(tǒng)來執(zhí)行。

AcrelEMS3.0智慧能源管理平臺主要包含以下功能：

圖5 AcrelEMS3.0智慧能源管理平臺功能界面

l                      綜合監(jiān)控：實現(xiàn)配電網(wǎng)配電室、光伏系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、負荷、充電樁、環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)測、可視化展示、異常告警、事件查詢、報表統(tǒng)計等功能；

l                      智能控制：協(xié)同光伏、儲能、負載等多種能源主體，動態(tài)規(guī)劃智能策略，實現(xiàn)儲能、光伏協(xié)調(diào)控制，比如計劃曲線、削峰填谷、防逆流、新能源消納、需量控制等；

l                      能源分析：具備微電網(wǎng)能耗及效益分析、微電網(wǎng)經(jīng)濟運行分析、多維度電量分析，并進行日、月、年能源報表統(tǒng)計；

l                      功率預(yù)測：以歷史光伏輸出功率和歷史數(shù)值天氣數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)和光伏發(fā)電單元的地理位置，采用深度學習算法建立預(yù)測模型庫，實現(xiàn)光伏發(fā)電的短時和超短時功率預(yù)測，并經(jīng)進行誤差分析；同時對微電網(wǎng)內(nèi)所有負荷，基于歷史負荷數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析算法，預(yù)測負荷功率曲線。

l                      優(yōu)化調(diào)度：根據(jù)分布式能源發(fā)電預(yù)測、負荷預(yù)測結(jié)果，并結(jié)合分時電價、電網(wǎng)交互功率及儲能約束條件等因素，以用電成本低或碳排放低為目標，建立優(yōu)化模型，采用深度學習算法解析微電網(wǎng)運行功率計劃，系統(tǒng)通過將功率計劃進行分解，實現(xiàn)對光伏、儲能、充電樁的優(yōu)化控制。