基于新型配電網(wǎng)要求的智慧能源管理平臺設計
2025-06-05
[596]
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)通用技術導則》(以下簡稱導則)為新型配電網(wǎng)建設提供了標準規(guī)范。
1 新型配電網(wǎng)對新能源建設的要求
10kV配電網(wǎng)屬于負荷側，主要用于為工商業(yè)用戶和大型公共設施供電。導則規(guī)定了10kV及以下交流配電網(wǎng)在規(guī)劃、網(wǎng)架結構與設備、建設與改造、運維檢修、新能源接入、二次系統(tǒng)等方面的技術要求，適用于城鎮(zhèn)、農(nóng)村等地區(qū)配電網(wǎng)規(guī)劃、建設、改造和運維。此外，導則對配電網(wǎng)適應新型電力系統(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、電壓和頻率的適應性、防孤島保護等應符合 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施的要求：“9.4.6 電動汽車充電設施宜具備有序充電功能,充換電設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)建設應滿足分布式電源、儲能裝置以及電動汽車充換電設施等接入和協(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)結構
光伏監(jiān)控系統(tǒng)需要使用相關保護、測控、穩(wěn)控、分析及數(shù)據(jù)安全和通訊設備，典型的分布式光伏電站并網(wǎng)系統(tǒng)需要用到的二次設備如下表所示。
設備名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 |
安全自動裝置屏 |
| AM5SE-IS防孤島/防逆流保護裝置 | 安裝在并網(wǎng)柜，當外部電網(wǎng)停電后跳開并網(wǎng)斷路器，斷開分布式電源和電網(wǎng)連接；當安裝在公共連接點時具備防逆流監(jiān)測和保護功能 |
| APView500PV電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置 | 安裝在并網(wǎng)柜，對光伏發(fā)電側側電能質(zhì)量進行監(jiān)測，主要包括：電壓偏差、頻率偏差、2-63次諧波、0.2-62.5次間諧波、直流分量、電壓波動、電壓閃變等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)；電壓暫降、電壓暫升、短時中斷。 | |
| AM6-FE頻率電壓緊急控制裝置 | 實現(xiàn)低周減載、低頻解列、過負荷聯(lián)切等功能，保障電網(wǎng)穩(wěn)定。 | |
遠動通訊屏 | / | 多合一數(shù)據(jù)加密采集裝置 | 提供AGC/AVC、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)加密、遠動及無線通訊，與調(diào)度進行數(shù)據(jù)對接 |
| ANet-4E16S遠動裝置 | 數(shù)據(jù)通過104協(xié)議上傳調(diào)度 | |
/ | 以太網(wǎng)交換機 | 本地數(shù)據(jù)的通訊組網(wǎng) | |
/ | 北斗對時時鐘 | 按照用戶輸出符合規(guī)約的信息格式，完成同步授時服務 | |
分散安裝 保護測控裝置 |
| AM5SE-C SVG保護裝置 | 具有兩段式定時限過流保護，反時限保護，欠電壓保護，過電壓保護等功能對電容器進行保護 |
AM5SE-F線路保護測控裝置 | 具有三段式過流保護，重合閘，過負荷告警、跳閘，過電壓告警、跳閘等功能對線路進行保護 | ||
AM5SE-T升壓變保護測控裝置 | 具有三段式過流保護，兩段零序過流保護，過負荷保護，高溫超溫保護，瓦斯保護等保護功能 |
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，非計劃孤島時應在2s動作，將儲能電站與電網(wǎng)斷開。
儲能系統(tǒng)應具備直流絕緣監(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。
設備名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 |
防孤島/防逆流保護裝置 |
| AM5SE-IS防孤島/防逆流保護裝置 | 安裝在并網(wǎng)柜，當外部電網(wǎng)停電后跳開并網(wǎng)斷路器，斷開分布式電源和電網(wǎng)連接；當安裝在公共連接點時具備防逆流監(jiān)測和保護功能 |
電能質(zhì)量監(jiān)測裝置 |
| APView400電能質(zhì)量監(jiān)測裝置 | 對并網(wǎng)柜電能質(zhì)量進行監(jiān)測，主要包括：電壓偏差、頻率偏差、2-63次諧波、0.2-62.5次間諧波、電壓波動、電壓閃變等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)；直流分量、短時中斷；電壓瞬態(tài)、電流瞬態(tài)。 |
智能儀表 |
| APM520 | 具有全電量測量，諧波畸變率、電壓合格率統(tǒng)計、分時電能統(tǒng)計，開關量輸入輸出，模擬量輸入輸出。 |
直流電能表 |
| DJSF1352-RN | 可測量直流系統(tǒng)中的電壓、電流、功率以及正反向電能等，配套霍爾傳感器(可選)。 |
霍爾傳感器 |
| AHKC-EKA | 測量DC0~(5-500)A電流，輸出DC4-20mA,工作電源DC12/24V。 |
直流絕緣監(jiān)測 |
| AIM-D100-TH | 監(jiān)測直流系統(tǒng)絕緣狀況 |
智能網(wǎng)關 |
| ANet-2E4SM | 邊緣計算網(wǎng)關，嵌入式linux系統(tǒng)，網(wǎng)絡通訊方式具備Socket方式，支持XML格式壓縮上傳，提供AES加密及MD5身份認證等安全需求，支持斷點續(xù)傳，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104協(xié)議 |
儲能控制單元 |
| ANet-ESCU | 適用于儲能一體柜（箱）的EMS裝置，可用于磷酸鐵鋰電池、全釩液流電池等儲能本體，對接電池管理系統(tǒng)（BMS）、儲能逆變器（PCS）、電量計量、動力環(huán)境、消防儲能柜內(nèi)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集、存儲。其具備監(jiān)視控制、能量協(xié)調(diào)、聯(lián)動保護、經(jīng)濟優(yōu)化增效等功能。 |
協(xié)調(diào)控制器 |
| ACCU-100 | 具備智能網(wǎng)關數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉換、存儲等功能之外，還具備新能源的使用策略控制功能，可以按照預設的邏輯控制光伏出力、儲能充/放電、充電樁充電控制以及負荷調(diào)節(jié)等功能，并與云端平臺進行交互，響應云端策略配置。 |
儲能柜能量 管理系統(tǒng) | Acrel-2000ES | 針對0.4kV分布式儲能柜的能量管理，包括充放電策略控制、運行狀態(tài)監(jiān)測、電池信息管理以及故障報警。 | |
微電網(wǎng)能量 管理系統(tǒng) | Acrel-2000MG | 對企業(yè)微電網(wǎng)的源（市電、分布式光伏、微型風機）、網(wǎng)（企業(yè)內(nèi)部配電網(wǎng)）、荷（固定負荷和可調(diào)負荷）、儲能系統(tǒng)、新能源汽車充電負荷進行有序管理和優(yōu)化控制，實現(xiàn)不同目標下源網(wǎng)荷儲資源之間的靈活互動，增加多策略控制下系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 | |
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。
名稱 | 圖片 | 型號 | 功能 |
充電堆 |
| AEV200-DC240M | 分體式直流充電柜采用為一柜四樁設計，單樁至大充電功率240kW，充電電壓150V-1000V，單樁至大電流250A |
直流充電樁 |
| AEV200-DC160S | 雙槍，輸入電壓380V，至大充電功率160kW |
|
| ||
AEV200-DC120S | 雙槍，輸入電壓380V，至大充電功率120kW | ||
AEV200-DC120D | 單槍，輸入電壓380V，至大充電功率120kW | ||
|
| ||
AEV200-DC080D | 單槍，輸入電壓380V，至大充電功率80kW | ||
AEV200-DC060D | 雙槍，輸入電壓380V，至大充電功率60kW | ||
|
| ||
| AEV200-DC040D | 單槍，輸入電壓380V，至大充電功率40kW | |
AEV200-DC030D | 單槍，輸入電壓380V，至大充電功率30kW | ||
交流充電樁 |
| AEV200-AC007D | 單槍，輸入電壓220V，至大充電功率7kW |
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，滿足分布式電源、儲能裝置以及電動汽車充換電設施等接入和協(xié)調(diào)控制需求。平臺采用“1+N"設計，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，結合發(fā)電預測、負荷預測、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
終端設備控制策略是現(xiàn)場設備在并網(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)電預測、負荷預測、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，結合數(shù)值天氣預報數(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測模型庫，實現(xiàn)光伏發(fā)電的短時和超短時功率預測，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)電預測、負荷預測結果，并結合分時電價、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。
