新能源企業(yè)開展綜合能源系統(tǒng)方案與建議

王瑞珍

內(nèi)蒙古粵電蒙華新能源有限責(zé)任公司 內(nèi)蒙古呼和浩特 010020

隨著新技術(shù)的應(yīng)用和能源管理體制的進(jìn)一步開放，綜合能源業(yè)務(wù)已經(jīng)成為未來能源企業(yè)爭奪市場份額和提供個(gè)性化服務(wù)的新戰(zhàn)場，也是電源企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的有效路徑之一，是能源行業(yè)未來發(fā)展的大勢所趨。目前，包括國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、國家電投、中國海油等大型能源央企，已經(jīng)開始了相關(guān)服務(wù)，成立了綜合能源業(yè)務(wù)公司，或開展綜合能源業(yè)務(wù)的前期調(diào)研。

1 智慧用能系統(tǒng)架構(gòu)

智慧用能系統(tǒng)基于智能量測技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)用戶用能數(shù)據(jù)的深度挖掘，支撐用戶用能策略優(yōu)化、設(shè)備運(yùn)維托管、行業(yè)政策制定等業(yè)務(wù)。基于綜合能源服務(wù)平臺(tái)的智慧用能系統(tǒng)分為感知層、分析層和應(yīng)用層，感知層通過部署智能終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、匯聚功能，包括智能電表、非介入式終端、邊緣網(wǎng)關(guān)等設(shè)備。數(shù)據(jù)分析層對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、集成分析，為高級(jí)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐，涵蓋設(shè)備、用戶、行業(yè)三個(gè)維度。業(yè)務(wù)應(yīng)用層則面向用戶開展各項(xiàng)高級(jí)應(yīng)用，這里的用戶既可是能源消費(fèi)者，也可是能源供應(yīng)商、政府機(jī)構(gòu)等。

2 綜合能源系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模

運(yùn)用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)成果研究IES特性，需要將IES簡化成拓?fù)淠Ｐ汀⒖嘉墨I(xiàn)中針對(duì)電網(wǎng)的簡化方法，將IES的簡化原則定義如下：①將發(fā)電機(jī)、熱源、氣源、儲(chǔ)氣罐、負(fù)荷、能源集線器各元器件、變電站等中間設(shè)備都簡化為節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)分為3種類型，供能設(shè)備（包括發(fā)電機(jī)、熱源、氣源、儲(chǔ)氣罐）、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)。②將輸電線、輸氣管道、熱網(wǎng)供回水管道等支路簡化成無權(quán)無向邊，由于供水或回水管道只要有1條發(fā)生故障，都將導(dǎo)致供回水線路失效，因此供回水管道簡化成1條邊。③供能設(shè)備的權(quán)重Wi為在當(dāng)前運(yùn)行方式下輸出的功率（發(fā)電機(jī)取有功功率）。經(jīng)過上述簡化，IES就簡化成了1張有n個(gè)節(jié)點(diǎn)和k條邊的連通圖。

3 規(guī)劃方案

3.1 近期規(guī)劃

在“新基建”發(fā)展的初期階段，數(shù)據(jù)中心、電動(dòng)汽車相關(guān)產(chǎn)業(yè)是市場追逐的投資熱點(diǎn)，結(jié)合本項(xiàng)目用能需求，可設(shè)置能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)可涵蓋需求預(yù)測、出力預(yù)測、能源控制、需求側(cè)相應(yīng)幾個(gè)模塊。實(shí)現(xiàn)能量的集中監(jiān)控，根據(jù)用能情況和實(shí)時(shí)電價(jià)等智能調(diào)度，削峰填谷，同時(shí)用戶也可通過智能交互終端實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的統(tǒng)一監(jiān)控和管理。依據(jù)上節(jié)技術(shù)分析，充電樁技術(shù)難度相對(duì)不高，在裝設(shè)儲(chǔ)能之后盈利性相對(duì)較好，但考慮用能需求，可于近期規(guī)劃安裝直流充電樁實(shí)現(xiàn)園區(qū)通勤車、物流車、個(gè)人電動(dòng)汽車等快速充電。

3.2 數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)

數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)可考慮從設(shè)備、用戶、行業(yè)三個(gè)維度來展開。傳統(tǒng)模式下，設(shè)備制造商更關(guān)注設(shè)備生產(chǎn)、供應(yīng)、銷售等鏈條，對(duì)設(shè)備使用過程關(guān)注較少，導(dǎo)致售后服務(wù)質(zhì)量欠佳，產(chǎn)品競爭力難以提升。這主要是由于設(shè)備制造商缺乏產(chǎn)品使用過程數(shù)據(jù)，包括用能數(shù)據(jù)、使用年限、維修記錄等，無法精確模擬設(shè)備實(shí)際運(yùn)行過程。而綜合能源服務(wù)平臺(tái)可向設(shè)備制造商提供設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)及能效分析報(bào)告，有助于設(shè)備制造商加強(qiáng)研究，完善設(shè)備研發(fā)—售后—升級(jí)的閉環(huán)管理，推動(dòng)設(shè)備技術(shù)革新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。能耗成本已成為僅次于人工成本的第二大成本，對(duì)大工業(yè)用戶而言，節(jié)能降耗是主要用能訴求。綜合能源服務(wù)平臺(tái)依托于海量用能數(shù)據(jù)，可為用戶提供差異化的用能策略和能源套餐，實(shí)現(xiàn)質(zhì)效提升。此外，開展行業(yè)能耗分析、能效對(duì)標(biāo)，有利于指導(dǎo)落后企業(yè)開展節(jié)能改造，學(xué)習(xí)先進(jìn)企業(yè)經(jīng)驗(yàn)。不同行業(yè)間的能效評(píng)級(jí)反映了行業(yè)自身特點(diǎn)和發(fā)展規(guī)律，可為政府機(jī)構(gòu)制定行業(yè)政策提供決策參考。

3.3 每個(gè)接口轉(zhuǎn)換器的控制策略

①太陽能升壓轉(zhuǎn)換器的控制策略。為了充分利用太陽能，升壓轉(zhuǎn)換器通常以MPPT模式工作。當(dāng)系統(tǒng)以孤島模式運(yùn)行時(shí)，太陽能輸出功率大于負(fù)載功率。當(dāng)儲(chǔ)能裝置達(dá)到儲(chǔ)能上限時(shí)，逆變器切換為恒壓模式并結(jié)合SOC值，以降低功率并防止儲(chǔ)能裝置過度充電。②DC/AC轉(zhuǎn)換器控制策略。直流側(cè)發(fā)電機(jī)組通過三相電壓源逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，連接到大型電網(wǎng)，并為交流電負(fù)載提供能量。在并網(wǎng)模式下，交流側(cè)的PCC點(diǎn)是關(guān)閉的，大電網(wǎng)保持了微電網(wǎng)的功率平衡以及電壓和頻率的穩(wěn)定性。此時(shí)，逆變器采用PQ控制方法，并可以根據(jù)系統(tǒng)能量管理命令輸出恒定功率。PQ控制方法基于DQ旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的雙環(huán)控制方法。外部環(huán)路是允許逆變器輸出跟蹤參考功率的功率控制環(huán)路，而內(nèi)部環(huán)路是可以生成正確參考電壓的電流控制環(huán)路。最后，SVPWM技術(shù)用于生成脈寬調(diào)制信號(hào)，以控制逆變器開關(guān)管。在孤島模式下，將交流側(cè)的PCC點(diǎn)分開，并將逆變器控制模式切換到V/F控制模式，以確保系統(tǒng)電壓和頻率的穩(wěn)定性以及有功和無功功率的平衡。V/F控制采用電壓和電流雙環(huán)控制模式。外環(huán)是一個(gè)電壓環(huán)，它控制參考電壓drefu和qrefu的幅度。內(nèi)部環(huán)路是控制電感器電流的電流環(huán)路。頻率由鎖相環(huán)控制，因此，系統(tǒng)頻率達(dá)到國家頻率標(biāo)準(zhǔn)50Hz。最后，SVPWM用于生成控制信號(hào)。

4 結(jié)語

綜合能源服務(wù)平臺(tái)模式的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)營模式的壁壘，未來有可能成為能源企業(yè)盈利的增長點(diǎn)。研究并聯(lián)/分離模式和模式切換模式下混合儲(chǔ)能太陽能微電網(wǎng)系統(tǒng)的能量協(xié)調(diào)控制策略。混合儲(chǔ)能裝置可以更有效地分離功率波動(dòng)的低頻和高頻成分。通過獨(dú)立、集成的集成控制，實(shí)現(xiàn)了太陽能、儲(chǔ)能和負(fù)荷之間的能量平衡，并保持了系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。