詹海松

（南京航空航天大學(xué)，江蘇 南京 210016）

1 項(xiàng)目背景

構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是加快生態(tài)文明建設(shè)的戰(zhàn)略選擇，我國生態(tài)文明建設(shè)以降碳為重點(diǎn)戰(zhàn)略方向，大力發(fā)展風(fēng)電、太陽能發(fā)電等非化石能源是能源領(lǐng)域降碳的主要途徑，也是保障國家能源安全的重要舉措。能源安全關(guān)系到國家安全，實(shí)現(xiàn)以新能源為供給主體的目標(biāo)，將大幅降低我國油氣對外依存度，顯著提高能源安全保障能力，為構(gòu)建新發(fā)展格局注入強(qiáng)大動(dòng)力。以終端用能電氣化推動(dòng)能源利用節(jié)能提效不僅可以增強(qiáng)綠色發(fā)展內(nèi)生動(dòng)力，為全面建成社會主義現(xiàn)代化國家提供基礎(chǔ)支撐和持續(xù)動(dòng)能，也是推動(dòng)能源產(chǎn)業(yè)鏈轉(zhuǎn)型升級的重要引擎。通過自主創(chuàng)新，集中突破能源電力領(lǐng)域核心和顛覆性技術(shù)，擺脫關(guān)鍵技術(shù)裝備對外依賴，推動(dòng)能源電力產(chǎn)業(yè)全鏈條自主可控和轉(zhuǎn)型升級[1]。

以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)具備“清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動(dòng)”的特征，積極建設(shè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)是國家的能源戰(zhàn)略。

2 建設(shè)思路及目標(biāo)

2.1 建設(shè)思路

（1）全序列儲能的協(xié)調(diào)互動(dòng)。在電網(wǎng)側(cè)、電源側(cè)、用戶側(cè)分別加裝儲能裝置，打造全系列儲能接入系統(tǒng)，將有力支撐示范區(qū)電網(wǎng)建設(shè)，為后續(xù)打造新型電力系統(tǒng)提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（2）加強(qiáng)節(jié)能提效，開展綜合能源服務(wù)。基于自主可控的邊緣物聯(lián)代理裝置，實(shí)現(xiàn)建筑智能化空調(diào)管理；智能調(diào)節(jié)室內(nèi)燈光；建立能耗分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、信息發(fā)布的綜合性系統(tǒng)。

（3）新型電力系統(tǒng)商業(yè)模式。推動(dòng)能源服務(wù)多元化。在傳統(tǒng)能源配置、社會民生、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等傳統(tǒng)價(jià)值的基礎(chǔ)上積極拓展新興價(jià)值，創(chuàng)新商業(yè)模式，培育新的業(yè)務(wù)增長點(diǎn)。

（4）清潔能源下的高承載、高自愈、高效能、高互動(dòng)新型電網(wǎng)系統(tǒng)。建設(shè)基于柔性電網(wǎng)技術(shù)的新型混合配電網(wǎng)，支持新能源、儲能接入及能量雙向互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的高承載、高自愈、高效能、高互動(dòng)。

2.2 建設(shè)目標(biāo)

圍繞“清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動(dòng)”的建設(shè)主題，立足于區(qū)域電網(wǎng)現(xiàn)狀和工作實(shí)際，深入分析新型電力系統(tǒng)發(fā)展需求，打造高承載、高自愈、高效能、高互動(dòng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；充分考慮電動(dòng)汽車、電能替代等新型負(fù)荷及典型用戶負(fù)荷特性，提升預(yù)測精準(zhǔn)度，挖掘互動(dòng)潛力；深入應(yīng)用儲能、分布式電源及柔性環(huán)網(wǎng)裝置，使電網(wǎng)具備高彈特性，提升現(xiàn)有電網(wǎng)的負(fù)荷承載能力。

以全序列儲能建設(shè)為核心，搭載數(shù)智動(dòng)態(tài)感知設(shè)備等手段，聯(lián)合主站系統(tǒng)，提升新能源發(fā)電穩(wěn)定性，滿足區(qū)域清潔能源高效消納利用的需求，提高供電可靠度，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)資源靈活可靠配置，推動(dòng)雙碳目標(biāo)下基于高可靠靈活性資源的新型電力系統(tǒng)示范區(qū)建設(shè)。

3 建設(shè)方案

3.1 全序列儲能建設(shè)方案

電網(wǎng)側(cè)儲能建設(shè)方案。擬選定10 kV緯北137線、10 kV正陽134線構(gòu)建環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，在緯北137線1#桿接入儲能裝置，其配置為2 MW/4 MW·h。利用電化學(xué)儲能電池系統(tǒng)在谷電時(shí)段充電，在尖峰時(shí)段放電，實(shí)現(xiàn)削峰填谷、緊急保電、降低線路損耗、提高電能質(zhì)量等功能。全序列儲能如圖1所示。

圖1 全序列儲能

用戶側(cè)儲能建設(shè)方案。在城區(qū)礦山公司#31040柱上變等5個(gè)臺區(qū)建設(shè)用戶側(cè)儲能系統(tǒng)，在用戶分布式電源白天自發(fā)自用、余量上網(wǎng)的基礎(chǔ)上，儲能裝置具備智能充放電、補(bǔ)償電壓等功能，解決臺區(qū)用電高峰期易導(dǎo)致的配變重過載、低電壓、三相不平衡等問題。

電源側(cè)儲能建設(shè)方案。在產(chǎn)業(yè)園建設(shè)光伏發(fā)電、負(fù)載充電樁的基礎(chǔ)上接入儲能裝置。通過儲能裝置的智能充放電、與光伏的協(xié)調(diào)互動(dòng)及與調(diào)度調(diào)控系統(tǒng)交互，基于一體化平臺等功能實(shí)現(xiàn)園區(qū)電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車的有序充電，有效支撐了高彈性電網(wǎng)建設(shè)，緩解了供電緊張局面。園區(qū)微電網(wǎng)如圖2所示。

圖2 園區(qū)微電網(wǎng)

3.2 產(chǎn)業(yè)園微電網(wǎng)建設(shè)方案

在產(chǎn)業(yè)園區(qū)停車場建設(shè)自行車和汽車停車棚。自行車車棚以260 W多晶硅光伏組件作為原材料，保留車棚原有支架并進(jìn)行加固。汽車停車棚以260 W多晶硅光伏組件作為原材料，建設(shè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。

建設(shè)鋰電池儲能系統(tǒng)。儲能設(shè)計(jì)額定功率1000kW，容量2000 kW·h，額定功率運(yùn)行2 h，即可充滿電。儲能監(jiān)控系統(tǒng)對上基于IEC104規(guī)約，實(shí)現(xiàn)與調(diào)度調(diào)控系統(tǒng)交互。站控層通過IEC-61850組網(wǎng)，支持雙機(jī)雙網(wǎng)模式。

建設(shè)充電樁。電動(dòng)汽車充電樁系統(tǒng)分為兩種，分別是30 kW直流充電樁和7 kW交流充電樁。擬設(shè)置30 kW直流充電樁10個(gè)、7 kW交流充電樁10個(gè)和0.2 kW電動(dòng)自行車充電位40個(gè)。

建設(shè)能源控制系統(tǒng)。采用“分層分級、協(xié)調(diào)控制”的原則進(jìn)行控制，采用就地控制層—協(xié)調(diào)控制層—優(yōu)化控制層的三層架構(gòu)。

實(shí)現(xiàn)規(guī)?；那鍧嵞茉吹慕尤爰笆褂?，且可觀、可測、可控；實(shí)現(xiàn)電能調(diào)配、削峰填谷、提高電能質(zhì)量等；實(shí)現(xiàn)園區(qū)電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車的有序充電；實(shí)現(xiàn)控制總量在微電網(wǎng)層級的快速分解，以及對各源、荷端的協(xié)同控制；實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)下的清潔能源生產(chǎn)消費(fèi)商業(yè)模式的落地。

3.3 柔性交直流互聯(lián)建設(shè)方案

低壓柔性交直流互聯(lián)系統(tǒng)。本期選擇在產(chǎn)業(yè)園微電網(wǎng)的基礎(chǔ)上建設(shè)低壓交直流互聯(lián)系統(tǒng)，通過新建站內(nèi)電纜實(shí)現(xiàn)兩個(gè)臺區(qū)的DC 750 V直流母線的連接。

通過產(chǎn)業(yè)園兩個(gè)低壓配電臺區(qū)的低壓直流互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)末端系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)增容、分布式能源消納和管控、規(guī)模化充電負(fù)荷管控及高可靠安全供電能力4方面的目標(biāo)。

中壓柔性交直流互聯(lián)系統(tǒng)。選定10 kV河沿140線、10 kV立梗136線構(gòu)建中壓柔性交直流互聯(lián)系統(tǒng)，在兩條饋線的聯(lián)絡(luò)點(diǎn)建設(shè)2 MW模塊化并聯(lián)的緊湊型背靠背柔性直流合環(huán)裝置1套，1 MW/2 MW·h儲能系統(tǒng)直接接入柔直系統(tǒng)直流母線，當(dāng)兩條線路任意一條負(fù)載過大時(shí)，通過調(diào)整交直流互聯(lián)運(yùn)行方式均衡兩條線路負(fù)載，并在故障時(shí)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷快速轉(zhuǎn)供，提高供電可靠性[2]，如圖3所示。

圖3 中壓柔性交直流互聯(lián)系統(tǒng)

3.4 建筑能耗智能運(yùn)維建設(shè)方案

初步預(yù)計(jì)在繁昌區(qū)供電公司大樓安裝各類傳感器、控制器以及系統(tǒng)平臺。通過溫濕度傳感器及溫控器聯(lián)網(wǎng)組成溫室集控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對末端的室內(nèi)溫度、設(shè)置溫度、風(fēng)速、模式等參數(shù)的采集和調(diào)控，達(dá)到綠色、節(jié)能智能化空調(diào)管理的目標(biāo)；通過在室內(nèi)前端安裝熱線傳感器和照度傳感器等設(shè)備，組建智能照明控制系統(tǒng)，根據(jù)室內(nèi)光照情況和燈光使用時(shí)間，智能調(diào)節(jié)室內(nèi)燈光，在保證室內(nèi)正常工作的情況下，實(shí)現(xiàn)燈光的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)[3]；通過對電表、電流傳感器等設(shè)備進(jìn)行集中抄表，將相關(guān)電力數(shù)據(jù)通過通信通道傳輸至管理平臺，建立集能耗分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、信息發(fā)布于一體的綜合性系統(tǒng)。

3.5 清潔能源商業(yè)模式建設(shè)方案

（1）電價(jià)差產(chǎn)生收益。儲能裝置白天充電晚上放電，放電效益85%~90%，每天產(chǎn)生的電量作為電網(wǎng)收益。

（2）社會經(jīng)濟(jì)效益。分布式電源多供電量將供給社會，每千瓦時(shí)電量將產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)增加值。

（3）電動(dòng)汽車充電效益。根據(jù)每天峰谷電價(jià)時(shí)段設(shè)置充電時(shí)段和放電時(shí)段，谷電時(shí)從電網(wǎng)取電存儲、峰電時(shí)則由光伏和儲能同時(shí)供電，不僅能滿足電動(dòng)汽車的充電需求，還能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

3.6 通信系統(tǒng)建設(shè)方案

（1）各終端設(shè)備安裝5G通信模塊。配電網(wǎng)終端設(shè)備通過5G公網(wǎng)將采集信息上傳自動(dòng)化主站Ⅰ區(qū)，并實(shí)現(xiàn)控制信號的傳輸；配變終端設(shè)備通過5G公網(wǎng)將采集信息上傳云主站，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)集中監(jiān)測；視頻等輔控信息通過5G專網(wǎng)上傳至自動(dòng)化主站Ⅳ區(qū)，實(shí)現(xiàn)站房及臺區(qū)等的可觀、可測、可控[4]。

（2）為了提升配電自動(dòng)化效率，提升網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)等級，本方案采取量子加密隧道技術(shù)實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)通道上的安全加固和防護(hù)。采用5G專網(wǎng)建立通信信道，在終端側(cè)、服務(wù)端側(cè)分別部署量子安全加密設(shè)備并配套密鑰安全服務(wù)管理，建立安全的數(shù)據(jù)通信通道，從而保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆栏`聽、防篡改、防攻擊。

（3）低壓物聯(lián)網(wǎng)部分采用MuCoFAN多模通信方式組建本地通信網(wǎng)絡(luò)，通過打造臺區(qū)各設(shè)備兩條或多條數(shù)據(jù)傳輸通道，實(shí)現(xiàn)臺區(qū)物聯(lián)網(wǎng)的多重通信保障。

3.7 主站模塊升級建設(shè)方案

新型電力系統(tǒng)規(guī)劃仿真平臺，新能源設(shè)計(jì)及建模：支持光伏、風(fēng)電、儲能等多種多類型新能源的建模；支持從多物理場和多尺度的角度進(jìn)行全面、綜合、真實(shí)的建模和仿真。

源網(wǎng)荷儲互動(dòng)及運(yùn)行狀態(tài)仿真：規(guī)劃仿真平臺運(yùn)行狀態(tài)仿真的核心由3個(gè)模塊和一組高級應(yīng)用引擎組成，分別為操作仿真模塊、故障仿真模塊、數(shù)據(jù)仿真模塊以及包含電網(wǎng)潮流仿真計(jì)算引擎、源網(wǎng)荷儲互動(dòng)計(jì)算引擎在內(nèi)的高級應(yīng)用引擎。

優(yōu)化分析：實(shí)現(xiàn)新能源消納分析和碳排放分析。

4 預(yù)期成效

4.1 規(guī)劃成效及建設(shè)成效

規(guī)劃成效：貫徹落實(shí)中央決策部署，體現(xiàn)國企擔(dān)當(dāng)；建成開放共享、高效賦能的價(jià)值創(chuàng)造體系；推動(dòng)電網(wǎng)形態(tài)升級，實(shí)現(xiàn)綠色化發(fā)展。

建設(shè)成效：加強(qiáng)配電網(wǎng)智能化；提升網(wǎng)架韌性；推進(jìn)智能電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。

4.2 遠(yuǎn)景成效

（1）通過推廣城市農(nóng)村電氣化設(shè)備，采用電加工、電灌溉、電氣化大棚等電能消費(fèi)終端建設(shè)，實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)電能替代電能替代。推動(dòng)“以電代煤”“以電代油”“以電代氣”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

（2）多能耦合互補(bǔ)方案需要根據(jù)具體用戶或片區(qū)的主要用能需求構(gòu)成、不同類型負(fù)荷規(guī)模占比及時(shí)序特性等因素進(jìn)行靈活組合，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)測算后確定最終方案。

5 結(jié)語

安徽蕪湖繁昌新型電力系統(tǒng)示范區(qū)建設(shè)圍繞“清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動(dòng)”的建設(shè)主題，立足于區(qū)域電網(wǎng)現(xiàn)狀和工作實(shí)際，在深入分析新型電力系統(tǒng)發(fā)展需求的基礎(chǔ)上打造高承載、高自愈、高效能、高互動(dòng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；同時(shí)充分考慮電動(dòng)汽車、電能替代等新型負(fù)荷及典型用戶負(fù)荷特性，提升預(yù)測精準(zhǔn)度，挖掘互動(dòng)潛力；深入應(yīng)用儲能、分布式電源及柔性環(huán)網(wǎng)裝置，使電網(wǎng)具備高彈特性，提升現(xiàn)有電網(wǎng)的負(fù)荷承載能力。以全序列儲能建設(shè)為核心，搭載數(shù)智動(dòng)態(tài)感知設(shè)備等手段，聯(lián)合主站系統(tǒng)，可以提升新能源發(fā)電的穩(wěn)定性，滿足區(qū)域清潔能源高效利用的要求，提高供電可靠性，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)資源靈活可靠配置。