程志芳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：能源，是人類賴以生存、社會經濟不斷向前發展的源動力。隨著化石能源的消耗殆盡，人類正面臨著能源轉型、提高能效和節能減排的歷史關鍵期。目前，以太陽能、風能及核能為代表的新能源接入規模越來越多且負荷越來越大，這些不同地區不同類型不同時點接入的負荷給能源利用帶來了新的挑戰。
關鍵詞：泛在電力物聯網；電網系統；能效提升；智能化
0引言
針對撲面而來的復雜性需求，在“大云物移智”技術支撐下，能源管理將采用橫向多能互補、縱向源-網-荷-儲互聯互濟協同運行的方式，達到綜合能效的提升目的：充分利用本地光伏、光熱等新能源可再生資源稟賦，充分考慮區域內不同負荷類型差異性、互補性，通過終端冷、熱、電負荷需求和源側多能優化匹配，統一規劃，減少初投資成本，在不同時間、空間尺度上實現能源的髙效、經濟和清潔利用，減少運行、維護成本，提高資產利用率，達到分布式清潔能源就地消納、能源梯次利用、供能可靠性提升和綜合能效提果，。終提升用戶體驗效果。
1多能互補和供需互動未來能源供給方式的重要特征
能源生產和供應方式，將從集中式大規模生產為主的模式，逐步向能源集中式供應與分布式能源就地利用相結合發展。間歇性可再生能源的持續規模化發展，將推動傳統能源與之協調配合，不斷提高能源系統的靈活性和接納能力。由于電能的方便性，未來能源載體將以電能為主，一次能源轉換成電能的比例將逐步提高；傳統能源行業分割和壁壘將在市場需求、市場推進和政府政策引導下逐漸消除，提供綜合能源服務企業將成為能源企業的重要發展趨勢。由此可以判斷，多能互補是未來能源供給方式的重要特征。
未來我國巨大的能源需求總量和增量，將推動能源革命，創建適應供給側承受能力和限制的新型消費模式，充分發揮需求側在平衡供需、降低能源需求增速等方面的作用。隨著間歇性可再生能源的比重不斷提高，將給傳統的能源供需平衡模式帶來嚴峻的挑戰，迫切要求需求側能夠適應并響應供給側的變化和限制。能源用戶日益多元化的服務需求也要求實現供給側和需求側的雙向互動，鼓勵用戶主動參與需求響應，創新能源企業商業模式，有利于減少供給側不必要的投資，提高能源系統效率和供給。未來能源消費中供需互動將成為新型的典型模式。
基于上述判斷，政府推進了不同的政策進行引導。2016年，國家發展改革委、和工信部印發的《關于推進“互聯網+ ”智慧能源發展的指導意見》中提出，建設以智能電網為基礎，與熱力管網、天然氣管網和交通網絡等多種類型網絡互聯互通，多種能源形態協同
轉化、集中式與分布式能源協調運行的綜合能源網絡。同年，國家發展改革委、國家發布的《關于推進多能互補集成優化示范工程建設的實施意見》中提出了兩種服務模式，一是面向終端用戶電、熱、冷及氣等多種用能需求，因地制宜、統籌開發、互補利用傳統能源和新能源，優化布局建設一體化集成功能基礎設施，實現多能協同供應和能源綜合梯級利用；二是利用大型綜合能源基地風能、太陽能、水能、煤炭和天然氣等資源組合優勢，推進風光水火儲多能互補系統建設運行。
2物聯網是綜合能效提升的重要基礎
通過“泛在電力物聯網+智慧能源”的建設，結合綜合冷熱能源優化供給、綜合能源優化運行和能效服務等方面構成智慧能源體系，在此基礎上可建設成實現節能環保、經濟、可靠及靈活多樣的智慧型物聯網系統，這是整個能效提升的基礎。
物聯網系統采用先進的信息通信技術，基于泛在物聯網絡，構建物理層、感知層、傳輸層、平臺層和應用層的泛在物聯網體系，實現智能化業務終端的統一接入和管控，整合和接入多種智能化控制子系統，對樓宇、工業園區等場景進行信息化建模實現數字化管理，并
對接入的各類能源進行協調與優化，實現綜合性的智能化管理、運營和服務，達到業務縱向解耦、數據橫向聚合、開放數據創新應用的目的。
組成物聯網系統，通過監視、調控終端用能設備，涉及的相關設備很多，在應用中常見以下幾類設備：
1)冷熱能源路由器。為用戶合理提供熱、冷能源，解決供能、用能能量匹配問題，保持能耗的動態跟蹤，控制能量供需動態平衡，著眼于源端、供能管網系統和用能系統的能耗動態監視和與源端多類型供能自動協調控制，實現多種模式、多種場景供能模式，達到冷熱能源的供消平衡和節約能源的目的。
2)電力能源路由器。電力能源路由器主要關注電力方面的供需平衡，具備感知電力信息融合態勢、平衡系統功率、控制電能品質、利用需求側能源和交互控制多能源協同等高級功能；還具備分布式發電接入以及電能交換、電能質量控制等高級功能，對電力能源的穩定運行起著至關重要的作用。
3)能量控制器。它可以實現包括配變監測、冷熱能量管理、電動汽車有序充電和電能質量綜合管理等多類型用能設備和用能系統的協調控制。
4) 就地協調控制器。通過用能系統就地化自動控制單元，實現分布式冷熱電水等能源分層分級就地化控制功能。典型產品包括壓差和流量控制器、電動調節閥、智能配電終端、動態流量控制閥和溫度壓力控制器等。
5)其他物聯網計量、物聯網終端。包括電量傳感、設備狀態監測傳感、物理傳感、氣體傳感和用能行為監測的大量其他物聯終端。它們通過監測網絡，通過能源全景監控，實現能量數據采集、能源數據監控、實時物理感應、設備狀態監控及用能行為數據采集等功能。
3綜合能效控制策略
在能效管理中，僅有物聯網設備也是不夠的，還需要智能化的控制策略，這些策略可考慮各控制單元不同特性，通過建立表征各種能源單元響應特性與調節能力等的特性模型，形成多種能源的狀態空間控制模型。一般控制流程如下，首先是對各類設備信息進行實時數據采集，在能源系統內按能源系統特性進行建模，對其運行狀態進行研判。正常狀態下，可采用多源協調控制分解方法，包括不同時間尺度和不同運行目標下的策略生成，通過多能源狀態空間建模，為達到多源協調控制的目的，產生控制指令，對設備進行控制，在發生特殊情況下，開啟應急狀態的流程，利用應急場景包括不間斷供能、自治控制和有序恢復供能的辨識和恢復技術，產生控制指令。
常見的控制策略如下：
3.1源-網-荷-儲協調一體化管控策略
構建冷、熱、電和氣多能源互聯集成及互補融合的源-網-荷-儲協調運行控制體系，采用多能流調度控制技術，實現對多元能源的一體化協調管控，保障多能互補系統運行的性、可靠性以及性。
3.2需求側響應策略
支持對負荷的精確控制，提高用戶參與需求響應的靈活性。通過對需求側負荷進行精細化建模，分析實施需求響應后用戶用電行為的轉變，監控需求響應達到的效果，實現供給和需求側的互動，達到保持供能系統的穩定性和性的目的。
3.3分布式發電波動快速平抑策略
提及分布式發電，由于風光資源波動性大，所以出力波動會影響系統穩定運行。這時就需要功率型儲能快速調節，以便實時采集當前出力信息、實時預測功率波動趨勢，以及實時評估儲能充放電能力。要實現功率波動平抑，就要實時制定平抑控制策略，快速下發控制策略，并實現超短期功率平抑。
3.4“光儲充” 一體化應用策略
電動汽車快速增長催生了快充站的建設步伐，但已有的配網線路、配變容量將會限制其大量建設。這時可建設含光伏、儲能設備的一體化系統，在用電低谷時進行電力存儲，用電高峰時儲能放電以彌補過高的電動汽車充電要求。這樣通過儲能、分布式電源參與負荷的用電，應實現柔性負荷的有序用電。
4綜合能源管控系統
對于多類型供能系統來說，要通過多種能源及各類設備的組合運用，可以采用能源梯級利用方法，建設一套節能、經濟、且的能源供應系統，有效的提高能源供應的可靠性并降低用戶的能源費用支出。為了達到控制用能系統，達到提升綜合能效的目的，在前述 泛在電力物聯網基礎上，應用上述策略進行管理，主要通過綜合能源管理系統實施。綜合能源系統分云、網、邊和端四個層面，具有負荷聚合、集群優化、供需互動和互聯互濟等功能，具有其他類型多平臺多業務接口。
綜合能源管控系統具有電能生產、電能消費、電能存儲、供水、供氣、供熱、能效分析、能耗分析、同步環比分析、。值分析、定額分析、異常分析和分析等一系列功能，涵蓋了云計算、大數據處理、數據融合、移動應用、協調優化控制以及信息等多種技術。主要分為以下四個方面的功能：
1) 綜合監測。利用多異質能源互補機理與源網荷協調優化技術，實現多能流協同優化調控、區域內的能量平衡與優化。綜合監測采用橫縱雙向模式，橫向包括“源網荷儲”，即能源站監測、能源網監測、能源消費監測和儲能設備監測等，縱向如能源生產可逐步發展至能源系統監測和能源設備監測。
2) 優化調度。在綜合監測信息分析基礎上，在穩定約束下，將調度策略精確分解至各控制單元，實現各能源協調控制，靈活實現不同用戶不同場景的綜合能源優化調度。
3) 能效分析。利用海量數據挖掘分析技術，實現面向不同用戶的全景能源多重能效分析，具體有能耗計量、能耗分析、能耗查詢、能耗警報和高級能效分析等功能。
4) 智能運維。利用采集信息，通過狀態估計和故障分析，對電能設備開展專業化智能運維，基于以上信息還可以對用戶用能系統實現全方面代維管理，具有資產臺賬、運維信息、運維分析和智能運維等功能。
5安科瑞為2020泛在電力物聯網建設提供解決方案
安科瑞電氣深耕用戶側能效管理多年，逐漸完善了從電力物聯網云平臺到終端傳感器的生態體系，在“源(電源)-網(電網)-荷(負荷)-儲(儲能)”各個環節加大研發投入，已經形成“云(云平臺)-管(有線/無線物聯)-邊(邊緣計算)-端(終端設備)”的生態系統，積極參與泛在電力物聯網建設，為建設“三型兩網”提供解決方案，使用戶在任何時間、地點、人、物之間實現信息連接和交互，產生共享數據，從而為電網、發電、供應商、用戶服務。
5.1安科瑞產品在泛在電力物聯網的應用
近兩年來，安科瑞已經陸續參與江蘇省部分縣市電力公司的用戶端能源管理平臺、云南省網綜合能源服務平臺、上海嘉定區147所學校電力運維平臺等相關平臺的建設，提供了包括云平臺、智能網關、終端設備等產品，各類用戶端云平臺在全國各地運行案例700多套，并且根據用戶需求不斷完善產品功能，這些項目就是未來泛在電力物聯網的一部分。
“能源互聯網的春天到了，因其所能，它必將成為充滿活力的新型能源業態。”盡管針對泛在電力物聯網還有一些不同的聲音，但是泛在電力物聯網已經悄無聲息的鋪開來，融入能源互聯網基礎建設的方方面面。
6智慧樓宇和智慧園區的應用
以智慧樓宇的綜合能源系統為例，針對傳統商業樓宇用能信息采集不全、能效不高和與電網缺乏協同互動等問題，建設綜合能源系統，應用邊緣計算、人工智能、大數據分析和空調群控等關鍵技術，通過用能控制系統、云邊能源路由器和輕量級能效采集終端等設備及系統平臺，推動樓宇空調等主要能耗設備提升能效，并通過參與需求響應、電力市場交易，降低企業用能成本和電網用電負荷。
以智慧園區為例，傳統園區存在能耗高、節能壓力大、用能信息不全、各能源子系統相互獨立及缺乏與電網互動等問題，通過綜合能源管控系統建設可基于邊緣計算的能源控制器實現多能互補協調優化控制，降低用能成本，提高用能質量，實現園區能源監測、能效分析和能效診斷等功能，充分發揮能源供給的配置作用，實現了多種能源輸入(太陽能、天然氣和淺層地熱能等)、多種供能方式的輸出(冷、熱和電等)及多種能源轉換(光伏、燃氣輪機和內燃機，儲能系統等)，由原來能源獨立使用轉變為集多能采集、傳輸、存儲分配和轉化的新型多能源網絡系統，既可充分利用可再生能源，同時又保證系統的電能質量、運行穩
定性、供電可靠性以及區域冷熱的綜合供應。
參考文獻
[1] 鐘鳴.基于泛在電力物聯網的綜合能效提升
[2] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版
