安科瑞 陳聰

摘要：探索“雙碳”目標(biāo)下民用建筑用戶側(cè)儲能應(yīng)用前景和應(yīng)用策略，分析建筑用戶側(cè)儲能安全性等問題，探討建筑光儲直柔、儲能創(chuàng)新技術(shù)的推廣應(yīng)用，并提出利用用戶側(cè)儲能構(gòu)建多樣性自備電源的策略。

關(guān)鍵詞：“雙碳”目標(biāo)；用戶側(cè)儲能；應(yīng)用前景；應(yīng)用策略；儲能安全；光儲直柔；自備電源；能源耦合

0引言

2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，是中國為應(yīng)對全球氣候變化而作出的莊嚴(yán)承諾，也是2035遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要和“十四五”時期經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的主要目標(biāo)之一。我國碳排放主要來源于電力、建筑、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，其中電力占比大，約2/5左右，其次是建筑領(lǐng)域，占比超1/5。建筑領(lǐng)域大的碳排放源是建筑用電和用熱產(chǎn)生的間接碳排放，約占我國碳排放總量的17%。因此，探索和研究建筑領(lǐng)域的降碳理念及實(shí)施路徑，是非常重要的。

近些年，圍繞“雙碳”目標(biāo)，地方相關(guān)政策頻出，相關(guān)行業(yè)從業(yè)人員也致力于不斷創(chuàng)新和研發(fā)，從理念、技術(shù)等各方面，積極推動綠色低碳生產(chǎn)生活方式的轉(zhuǎn)變和變革。其中，用戶側(cè)儲能作為一種新興的能源技術(shù)，其理念已被廣泛接受和認(rèn)可，正在成為未來能源系統(tǒng)的重要組成部分，在平滑電網(wǎng)負(fù)荷和調(diào)峰填谷、節(jié)約能源成本、提高供電可靠性、可持續(xù)能源利用和碳減排等方面發(fā)揮重要作用，具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿Α?/span>

1民用建筑用戶側(cè)儲能的應(yīng)用前景展望

未來的供配電系統(tǒng)中，儲能是智能電網(wǎng)、可再生能源高占比能源系統(tǒng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源的重要組成部分和關(guān)鍵支撐技術(shù)。儲能技術(shù)主要有物理儲能（包括抽水蓄能、壓縮空氣蓄能和飛輪儲能等）和電化學(xué)儲能（主要包括鋰電池儲能、鉛蓄電池儲能和液流電池儲能）。物理儲能建設(shè)需要一定的自然條件，受地理?xiàng)l件制約，建設(shè)周期較長。目前，大規(guī)模儲能技術(shù)中只有抽水蓄能技術(shù)相對成熟，用于電網(wǎng)側(cè)。電化學(xué)儲能技術(shù)相對成熟，應(yīng)用空間廣泛，未來有可能成為具發(fā)展前景的儲能技術(shù)路線。其中電池儲能技術(shù)具有響應(yīng)速度快、效率高及對安裝維護(hù)要求低等優(yōu)點(diǎn)。從技術(shù)特點(diǎn)考慮，鋰電池具有存儲密度高、循環(huán)特性好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，是電化學(xué)儲能中的絕對主力和發(fā)展方向，適合于用戶側(cè)儲能。

目前，用戶側(cè)儲能進(jìn)一步發(fā)展和推廣應(yīng)用尚缺少標(biāo)準(zhǔn)體系的支撐，以及政策方面的支持等，在具體實(shí)踐應(yīng)用中，還存在諸多問題和不確定性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

a.標(biāo)準(zhǔn)問題。目前還未出臺針對用戶側(cè)儲能建設(shè)統(tǒng)一認(rèn)定的相關(guān)規(guī)范，儲能系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模沒有確定的經(jīng)濟(jì)量化指標(biāo)。一段時間以來，民用建筑用戶側(cè)儲能項(xiàng)目基本都是在試點(diǎn)過程，若要大規(guī)模推廣儲能，還須出臺新的政策和標(biāo)準(zhǔn)去指導(dǎo)用戶側(cè)儲能項(xiàng)目的落地實(shí)施。

b.政策問題。相關(guān)政策對鼓勵發(fā)展用戶側(cè)儲能提供了有利條件，如發(fā)展改革委、能源局印發(fā)的發(fā)改能源〔2022〕209號《“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》指出，要“聚焦新型儲能在電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)各類應(yīng)用場景；實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)新型儲能靈活多樣發(fā)展”；在發(fā)改能源規(guī)〔2021〕1051號《加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》指出，要“積極支持用戶側(cè)儲能多元化發(fā)展”。然而，當(dāng)前用戶側(cè)儲能的成本還比較高，激勵用戶側(cè)儲能發(fā)展政策性支持和補(bǔ)貼力度還不夠。世界范圍內(nèi)，發(fā)展清潔能源的在經(jīng)過了裝機(jī)容量爆炸式增長后，均制定了一系列激勵儲能發(fā)展的政策。如美國的自發(fā)電激勵計劃（自2011年9月起，以2美元/W對獨(dú)立的儲能系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)貼）、德國的小型戶用光伏儲能投資補(bǔ)貼計劃（自2013年政策發(fā)布起，為功率30kW以下、與戶用光伏配套的儲能系統(tǒng)提供30%的安裝補(bǔ)貼）等。

c.管理問題。用戶側(cè)儲能容量的增大，將會對電網(wǎng)的調(diào)度帶來新的變革和挑戰(zhàn)，其發(fā)展離不開電網(wǎng)的支持和參與，面對以低碳、新能源發(fā)展為特征的能源電力轉(zhuǎn)型，電力體制改革需創(chuàng)新突破，尤其是對電網(wǎng)作用和功能的認(rèn)識。運(yùn)用電力需求響應(yīng)技術(shù)，充分整合和調(diào)配用戶側(cè)儲能，可以在保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的同時，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)化。

d.安全問題。電化學(xué)儲能系統(tǒng)存在火災(zāi)、爆炸、化學(xué)風(fēng)險、電氣風(fēng)險等安全隱患，安全性問題是制約其發(fā)展的一個重要因素，尤其是應(yīng)用在建筑室內(nèi)場所?，F(xiàn)階段針對儲能系統(tǒng)已有部分消防措施，且業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為鋰電池的安全性在技術(shù)上是可以解決的，技術(shù)發(fā)展的空間仍存在。目前規(guī)模較大的用戶側(cè)儲能以采用集裝箱式鋰電池儲能裝置設(shè)置于建筑室外場地的做法為主，鮮有設(shè)置在建筑內(nèi)部的場景。據(jù)了解，上海招商銀行大廈于大樓地下一層庫房設(shè)置了1MW/2.56MWh磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)，該項(xiàng)目是上海市商業(yè)化應(yīng)用樓宇用戶側(cè)儲能項(xiàng)目；北京朝陽區(qū)姚家園華潤商業(yè)項(xiàng)目于大樓地下一層庫房設(shè)置了500kW/2000kWh磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)，儲能電池倉靠外墻和汽車坡道側(cè)放置。

2建筑儲能的安全性

上述幾個方面中，建筑儲能的安全性是尤為需要關(guān)注的，它也是制約用戶側(cè)儲能在民用建筑中推廣應(yīng)用的主要因素之一，尤其是在建筑物內(nèi)部的應(yīng)用。從鋰電池大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化伊始，安全性便成了與之相伴的焦點(diǎn)話題。由于鋰電池的電極材料以及電解質(zhì)均較為易燃，當(dāng)內(nèi)部反應(yīng)積聚的熱量不能及時散失時，熱失控現(xiàn)象的出現(xiàn)便容易引發(fā)電池安全事故。北京豐臺區(qū)“4·16”較大火災(zāi)事故直接原因就是電池間內(nèi)的磷酸鐵鋰電池發(fā)生內(nèi)短路故障引發(fā)電池?zé)崾Э仄鸹?。近些年韓國發(fā)生的30多起電池儲能電站著火事件，也給我國儲能行業(yè)安全發(fā)展敲響了警鐘。雖然我國儲能裝機(jī)容量在近些年得到了大幅增長，但目前仍缺乏相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)文件，因此，亟待相關(guān)規(guī)劃、設(shè)計、施工、檢測、產(chǎn)品、運(yùn)維等標(biāo)準(zhǔn)盡快出臺。

縱觀世界范圍內(nèi)儲能相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)，由美國消防協(xié)會制定的NFPA855-2023《StandardfortheInstallationofStationaryEnergyStorageSystems》相對系統(tǒng)和全面，該標(biāo)準(zhǔn)早發(fā)布于2019年秋季，據(jù)稱是全面的儲能系統(tǒng)安裝防火標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)明確了基于儲能系統(tǒng)所使用的儲能技術(shù)，儲能系統(tǒng)安裝、尺寸、隔離及滅火和控制系統(tǒng)的要求。對不同類型儲能的大儲能容量值也有明確要求（鋰電池大安裝容量不得超過600kWh，如表1所示）。同時該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定：儲能系統(tǒng)每組儲能容量大為50kWh，每組之間間距以及與墻的距離均不得小于0.9m；包含儲能系統(tǒng)的房間應(yīng)具有至少2h耐火等級的防火屏障并與建筑物的其他區(qū)域分隔開等措施。另外，還重點(diǎn)對儲能系統(tǒng)的排氣通風(fēng)、火災(zāi)探測、火災(zāi)控制、爆炸控制以及噴淋系統(tǒng)、撲救措施等作了細(xì)致規(guī)定。國內(nèi)已經(jīng)發(fā)布的儲能安全標(biāo)準(zhǔn)還較少，該標(biāo)準(zhǔn)也許可提供一些參考借鑒。

根據(jù)鋰電池特點(diǎn)，結(jié)合建筑安全，以及參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，建筑設(shè)置儲能系統(tǒng)建議重點(diǎn)做好以下幾個方面：

a.慎選設(shè)置位置場所。如參考NFPA855-2023

表1儲能系統(tǒng)大儲存容量

Tab.1Maximumstoredenergyofenergystorage

systems（ESS）

要求：室內(nèi)儲能裝置所在樓層高度不得高于22.8m、不得低于安全出口場地完成面以下9.14m；室外距離建筑、公共通道等不得少于1.524m，離安全出口不得小于3.048m等。這些都是基于美國消防車通道救援和安全疏散角度來要求的，具體可結(jié)合我國建筑防火要求來規(guī)定。

b.做好建筑空間防火。如參考NFPA855-2023要求：防火墻至少2h防火性能、與其他機(jī)房分隔等。

c.合理設(shè)置儲能裝置。如參考NFPA855-2023要求：單個防火區(qū)域內(nèi)大安裝容量不超過600kWh、單個機(jī)柜容量不超過50kWh、機(jī)柜間距不小于0.9m等。

d.儲能單元智能監(jiān)控。監(jiān)測及分析電池工作狀態(tài)和工作環(huán)境，主動對電池系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，及時停止充放電動作，以保證系統(tǒng)安全。

e.配備完善消防措施。排氣通風(fēng)、火災(zāi)探測、火災(zāi)控制、爆炸控制以及噴淋系統(tǒng)、撲救措施等。

f.嚴(yán)格把控產(chǎn)品選型。通過高規(guī)格檢測測試，如UL9540、UL9540A、TÜVSÜD南德認(rèn)證等。

關(guān)于檢測標(biāo)準(zhǔn)，UL9540《能量儲存系統(tǒng)和組件的安全標(biāo)準(zhǔn)》和UL9540A《電池儲能系統(tǒng)熱失控擴(kuò)散評估測試方法》是兩個**行業(yè)影響力的電池能量儲存系統(tǒng)安全性標(biāo)準(zhǔn)。UL9540是全球儲能系統(tǒng)和設(shè)備安全標(biāo)準(zhǔn)，也是當(dāng)下儲能系統(tǒng)的高安全標(biāo)準(zhǔn)。測試類目繁多，條件苛刻，被北美多個授權(quán)為級安全標(biāo)準(zhǔn)。適用于包括電化學(xué)、機(jī)械和熱能的各種類型能量儲存系統(tǒng)，評估集成到儲能系統(tǒng)中不同組件的兼容性和安全性，不針對構(gòu)成儲能系統(tǒng)的單個部件/組件。UL9540A是儲能電池具*的熱失控防護(hù)測試之一，側(cè)重于系統(tǒng)組件的安全性能評估和應(yīng)對故障情況的要求，其測試報告主要從電芯（電芯是否熱失控）、模塊（熱失控在模塊內(nèi)部擴(kuò)散的傾向，并可能蔓延到其他相鄰機(jī)柜的情況）、機(jī)柜（熱失控是否在整個機(jī)柜內(nèi)蔓延）、安裝（消防系統(tǒng)的有效性）4個層級測試對儲能系統(tǒng)熱失控蔓延的情況進(jìn)行評估。

3 積極推動建筑光儲直柔應(yīng)用落地

今天，光儲直柔（Photovoltaics，Energystorage，DirectcurrentandFlexibility，PEDF）已不是一個陌生的概念，它是指通過光伏等可再生能源發(fā)電、儲能、直流配電和柔性用能來構(gòu)建適應(yīng)碳中和目標(biāo)需求的新型建筑配電系統(tǒng)（或稱建筑能源系統(tǒng)），如圖1所示。國發(fā)〔2021〕23號《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)2030年前碳達(dá)峰行動

圖1建筑光儲直柔配電系統(tǒng)圖

方案的通知》明確提出：提高建筑終端電氣化水平，建設(shè)集光伏發(fā)電、儲能、直流配電、柔性用電于一體的“光儲直柔”建筑。可以說，光儲直柔是“雙碳”目標(biāo)、能源政策的必然產(chǎn)物，也是重要的技術(shù)支撐。光儲直柔系統(tǒng)的終目的是柔性用電，使建筑用電由剛性負(fù)載轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝载?fù)載，其中用戶側(cè)儲能系統(tǒng)用于終端用戶側(cè)（如商業(yè)樓宇、工業(yè)園區(qū)等）存儲和管理電力，是其重要組成部分，發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

目前，已有一些建筑中開展了“光儲直柔”系統(tǒng)的應(yīng)用探索，如金磚新開發(fā)銀行總部（系統(tǒng)配置容量為86kW的光伏發(fā)電，126kWh的鉛酸電池儲能系統(tǒng)，應(yīng)用直流配電系統(tǒng)供重要樓層照明）、深圳建科院未來大廈（系統(tǒng)配置容量為150kW的光伏發(fā)電，300kWh電池儲能系統(tǒng)，應(yīng)用直流配電系統(tǒng)，直流負(fù)載容量達(dá)到388kW）、清華大學(xué)建筑節(jié)能樓（系統(tǒng)配置容量為20kW的光伏發(fā)電，3組6.6kWh的鈦酸鋰電池儲能，應(yīng)用直流配電系統(tǒng)）等。然而，目前的這些應(yīng)用案例中，儲能規(guī)模還較小，應(yīng)用場景相對單一，未來對于如何在大體量、多場景建筑中構(gòu)建合理的光儲直柔系統(tǒng)還需進(jìn)一步探索和研究。

4 應(yīng)用用戶側(cè)儲能構(gòu)建多樣性自備電源之策略

隨著對儲能的政策支持，以及制約其大規(guī)模應(yīng)用的儲能安全性、經(jīng)濟(jì)性等問題得到逐步解決后，應(yīng)用用戶側(cè)儲能可以在建筑內(nèi)打造更多應(yīng)用場景，如作為建筑自備電源。當(dāng)前，建筑中常見的自備電源有：獨(dú)立于正常電源的發(fā)電機(jī)組、蓄電池組（EPS、UPS）、干電池等，具體根據(jù)用電負(fù)荷的容量、允許中斷供電的時間以及要求的電源為交流或直流等條件來確定。在儲能技術(shù)發(fā)展的今天，構(gòu)建建筑自備電源就有了多種選擇，可以是傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)，也可以是“柴油發(fā)電機(jī)+儲能”多能混合的模式，還可以是純儲能的模式，具體結(jié)合工程實(shí)際情況進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性、合理性分析而定。

4.1儲能裝置與柴油發(fā)電機(jī)組合模式

儲能與柴油發(fā)電機(jī)組合的方式在建筑領(lǐng)域應(yīng)用中很常見（如UPS+柴油發(fā)電機(jī)的組合），但這種模式下，UPS儲能裝置主要承擔(dān)的任務(wù)是柴油發(fā)電機(jī)啟動階段的過渡，一般在柴油發(fā)電機(jī)啟動成功后退出供電。這里要探討的是利用鋰電池等裝機(jī)容量較大、持續(xù)供電時間較長的新型用戶側(cè)儲能裝置。

實(shí)際上，這種方式已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于一些地區(qū)的離網(wǎng)和獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)（指與大電網(wǎng)隔離、獨(dú)立運(yùn)行的小型電力系統(tǒng)）中，如供電條件較差的偏遠(yuǎn)地區(qū)或者海島等。系統(tǒng)充分利用可再生能源發(fā)電，如風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等。為了有效提高獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)的供電可靠性，需要在系統(tǒng)中配置柴油發(fā)電機(jī)，可再生能源不能提供足夠的電能以及儲能容量過低無法滿足負(fù)荷的情況下，啟動柴油發(fā)電機(jī)為系統(tǒng)提供額外的電能支持。當(dāng)然，當(dāng)儲能系統(tǒng)容量在正常運(yùn)行范圍內(nèi)時，也可以與風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電一起為負(fù)荷供電。當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)開啟時，可以選擇將儲能系統(tǒng)退出運(yùn)行，也可以盡量將柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行在額定功率下，多余功率給電池充電。為了實(shí)現(xiàn)一定的經(jīng)濟(jì)效益，獨(dú)立微網(wǎng)系統(tǒng)中的柴油發(fā)電機(jī)可采用多臺相對小容量的機(jī)組，根據(jù)負(fù)荷實(shí)際需求，協(xié)調(diào)控制開啟一臺或者多臺柴油發(fā)電機(jī)組，使單臺柴油發(fā)電機(jī)處在佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。

對于多能混合一體的供電系統(tǒng)，需要結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的儲能設(shè)備和發(fā)電機(jī)組，并進(jìn)行科學(xué)合理的系統(tǒng)設(shè)計和運(yùn)行管理。

4.2儲能裝置替代柴油發(fā)電機(jī)的可行性

在安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等得到保障的前提下，民用建筑采用大規(guī)模儲能裝置用以替代柴油發(fā)電機(jī)將成為一種可能。在儲能替代柴油發(fā)電機(jī)的應(yīng)用中，基于儲能技術(shù)的運(yùn)用，通過將電能儲存起來并在需要時釋放出來以替代傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電時間長等問題。據(jù)報道，2023年高考期間江蘇通州高級中學(xué)等高考保點(diǎn)就采用了儲能設(shè)備作為臨時后備電源保障的方式，以保障考場內(nèi)照明、英語聽力等用電設(shè)備的不間斷供電。

5 Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)

5.1概述

Acrel-2000MG微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)，是我司根據(jù)新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的要求，總結(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，專門研制出的企業(yè)微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)滿足光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電、儲能系統(tǒng)以及充電樁的接入，全天候進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，直接監(jiān)視光伏、風(fēng)能、儲能系統(tǒng)、充電樁運(yùn)行狀態(tài)及健康狀況，是一個集監(jiān)控系統(tǒng)、能量管理為一體的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)在安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上以經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行為目標(biāo)，促進(jìn)可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性、補(bǔ)償負(fù)荷波動；有效實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負(fù)荷，提高電力設(shè)備運(yùn)行效率、降低供電成本。為企業(yè)微電網(wǎng)能量管理提供安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了全新的解決方案。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個能量管理系統(tǒng)在物理上分為三個層：設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層和站控層。站級通信網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

5.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

本方案遵循的標(biāo)準(zhǔn)有：

本技術(shù)規(guī)范書提供的設(shè)備應(yīng)滿足以下規(guī)定、法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：

GB/T26802.1-2011工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范1部分：通用要求

GB/T26806.2-2011工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)工業(yè)控制計算機(jī)基本平臺2部分：性能評定方法

GB/T26802.5-2011工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范5部分：場地安全要求

GB/T26802.6-2011工業(yè)控制計算機(jī)系統(tǒng)通用規(guī)范6部分：驗(yàn)收大綱

GB/T2887-2011計算機(jī)場地通用規(guī)范

GB/T20270-2006信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)安全技術(shù)要求

GB50174-2018電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計規(guī)范

DL/T634.5101遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng)5-101部分:傳輸規(guī)約基本遠(yuǎn)動任務(wù)配套標(biāo)準(zhǔn)

DL/T634.5104遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng)5-104部分:傳輸規(guī)約采用標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議子集的IEC60870-5-網(wǎng)絡(luò)訪問101

GB/T33589-2017微電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定

GB/T36274-2018微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

GB/T51341-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

GB/T36270-2018微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

DL/T1864-2018獨(dú)立型微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行規(guī)范

T/CEC150-2018低壓微電網(wǎng)并網(wǎng)一體化裝置技術(shù)規(guī)范

T/CEC151-2018并網(wǎng)型交直流混合微電網(wǎng)運(yùn)行與控制技術(shù)規(guī)范

T/CEC152-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)需求響應(yīng)技術(shù)要求

T/CEC153-2018并網(wǎng)型微電網(wǎng)負(fù)荷管理技術(shù)導(dǎo)則

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行規(guī)范

T/CEC5005-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計規(guī)范

NB/T10148-2019微電網(wǎng)1部分：微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則

NB/T10149-2019微電網(wǎng)2部分：微電網(wǎng)運(yùn)行導(dǎo)則

5.3適用場合

系統(tǒng)可應(yīng)用于城市、高速公路、工業(yè)園區(qū)、工商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、智能建筑、海島、無電地區(qū)可再生能源系統(tǒng)監(jiān)控和能量管理需求。

5.4型號說明

3.5.5系統(tǒng)配置

5.5.1系統(tǒng)架構(gòu)

本平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

圖1典型微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)組網(wǎng)方式

5.6系統(tǒng)功能

5.6.1實(shí)時監(jiān)測

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機(jī)界面友好，應(yīng)能夠以系統(tǒng)一次電氣圖的形式直觀顯示各電氣回路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各回路斷路器、隔離開關(guān)等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中，各子系統(tǒng)回路電參量主要有：三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、頻率和正向有功電能累計值；狀態(tài)參數(shù)主要有：開關(guān)狀態(tài)、斷路器故障脫扣告警等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對分布式電源、儲能系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電管理，使管理人員實(shí)時掌握發(fā)電單元的出力信息、收益信息、儲能荷電狀態(tài)]及發(fā)電單元與儲能單元運(yùn)行功率設(shè)置等。

系統(tǒng)應(yīng)可以對儲能系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)管理，能夠根據(jù)儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)進(jìn)行及時告警，并支持定期的電池維護(hù)。

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)界面包括系統(tǒng)主界面，包含微電網(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲能、充電樁及總體負(fù)荷組成情況，包括收益信息、天氣信息、節(jié)能減排信息、功率信息、電量信息、電壓電流情況等。根據(jù)不同的需求，也可將充電，儲能及光伏系統(tǒng)信息進(jìn)行顯示。

圖2系統(tǒng)主界面

子界面主要包括系統(tǒng)主接線圖、光伏信息、風(fēng)電信息、儲能信息、充電樁信息、通訊狀況及一些統(tǒng)計列表等。

5.6.1.1光伏界面

圖3光伏系統(tǒng)界面

本界面用來展示對光伏系統(tǒng)信息，主要包括逆變器直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、并網(wǎng)柜電力監(jiān)測及發(fā)電量統(tǒng)計、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、輻照度/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。4.6.1.2儲能界面

圖4儲能系統(tǒng)界面

本界面主要用來展示本系統(tǒng)的儲能裝機(jī)容量、儲能當(dāng)前充放電量、收益、SOC變化曲線以及電量變化曲線。

圖5儲能系統(tǒng)PCS參數(shù)設(shè)置界面

本界面主要用來展示對PCS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，包括開關(guān)機(jī)、運(yùn)行模式、功率設(shè)定以及電壓、電流的限值。

圖6儲能系統(tǒng)BMS參數(shù)設(shè)置界面

本界面用來展示對BMS的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主要包括電芯電壓、溫度保護(hù)限值、電池組電壓、電流、溫度限值等。

圖7儲能系統(tǒng)PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS電網(wǎng)側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等。

圖8儲能系統(tǒng)PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS交流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括相電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)、溫度值等。同時針對交流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖9儲能系統(tǒng)PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對PCS直流側(cè)數(shù)據(jù)，主要包括電壓、電流、功率、電量等。同時針對直流側(cè)的異常信息進(jìn)行告警。

圖10儲能系統(tǒng)PCS狀態(tài)界面

本界面用來展示對PCS狀態(tài)信息，主要包括通訊狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)、STS運(yùn)行狀態(tài)及STS故障告警等。

圖11儲能電池狀態(tài)界面

本界面用來展示對BMS狀態(tài)信息，主要包括儲能電池的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)信息以及告警信息等，同時展示當(dāng)前儲能電池的SOC信息。

圖12儲能電池簇運(yùn)行數(shù)據(jù)界面

本界面用來展示對電池簇信息，主要包括儲能各模組的電芯電壓與溫度，并展示當(dāng)前電芯的大、小電壓、溫度值及所對應(yīng)的位置。

5.6.1.2風(fēng)電界面

圖13風(fēng)電系統(tǒng)界面

本界面用來展示對風(fēng)電系統(tǒng)信息，主要包括逆變控制一體機(jī)直流側(cè)、交流側(cè)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測及報警、逆變器及電站發(fā)電量統(tǒng)計及分析、電站發(fā)電量年有效利用小時數(shù)統(tǒng)計、發(fā)電收益統(tǒng)計、碳減排統(tǒng)計、風(fēng)速/風(fēng)力/環(huán)境溫濕度監(jiān)測、發(fā)電功率模擬及效率分析；同時對系統(tǒng)的總功率、電壓電流及各個逆變器的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

5.6.1.3充電樁界面

圖14充電樁界面

本界面用來展示對充電樁系統(tǒng)信息，主要包括充電樁用電總功率、交直流充電樁的功率、電量、電量費(fèi)用，變化曲線、各個充電樁的運(yùn)行數(shù)據(jù)等。

5.6.1.4視頻監(jiān)控界面

圖15微電網(wǎng)視頻監(jiān)控界面

本界面主要展示系統(tǒng)所接入的視頻畫面，且通過不同的配置，實(shí)現(xiàn)預(yù)覽、回放、管理與控制等。

5.6.1.5發(fā)電預(yù)測

系統(tǒng)應(yīng)可以通過歷史發(fā)電數(shù)據(jù)、實(shí)測數(shù)據(jù)、未來天氣預(yù)測數(shù)據(jù)，對分布式發(fā)電進(jìn)行短期、超短期發(fā)電功率預(yù)測，并展示合格率及誤差分析。根據(jù)功率預(yù)測可進(jìn)行人工輸入或者自動生成發(fā)電計劃，便于用戶對該系統(tǒng)新能源發(fā)電的集中管控。

圖16光伏預(yù)測界面

5.6.1.6策略配置

系統(tǒng)應(yīng)可以根據(jù)發(fā)電數(shù)據(jù)、儲能系統(tǒng)容量、負(fù)荷需求及分時電價信息，進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行模式的設(shè)置及不同控制策略配置。如削峰填谷、周期計劃、需量控制、有序充電、動態(tài)擴(kuò)容等。

圖17策略配置界面

5.6.2運(yùn)行報表

應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備指*時間的運(yùn)行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

圖18運(yùn)行報表

5.6.3實(shí)時報警

應(yīng)具有實(shí)時報警功能，系統(tǒng)能夠?qū)Ω髯酉到y(tǒng)中的逆變器、雙向變流器的啟動和關(guān)閉等遙信變位，及設(shè)備內(nèi)部的保護(hù)動作或事故跳閘時應(yīng)能發(fā)出告警，應(yīng)能實(shí)時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護(hù)事件名稱、保護(hù)動作時刻；并應(yīng)能以彈窗、聲音、短信和電話等形式通知相關(guān)人員。

圖19實(shí)時告警

5.6.4歷史事件查詢

應(yīng)能夠?qū)b信變位，保護(hù)動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)、電芯溫度（鋰離子電池）、壓力（液流電池）、光照、風(fēng)速、氣壓越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

圖20歷史事件查詢

5.6.5電能質(zhì)量監(jiān)測

應(yīng)可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量包括穩(wěn)態(tài)狀態(tài)和暫態(tài)狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，使管理人員實(shí)時掌握供電系統(tǒng)電能質(zhì)量情況，以便及時發(fā)現(xiàn)和消除供電不穩(wěn)定因素。

1）在供電系統(tǒng)主界面上應(yīng)能實(shí)時顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點(diǎn)的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度百分*和正序/負(fù)序/零序電壓值、三相電流不平衡度百分*和正序/負(fù)序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)時顯示A/B/C三相電壓總諧波畸變率、A/B/C三相電流總諧波畸變率、奇次諧波電壓總畸變率、奇次諧波電流總畸變率、偶次諧波電壓總畸變率、偶次諧波電流總畸變率；應(yīng)能以柱狀圖展示2-63次諧波電壓含有率、2-63次諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電壓含有率、0.5～63.5次間諧波電流含有率；

3）電壓波動與閃變：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相電壓波動值、A/B/C三相電壓短閃變值、A/B/C三相電壓長閃變值；應(yīng)能提供A/B/C三相電壓波動曲線、短閃變曲線和長閃變曲線；應(yīng)能顯示電壓偏差與頻率偏差；

4）功率與電能計量：系統(tǒng)應(yīng)能顯示A/B/C三相有功功率、無功功率和視在功率；應(yīng)能顯示三相總有功功率、總無功功率、總視在功率和總功率因素；應(yīng)能提供有功負(fù)荷曲線，包括日有功負(fù)荷曲線（折線型）和年有功負(fù)荷曲線（折線型）；

5）電壓暫態(tài)監(jiān)測：在電能質(zhì)量暫態(tài)事件如電壓暫升、電壓暫降、短時中斷發(fā)生時，系統(tǒng)應(yīng)能產(chǎn)生告警，事件能以彈窗、閃爍、聲音、短信、電話等形式通知相關(guān)人員；系統(tǒng)應(yīng)能查看相應(yīng)暫態(tài)事件發(fā)生前后的波形。

6）電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計：系統(tǒng)應(yīng)能顯示1min統(tǒng)計整2h存儲的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括均值、大值、小值、95%概率值、方均根值。

7）事件記錄查看功能：事件記錄應(yīng)包含事件名稱、狀態(tài)（動作或返回）、波形號、越限值、故障持續(xù)時間、事件發(fā)生的時間。

圖21微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量界面

5.6.7遙控功能

應(yīng)可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過管理系統(tǒng)的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預(yù)置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應(yīng)的操作命令。

圖22遙控功能

5.6.8曲線查詢

應(yīng)可在曲線查詢界面，可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、SOC、SOH、充放電量變化等曲線。

5.6.9統(tǒng)計報表

具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。對微電網(wǎng)與外部系統(tǒng)間電能量交換進(jìn)行統(tǒng)計分析；對系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能、收益等分析；具備對微電網(wǎng)供電可靠性分析，包括年停電時間、年停電次數(shù)等分析；具備對并網(wǎng)型微電網(wǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行電能質(zhì)量分析。

圖24統(tǒng)計報表

5.6.9.1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)支持實(shí)時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

圖25微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)浣缑?/span>

本界面主要展示微電網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)?，包括系統(tǒng)的組成內(nèi)容、電網(wǎng)連接方式、斷路器、表計等信息。

5.6.9.2通信管理

可以對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進(jìn)行管理、控制、數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測。系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過管理系統(tǒng)的主程序右鍵打開通信管理程序，然后選擇通信控制啟動所有端口或某個端口，快速查看某設(shè)備的通信和數(shù)據(jù)情況。通信應(yīng)支持ModbusRTU、ModbusTCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、MQTT等通信規(guī)約。

5.6.9.3用戶權(quán)限管理

應(yīng)具備設(shè)置用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控操作，運(yùn)行參數(shù)修改等）。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

5.6.9.4故障錄波

應(yīng)可以在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各相關(guān)電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護(hù)是否正確動作、提高電力系統(tǒng)安全運(yùn)行水平有著重要作用。其中故障錄波共可記錄16條，每條錄波可觸發(fā)6段錄波，每次錄波可記錄故障前8個周波、故障后4個周波波形，總錄波時間共計46s。每個采樣點(diǎn)錄波至少包含12個模擬量、10個開關(guān)量波形。

5.6.9.5事故追憶

可以自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實(shí)時掃描數(shù)據(jù)，包括開關(guān)位置、保護(hù)動作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

用戶可自定義事故追憶的啟動事件，當(dāng)每個事件發(fā)生時，存儲事故*10個掃描周期及事故后10個掃描周期的有關(guān)點(diǎn)數(shù)據(jù)。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點(diǎn)可由用戶指*和隨意修改。

圖29事故追憶

6硬件及其配套產(chǎn)品

7結(jié)語

毋庸置疑，通過對光儲微電網(wǎng)混合系統(tǒng)控制策略及開關(guān)優(yōu)化方面的分析，能夠合理的選擇出額定功率和額定容量的配置，從而保障微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

“雙碳”目標(biāo)將推動整個能源系統(tǒng)的低碳發(fā)展，儲能技術(shù)的應(yīng)用使建筑能源系統(tǒng)的構(gòu)建模式也將更具多樣性和靈活性，將在降低裝機(jī)容量配置、避免電力增容、削峰填谷、有效解決可再生能源消納難、提高供電可靠性、促進(jìn)碳減排提升社會效益等方面發(fā)揮重要作用。

本文主要探討的是用戶側(cè)電化學(xué)儲能，而實(shí)際上儲能的概念更加寬泛，它是儲電、儲熱、儲氣等的綜合，不局限于化學(xué)電池儲能等方式。建筑內(nèi)可利用的各類具有儲能/蓄能能力的設(shè)備設(shè)施都可以作為儲能資源，如水蓄冷、冰蓄冷等，均是常見的可實(shí)現(xiàn)電力移峰填谷的技術(shù)手段。在此基礎(chǔ)上，還可通過能源基礎(chǔ)設(shè)施耦合建設(shè)，如水蓄冷系統(tǒng)利用建筑消防水池蓄冷，既節(jié)省土建費(fèi)用，提升空間集約利用水平，也可節(jié)省消防水池維護(hù)和消防水質(zhì)保持費(fèi)用，進(jìn)一步降低成本。

文中是筆者結(jié)合工程應(yīng)用實(shí)踐以及對儲能相關(guān)知識的學(xué)習(xí)和研究提出的一些民用建筑用戶側(cè)儲能應(yīng)用展望與應(yīng)用策略，部分未經(jīng)工程實(shí)踐驗(yàn)證，尚不成熟，權(quán)作拋磚引玉，希望能給讀者帶來一些啟發(fā)。

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