能量云與大數據

在微電網，尤其是智能微電網的應用中，負荷預測是很重要的一個環節。實驗室里所做的模型或量化的算法，無法顧全復雜的現實環境，導致在日或者周的預測上準確率會有所下降，在此情況下，我們可以通過搜集現有項目的數據資料來做動態的策略管理。

上圖是特來電能量監控系統的截圖。在這個平臺上可以實時監控全國范圍內項目每天的能量流動情況、設備運行情況、以及客戶的基礎數據等，通過實時的通信網絡上傳到云平臺。

上圖是特來電全國廠商的布局情況。我們把站點理解為一個微網系統，全部上傳到云端之后就形成了一個規模稍微龐大一點的微網，然后利用這些數據繪制不同的曲線做人工智能的優化，例如控制電損，或者了解各地方的電損情況，也可以把環境等因素考慮進來，做小時或者天的負荷預測等。

上圖為“王”字微網技術體系，由下而上分別為：交互層、管控層、平臺層，可以從這三個角度去思考能量管理系統。

• 交互層：實現的是自我的配電系統，例如電動汽車、光伏、儲能、直流用電以及冷熱等都可以集中在交互層。

• 管理層：用來做和電網之間交互的一些事情，例如削峰填谷、創建綠色電網、實現電網的友好互動等。

• 平臺層：即云層，包括調控云、能量云，充放電云、設備云、運維云、支付云、售電云、碳交易云等，這些都是在未來打通能源網絡以及電動汽車大數據之后產生的云平臺。

基于現有的汽車生態充電網以及未來要做的能源管理，構建了“雙網融合”的生態價值體系，把新能源微網、汽車充電網中的變配電、智慧儲能、太陽能、風能和能源大數據等體系融合在一起。“雙網融合”是核心，包括智能設備的制造、智能運維、以及智慧能源管理等，這些都是用大數據來實現的。

共直流母線的微網應用技術

直流微網是指以電力電子變換設備為紐帶，通過穩定、快速的控制系統，將直流發電、儲能及直流負載等各種元素柔性融合的微網系統。

為什么要做直流微網？我們身邊的負載，例如電動汽車里面的電池，儲能電池、分布式電源、電腦、LED燈、變頻冰箱、洗衣機、空調等都是直流負載，如果用交流輸電再轉換成直流，就會存在很多能量的損失，那為什么不直接掛在直流母線上呢，這就是直流母線提出的初衷。

以光伏系統為例，光伏出來的都是直流電，通過DC/DC的電壓變換，然后做DC/AC掛到交流母線上。儲能也是通過直流變交流掛到網上。將光伏發電傳送到車上的時候，不但要把直流變成交流，還要再把交流變成直流，這樣能量就會有無謂的損失。上圖中右側是直流微網的架構，把光伏、儲能和汽車都直接并在直流側，用一個超級PDU做能量的分配，實現在直流端能量的直接的相互的流動。

上圖是某園區微網的示意圖。上圖藍色的部分是直流母線，用的是1250的雙分裂變壓器，每邊掛的負載都是對稱的，每一條母線上掛了500kw的光伏，200kw的儲能，以及功率為200kw的電動汽車充放電的系統，并且還掛載了一些直流負載，這樣就形成了一個自治的小的直流微網，再通過雙向變換器與交流側做能量的變換，這樣就實現了很大一部分能量的自治，例如白天光伏發的電可以直接儲能給電動汽車充電，在白天用電負荷比較大的時候汽車放電，在直流側需要能量或者能量多余的時候就可以通過AC/DC的雙向變換器，或者叫四象限模塊，連接到交流側配網，把電送到交流側或者從交流側取電，減少從大電網的取電，實現小區域的自治。

在這樣的系統里面，不得不提到車的作用。電動汽車是未來的發展趨勢，這里引用國網提出的電動汽車V2G的概念，V2G就是車對電網放電的意思，引進直流母線之后，就不用先V2G，然后再G到負荷了，直接就可以V2H或者V2L，這樣就形成了一個新的概念 “V2X”，即通過直流側的交互，做到源-網-荷-儲-車的友好互動，實現車對多種能源直接充放電的管理。

以其他地區的微網為例，例如上圖左半部分，用一套能量管理軟件把配電、光伏、充電、儲能這些相對獨立的東西統一管控起來，可以算是做到了能量的深度調配和利用，但是個人覺得這還不是一個最佳的方案。

我們把配電、光伏、儲能、充電等電力電子設備高度集成，做到一個箱變里面，外面接10kv，配交流和直流兩條母線，交流的負載做到交流母線上，直流的負載做在直流母線上，這樣一個箱變就解決了四個箱變的問題，用一個箱變的投資代替四個箱變的投資，設備的綜合投資包括占地面積、集約程度都會有一個很大的進步，就會形成一個高度集成的系統。

設備的運行可以利用能量管理的模式，園區的配電，能量的消耗、監控，廠區的設備運行情況都可以集中監控，放在展示系統里面，因為這種能量管理是放在云上的，所以遠傳的展示、監控、調度等都是可以實現的。

• 園區配電

  顯示監視園區的電壓、電流、功率等實時電參量，直觀顯示系統運行工況

• 能耗概況

  園區內發生的全部內耗

• 光伏監控

  監視統計園區屋頂光伏發電情況

• 微網箱變

  以組態圖方式顯示設備實時運行工況

基于就地控制和云端控制等多個層級的控制來實現微網。就地控制可以實現毫秒級的管控，例如大電網跳電、并離網切換、或者云層遮擋了光伏，光伏出力減少等情況，就可以實現設備的就地切換，通過能量管理系統做分鐘級或者小時級的能量負荷預測，充放電、經濟的調度、通過云端控制。

上圖是園區最初的用電情況。左邊是用電負荷，中間是電費情況，綠色的圓柱代表的是廠區的純負荷，加上引進電動車之后的無序充電，從右側的圖中可以看到，上午的時候峰值很高，夜晚谷電的時候基本上無人使用，這也是大部分園區目前的用電情況。

根據上述情況，我們把光伏引進到微網中，園區的電費直接降到了8730元；把車有序的充放電、儲能電池引進之后，從右側的負荷情況中可以看到低谷時期的負荷比以前高了很多，尖峰的時候比以前低了很多，全天的負荷比較平滑，電費也達到了50%左右的節能開支，可以說在微網的應用上取得了一定的成功。

關鍵設備配置

四象限模塊整合了逆變、整流、SVG（無功補償）、APF（諧波治理）、離網運行、PCS（儲能變流器）等電力產品功能，融合成一款電力路由魔方，實現了能源的路由與互聯。 

上圖中的四象限模塊主要是進行AC到DC的能量轉換，在直流側能量不足的時候用這個模塊從交流側把能量變過來，實現DC/AC的雙向變換。這里還整合了對電網的整流、無功補償、并離網的切換、儲能逆變器等功能，做了一個模塊化的結構。

智慧儲能單元：

• 首次實現了直流微網與儲能單元的大功率電能交互

• 60kW DC/DC變換模塊

• 單柜額定高達240kW變換，可60kW逐級遞增

• 高效率：峰值效率97.5%，額定96.5%以上

• 寬工作電壓范圍: 50~780Vdc

• 寬工作溫度范圍 : -40度～65度工作

• 與四象限變換模塊做到同外形同尺寸

• 核心器件:雙向DCDC儲能模塊

上圖是汽車充放電柜，柜子里裝的是汽車的充放電模塊，與普通的充電樁不同，這里實現了汽車的放電功能，每個模塊是10kW雙向直流電能變換，可以把車的電直接放在直流母線上，相當于直流調壓、變壓的作用。

汽車充放電單元：

• 首次實現了直流微網對電動汽車的充放電功能

• 模塊化10kW雙向直流電能變換

• 單柜額定運行功率最高達100kW，可10kW逐級遞增

• 并柜實現100kW*n的功率變換

• 雙向PDU實現模塊與電動車充電的智能分配與靈活變換

汽車充放電模塊：

• 基于第三代半導體SIC技術

• 單向主功率拓撲加雙向接觸器實現電能雙向流動

• 雙級結構拓撲造就高效率：峰值效率97.5%，額定96.5%以上

• 寬工作電壓范圍: A/B端口電壓200-700Vdc

雙向PDU單元可以和車對接起來，在車沒電的時候給車充電，也可以把車上的電放出來：

• 實現車輛端和DCDC模塊之間的功率流動

• 內部集成BMS控制器以及電源模塊控制器

• 雙向PDU實時監控充、放電操作流程

• 保證充放電操作有序、可靠 

應用場景&價值體現

1、 高科技產業園

• 利于發展建筑光伏

• 電動汽車規模聚集

• 典型的峰谷差用能

• 存在大量直流負載

• 重要負荷保障供電

• 多能互補綜合節能

可以在園區中鋪設大量的光伏，深度利用電動汽車的充放電和儲能的價值，實現峰谷價差的收益，并且還可以保證重要負荷的供電，利用多能互補的形式做到綜合節能，所以這種工業型的微網系統用在高科技的產業園區是比較合適的。

2、新城鎮

• 建筑式光伏發電

• 戶用儲能錯峰用電

• 電動汽車儲能

• 智能家居智慧用電

可以預見，未來小區屋頂上安裝玻璃屋頂，用戶側的儲能，錯峰用電，電動汽車參與電量交互，鄰居之間相互放電，智能家居等情況在新城鎮里面都會出現。

3、光儲充停車場

上圖是集光伏、儲能于一體的微網停車場，每個柱子里面包含的設備形成了一個小的微網，這類型微網還可以和大電網連接，和大電網相互支撐，這才是一個較好的分布式微網的概念。

除上述場景外，微網還可以用在數據中心、科技展館、缺電的海島鄉村等，把光、風、柴油機、冷熱電等結合在微網中，做成微網群，實現和大電網的友好互動，為電網出一份力。

精彩問答

1、 電動汽車V2G技術什么時候才能大量應用于需求側響應，對儲能投資是否有直接影響？

目前電動汽車V2G技術已經有部分應用，例如在公交大巴上的應用就用的很好，但是在數字化應用上可能還是需要一段時間的。其實在電池的應用上，包括換下來的梯次電池，都是車載電池的一部分，應用的方式方法都是一樣的。隨著電池廠的不斷投建，儲能投資一個很明顯的趨勢就是價格越來越低，對儲能的影響應該還是蠻大的。

2、 如果說將微網系統應用于充電樁的建設，那么比普通的汽車充電站能節省多少電能？

按照純的投資金額，微網應用于充電站和普通充電站相比，充電站越復雜投資越大，在電力富裕的情況下投一個簡單的充電站比較容易，在電力不足的情況下，例如當小區5000個車位同時接進來，對電能負荷要求很高的時候，我們就需要用微網做調度、能量的管理，這個時候就要看綜合價值。

3、 相對于交流母排，直流母排的微網設計是不是電網友好性好一些？

大電網用的直流輸電形式只有特高壓遠距離輸電，所以也談不上系統內的直流母排對電網是不是友好，因為就算在直流側通過四象限模塊或者DC/DC模塊做內部的自治，電網的接口還是交流接口，所以以后在配電側有一條能夠直流入戶的電，才能真正實現直流電能的互動，當然這還需要一個建設的適應周期，所以現在在自有的微網系統內用直流母線，這種技術還是成熟的。

4、 目前在建設充電站時，光伏容量的建設比例占多少？

一般是按照雨棚的面積鋪設光伏，8-10個車位的充電場站差不多是幾十個千瓦。

5、 建直流母線等配電設施，一般增加多少成本？

按照直流側帶的設備、負載、包括調配管理的系統需要做多大等實際情況決定。

6、 V2G必然產生電池壽命或行駛里程，充放電比重多少更有性價比？

現在鋰電池的循環次數可以做到3000-4000次左右，隨著續航里程越來越大，如果一周充電2次，一年也就是100多次，車報廢的時候電池也不一定會報廢，所以V2G對車的電池的壽命的影響還是可以接受的，當然還可以利用柔性充電技術、CMS技術等將車放電以及V2G產生的影響降到最低。

（特來電新能源有限公司電力微網行業部副總經理李勇 ）