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年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(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遠景目標(biāo)綱要和“十四五”時期經(jīng)濟社會發(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，受地理條件制約，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要求低等優(yōu)點。從技術(shù)特點考慮，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，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)濟量化指標(biāo)。一段時間以來，民用建筑用戶側(cè)儲能項目基本都是在試點過程，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)儲能項目的落地實施。

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對獨立的儲能系統(tǒng)進行補貼）、德國的小型戶用光伏儲能投資補貼計劃（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)作用和功能的認識。運用電力需求響應(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)定運行的同時，實現(xiàn)經(jīng)濟效益優(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。現(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)，該項目是上海市商業(yè)化應(yīng)用樓宇用戶側(cè)儲能項目；北京朝陽區(qū)姚家園華潤商業(yè)項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仄鸹稹＝┠觏n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，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、單個機柜容量不超過50kWh、機柜間距不小于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)進行保護，及時停止充放電動作，以保證系統(tǒng)安全。

e.配備*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)部擴散的傾向，并可能蔓延到其他相鄰機柜的情況）、機柜（熱失控是否在整個機柜內(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載轉(zhuǎn)變?yōu)槿嵝载撦d，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)，直流負載容量達到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：獨立于正常電源的發(fā)電機組、蓄電池組（EPS、UPS）、干電池等，具體根據(jù)用電負荷的容量、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，也可以是“柴油發(fā)電機+儲能”多能混合的模式，還可以是純儲能的模式，具體結(jié)合工程實際情況進行經(jīng)濟性、合理性分析而定。

4.1儲能裝置與柴油發(fā)電機組合模式

儲能與柴油發(fā)電機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)電機啟動階段的過渡，一般在柴油發(fā)電機啟動成功后退出供電。這里要探討的是利用鋰電池等裝機容量較大、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)和獨立微網(wǎng)系統(tǒng)（指與大電網(wǎng)隔離、獨立運行的小型電力系統(tǒng)）中，如供電條件較差的偏遠地區(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，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荷的情況下，啟動柴油發(fā)電機為系統(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)電一起為負荷供電。當(dāng)柴油發(fā)電機開啟時，可以選擇將儲能系統(tǒng)退出運行，也可以盡量將柴油發(fā)電機運行在額定功率下，多余功率給電池充電。為了實現(xiàn)一定的經(jīng)濟效益，獨立微網(wǎng)系統(tǒng)中的柴油發(fā)電機可采用多臺相對小容量的機組，根據(jù)負荷實際需求，協(xié)調(diào)控制開啟一臺或者多臺柴油發(fā)電機組，使單臺柴油發(fā)電機處在佳經(jīng)濟運行狀態(tài)。

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

4.2儲能裝置替代柴油發(fā)電機的可行性

在安全性、可靠性、經(jīng)濟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)電機將成為一種可能。在儲能替代柴油發(fā)電機的應(yīng)用中，基于儲能技術(shù)的運用，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，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)濟優(yōu)化運行為目標(biāo)，促進可再生能源應(yīng)用，提高電網(wǎng)運行穩(wěn)定性、補償負荷波動；有效實現(xiàn)用戶側(cè)的需求管理、消除晝夜峰谷差、平滑負荷，提高電力設(shè)備運行效率、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)濟運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)控制計算機系統(tǒng)工業(yè)控制計算機基本平臺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)控制計算機系統(tǒng)通用規(guī)范6部分：驗收大綱

GB/T2887-2011計算機場地通用規(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)機房設(shè)計規(guī)范

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

DL/T634.5104遠動設(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)負荷管理技術(shù)導(dǎo)則

T/CEC182-2018微電網(wǎng)并網(wǎng)調(diào)度運行規(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)進行設(shè)計，即站控層、網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層，詳細拓撲結(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實時監(jiān)測

微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)人機界面友好，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行狀態(tài)，實時監(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)進行發(fā)電管理，使管理人員實時掌握發(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行功率設(shè)置等。

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

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行數(shù)據(jù)進行展示。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)進行設(shè)置，包括開關(guān)機、運行模式、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)進行設(shè)置，主要包括電芯電壓、溫度保護限值、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)、運行狀態(tài)、STS運行狀態(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直流側(cè)、交流側(cè)運行狀態(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行數(shù)據(jù)進行展示。

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、電量費用，變化曲線、各個充電樁的運行數(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)、實測數(shù)據(jù)、未來天氣預(yù)測數(shù)據(jù)，對分布式發(fā)電進行短期、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、負荷需求及分時電價信息，進行系統(tǒng)運行模式的設(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)擴容等。

圖17策略配置界面

5.6.2運行報表

應(yīng)能查詢各子系統(tǒng)、回路或設(shè)備指*時間的運行參數(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運行報表

5.6.3實時報警

應(yīng)具有實時報警功能，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)部的保護動作或事故跳閘時應(yīng)能發(fā)出告警，應(yīng)能實時顯示告警事件或跳閘事件，包括保護事件名稱、保護動作時刻；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實時告警

5.6.4歷史事件查詢

應(yīng)能夠?qū)b信變位，保護動作、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行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，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)進行持續(xù)監(jiān)測，使管理人員實時掌握供電系統(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)能實時顯示各電能質(zhì)量監(jiān)測點的監(jiān)測裝置通信狀態(tài)、各監(jiān)測點的A/B/C相電壓總畸變率、三相電壓不平衡度百分*和正序/負序/零序電壓值、三相電流不平衡度百分*和正序/負序/零序電流值；

2）諧波分析功能：系統(tǒng)應(yīng)能實時顯示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)能提供有功負荷曲線，包括日有功負荷曲線（折線型）和年有功負荷曲線（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)備進行遠程遙控操作。系統(tǒng)維護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)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進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)間電能量交換進行統(tǒng)計分析；對系統(tǒng)運行的節(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)點進行電能質(zhì)量分析。

圖24統(tǒng)計報表

5.6.9.1網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

系統(tǒng)支持實時監(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)拓撲界面

本界面主要展示微電網(wǎng)系統(tǒng)拓撲，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)備通信情況進行管理、控制、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。系統(tǒng)維護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)運行、維護、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、判斷保護是否正確動作、提高電力系統(tǒng)安全運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時掃描數(shù)據(jù)，包括開關(guān)位置、保護動作狀態(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)點數(shù)據(jù)。啟動事件和監(jiān)視的數(shù)據(jù)點可由用戶指*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)濟運行。

“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)省土建費用，提升空間集約利用水平，也可節(jié)省消防水池維護和消防水質(zhì)保持費用，進一步降低成本。

文中是筆者結(jié)合工程應(yīng)用實踐以及對儲能相關(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)工程實踐驗證，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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