基于集中供电的分布式能源管理系统

付杰 万久地 罗正岳 陈进

摘要：分布式能源具有能源利用效率高等诸多优点，是能源技术的重要发展方向，已成为我国应对气候变化、保障能源安全的重要内容。目前我国分布式能源主要应用在天然气、太阳能、风能的冷热电三联供方面。随着我国的5G建设如火如荼地进行，5G移动通信技术性能指标的大幅提升，但是基站设备的用电功耗增长迅猛。单个5G基站系统的功耗（基站设备与天面功耗之和）为4G基站系统功耗的2～3倍，因此基站原有的供电系统面临极大的挑战。引入基于集中供电的分布式能源已是大势所趋，本文通过分析基于集中供电的分布式能源系统构架、各类能源的供能关系、能源管理系统实现的技术路线以及整体系统架构，最终实现能源的智能化管理和集中控制。

关键词：集中供电;分布式;能源管理

一、引言

分布式能源具有能源利用效率高等诸多优点，是能源技术的重要发展方向，已成为我国应对气候变化、保障能源安全的重要内容。目前我国分布式能源主要应用在天然气、太阳能、风能的冷热电三联供方面。随着我国的5G建设如火如荼地进行，5G移动通信技术性能指标的大幅提升，但是基站设备的用电功耗增长迅猛。单个5G基站系统的功耗（基站设备与天面功耗之和）为4G基站系统功耗的2～3倍，因此基站原有的供电系统面临极大的挑战。引入基于集中供电的分布式能源已是大势所趋，本文通过分析基于集中供电的分布式能源系统构架、各类能源的供能关系、能源管理系统实现的技术路线以及整体系统架构，最终实现能源的智能化管理和集中控制。

二、分布式能源的发展现状

国际分布式能源联盟WADE定义“分布式能源”由下列发电系统组成，而这些系统能够在消费地点或附近的地方发电：1）高效利用发电产生的废能来生产热和电的系统;2）具有现场端的可再生能源发电系统;3）包括利用现场废气、废热以及多余压差来发电的能源循环利用系统。这些系统不考虑规模、燃料、技术及系统是否联网等条件。十 方.什么是分布式能源[J].中外能源，2009，14（8）：10.

我国从上世纪90年代中期开始发展分布式能源，1998年1月1日起实施的《中华人民共和国节约能源法》第三十九条就明确指出“国家鼓励发展下列通用节能技术：发展热能梯级利用技术，热、电，冷联产技术，提高热能综合利用率”。

2011年10月13日，国家发改委公布了《关于发展天然气分布式能源的指导意见》，对天然气分布式能源发展的目标和扶持政策做出了规划。按照规划，“十二五”期间将建设1000个左右天然气分布式能源示范项目，并拟建设10个左右各类典型特征的分布式能源示范区域。

随着我国持续推进能源供给侧结构性改革，推动能源发展方式由粗放式向提质增效转变，电改9号文、《关于推进“互联网”+智慧能源发展的指导意见》、《能源技术创新行动计划（2016-2030年）》等一系列新政策的出台，都为分布式能源发展提供了强力的政策支持。

三、基于集中供电的分布式能源系统构架

（一）基于集中供电的分布式能源系统的电源形式

基于集中供电的分布式能源系统电源形式主要包括：高压或低压市电、光伏发电、风力发电以储能电池。相对于传统集中式供电方式而言，分布式能源系统将发电系统以小规模、小容量、模块化、分散式的方式布置在基站附近，可以弥补站点市电容量不足、市电停电、以及对集中供电的微电网进行应急供电。应根据所在区域内市电、风、光资源以及区域内的基站及拓展业务用电需求等各类能源需求，综合考虑多种能源稳定供给、能源综合利用效率、投资运行的经济性以及绿色环保的要求，合理配置各类电源和供能装置，优化组合。

（二）基于集中供电的分布式能源系统供能关系

基于集中供电的分布式能源的多样化、供电能力的差异以及负荷结构的多样化导致其内部各层次元素的不同和层次间联结关系的差异。基于集中供电的分布式能源系统供能关系见图一。能源输入主要由电网、风、光能源供应。储能电池除了存储多余的风、光发电能源外，还可以在电网波谷阶段进行充电，通过移峰填谷降低电网的高峰负荷，从中赚取峰谷电价差收益。

四、基于集中供电的分布式能源管理系统

（一）技术路线

1 借助5G+物联网技术实现系统级感知

在基于集中供电的分布式能源系统中，5G+物联网能有效解决分布式能源网络信息的过程化、精细化、快速化采集等问题。

通过5G广覆盖、大连接、低时延、超可靠实现在线实时监测，可以清楚地认识到不同客户、不同时段、不同终端设备等各个方面的能耗数值以及各分布式电源的能力值，通过这些基础数据，既准确认知了解能源需求和电源能力，又为能源管理提供了大数据支撑。

2 结合能耗管理系统实现节能经济分析

通过大数据分析实现能耗数据分类、分项统计，满足用能管理，实时监测耗能数据，通过能源政策、电价信息，实现电能交换、分布式能源调度、最终实现经济化的能源使用。

3利用智能优化调度技术实现负载均衡

分布式能源系统中的可调节变量比常规的电力系统更加丰富。在满足整个系统运行约束的前提下，通过调节各分布式能源的输出以及输入等变量，保证很好地利用可再生能源以及实现分布式能源系统的优化运行，其能量管理重点在于分布式能源系统接入带来的影响、分布式发电系统与常规发电系统的异同、整个系统各个单元的控制技术以及由多能互补能量管理系统的优化调度。

（二）基于集中供电的分布式电源管理体系架构

基于集中供电的分布式能源管理系统从整体架构上主要分为以下几个层面，如图二所示：

1分布式感知层：包含两部分内容，其一是供能侧能源设备和能源管网的基础数据、能源端口信息、设备运行状态、设备运行参数等;其二是需求侧的能耗数据，包括冷热计量、电能计量以及区域建筑信息等原始数据，并转换成便于分析的数据格式。

分布式感知层的建设包括：

基于物联网的各种计量装置：用来度量各种分类、分项能耗，包括电能表（含电量双向计量的智能电表、双向功率表、电压频率和相位以及波动监测仪表、分布式能源设备的温度、振动等设备状态指标监测仪表等。）计量装置具有智能接口，便于数据传送。

基于物联网的数据采集器：数据采集器是在一个集中供电区域内进行电能或其它能耗信息采集的设备。它通过信道对其管辖的各类表计的信息进行采集、处理和存储，并通过5G无线技术进行数据交换。

2網络层：需要依托5G的关键技术mMTC、uRLLC实现海量终端的接入和能源数据的安全传输。

3数据资源层：通过搭建数据中心，实现数据的实时存储，满足TB数量级的数据集中存储和数据分析处理。管理的数据主要包括：基础数据、资源数据、地理信息数据，能源管理数据、监控数据、能耗数据、报警数据以及其他数据等。

4业务应用层：业务应用层是系统建设的核心部分，包括能源分析系统、能源监控系统、能源管理系统、能源数据整合系统、系统综合优化系统。应用支撑子层提供数据存储、数据管理、权限管理和报表等服务。通过以上系统的建设和集成，实现能源集中展示、管理和控制。

5表现层：通过Web/移动APP服务的方式，以及GIS地图、图文报表等多种方式展现能源系统实时运行状态、参数、故障、告警以及能耗情况。

五、结语

随着5G+物联网技术的广泛应用，各行业通信水平都迈入高速、高可靠的时代。基于集中供电的分布式能源管理系统既是5G技术发展中5G基站建设最重要的能源保障，又是5G关键技术eMBB、URLLC、mMTC的受益者，两者互相促进、共同发展，最终确保整个行业都走上可持续发展道路。