智能微电网在建筑电力工程中的应用策略研究

张文龙 付 饶 袁 丁

国网徐州供电公司 江苏 徐州 221000

近年来，随着“碳达峰、碳中和”目标的提出，建筑都在向着“绿色+智能”的方向快速迈进，环保、节能、舒适是绿色建筑的主要目标。电力是建筑能源消耗的主要形式之一，建筑电力工程属于在建筑物内部或周围安装和运维电力设备和系统的技术领域，包括电力供应、分配、利用、保护等。智能微电网融合电力电子技术、分布式发电、分布式储能等技术于一体，可以充分利用多种新型能源，可独立或与传统配电网结合实现灵活供电。将智能微电网应用于建筑电力工程中，有助于实现建筑“碳中和”。

1 智能微电网在建筑电力工程中的应用意义和原则

1.1 应用意义

1.提高电力系统的安全可靠性

智能微电网可采用双电源、双回路设计，当一路电源发生故障时，另一路电源立即投入使用，确保建筑不间断供电。在传统配电网发生故障时，智能微电网通过暂时断开与传统配电网的连接，由分布式能源和储能系统独立为建筑供电，可以减少电力中断时间，提高供电系统的安全可靠性。

2.促进可再生能源利用

智能微电网可以灵活地接入各种可再生能源，如太阳能光电幕墙、光伏屋顶、风能等，发电高峰时段，不仅可以实现建筑电力自给自足，甚至可以对外供应剩余电能。此外，智能微电网还可以通过发、储、用多元互动，实现等效能源消耗“削峰填谷”，平衡电网负荷，提高可再生能源的利用率。

3.降低建筑电力工程的用能成本

智能微电网可以实现能源就地消纳，减少电力输送过程中的损耗。同时，智能微电网中的储能系统可以在低谷时段充电，高峰时段放电，最大化发挥分布式资源调节潜力，降低建筑电力负荷的峰谷差，进一步降低用能成本。

4.提高电力系统的运行质效

智能微电网通过先进的信息通信技术和智能控制策略，实现对建筑供用电系统的精细化管理。通过智能微电网与外部电网联动，获取外部电网的“等效碳排放”信息，若外部电网碳排放较高，则建筑内的智能微电网可以调整为从本地储能供电，从而不增加外部电网排碳负担。若周边其他建筑物存在电能缺额，智能微电网可以通过调整运行方式，实现“楼宇互济”等。此外，智能微电网还可以为建筑提供高质量的电力服务，满足建筑内各种设备的用电需求，提高建筑的品质和舒适度[1]。

1.2 应用原则

1.安全可靠性原则

智能微电网在建筑电力工程中的应用，首先要确保其安全可靠性。这意味着在设计和施工过程中，应充分考虑电力系统的稳定性、可靠性以及抗干扰能力，确保在各种突发情况下，电力系统能够正常运行。此外，应加强对电力设备的维护和管理，提高设备的使用寿命和运行效率，降低故障率。

2.节能环保原则

智能微电网在建筑电力工程中的应用，应充分体现节能环保的原则。通过采用高效节能的设备和技术，提高电力系统的能源利用率，降低能源消耗。同时，应积极推广可再生能源的利用，例如，太阳能、风能等，减少对化石能源的依赖，降低碳排放。

3.经济性原则

智能微电网在建筑电力工程中的应用，应考虑经济性原则。这意味着在设计和施工过程中，应充分考虑投资成本和运营成本，力求在满足电力需求的同时，降低综合成本。通过优化系统结构和设备配置，提高投资回报率，降低运营费用，从而实现经济性目标。

4.智能化原则

智能微电网在建筑电力工程中的应用，应实现智能化。通过采用先进的信息通信技术和智能控制策略，实现对电力系统的实时监控、分析和调度，提高电力系统的运行效率。同时，应加强对分布式能源和储能系统的协同控制，优化电力系统的运行状态，提高能源利用率[2]。

5.可扩展性原则

智能微电网在建筑电力工程中的应用，应具备良好的可扩展性。随着科技的进步和建筑电力工程需求的不断变化，智能微电网应能够适应这些变化，实现规模和技术的升级。通过模块化设计和标准化接口，提高系统的兼容性和互操作性，为未来的扩展和升级提供便利。

2 智能微电网在建筑电力工程中的应用策略

2.1 分布式发电资源的整合

分布式电源是指安装在用户端，接入35kV及以下电压等级电网，以就地消纳为主的电源，包括太阳能、风能、天然气、生物质能等多种能源形式。微电网可以作为分布式电源与传统配电网连接的桥梁，一方面，微电网可以整合多样化的分布式能源为各类建筑用电负荷提供柔性支撑；另一方面，微电网也可以帮助优化分布式能源的利用，使微电网内的终端用户利益最大化。同时，智能微电网可以与建筑物的节能措施相结合，实现绿色建筑的目标。例如，通过研制新技术新材料，将光伏发电单元以建筑材料的形式与楼宇等集成，实现光伏建筑一体化；通过能源管理系统对建筑物的用电负荷与分布式电源出力进行联合调节，降低用电成本[3]。

图1 楼宇微电网示例

2.2 电力负荷管理

随着社会经济的快速发展，我国建筑行业的电力消耗呈现出持续上升的态势。为了提高能源利用效率，电力负荷管理成为关键环节。电力负荷管理通过对建筑电力负荷的实时监测和分析，采取合理的用电策略，如分时电价、需求响应等，实现电力负荷的优化分配。

电力负荷管理的基础是实时监测和分析。通过对电力负荷的实时监测，可以获取详细的用电数据，为后续的负荷分析和管理提供依据。在实时监测的基础上，对建筑电力负荷进行深入分析，挖掘用电规律和潜在的节能措施。

电力负荷管理的关键在于采取合理的用电策略。分时电价是一种有效的用电策略，通过对不同用电时间的电价进行区分，引导用户合理调整用电时间，降低高峰时段的电力负荷。需求响应是另一种可选策略，通过拓展需求响应参与范围，对各类电力负荷特征进行建模和分析，鼓励各类具备响应能力的电力用户参与电网互动，这不仅有利于电网的运行和控制，而且能为用户提供更好的服务。

电力负荷管理的最终目标是实现电力负荷的优化分配。通过对微电网建模，结合负荷预测、分布式发电出力预测等，以网络损耗最小、供电可靠性最高、电能质量最优等为目标，进行多目标、多场景优化计算，获取最优供用电策略，可以实现建筑电力能源最优化利用。此外，电力负荷管理还可以与其他节能措施相结合，例如，优化建筑物的电气设计、采用高效电气设备、实施绿色建筑标准等，进一步提高能源利用效率。

2.3 储能系统的应用

由于分布式电源受天气、时间等因素影响较大，其发电量存在不确定性波动，多种分布式电源接入微电网后，其组合波动将会对微电网运行带来较大冲击。通过合理配置储能设备，将储能系统与分布式发电设备相结合，可以平抑功率波动，保证电力系统的稳定运行，实现清洁能源的高效利用。负荷高峰时段，储能通过放电来弥补分布式电源发电功率的不足；用电低谷时段，储能可以将分布式发电过剩的功率储存起来，减少能源浪费。首先，根据建筑物的用能需求和资源条件，选择合适的储能系统，例如，蓄电池、超级电容器、压缩空气储能等，需要考虑的因素包括储能容量、充放电速率、循环寿命、投资成本等。其次，优选对储能充放电功率、分布式发电功率、可调节负荷等的运行协调控制策略。例如，传统电网发生故障后，通过微电网运行协调控制策略，可以实现不同建筑之间的微网互济、协同运行；正常运行状态下，不同建筑、不同园区的分布式储能资源可以统一聚合为“虚拟电厂”，参与辅助服务市场（如频率调节、备用容量）等，为建筑电网提供稳定性服务，并获得相应的经济收益[4]。

2.4 智能监控与故障诊断

在智能微电网中，智能监控与故障诊断技术起着至关重要的作用。通过智能微电网的实时监控系统，可以对建筑电力系统进行故障诊断和预测，及时发现和处理电力故障，提高电力系统的可靠性和安全性。能量管理系统是智能微电网中的重要组成部分，可以通过各种传感器和监测设备对电力系统的运行状态进行实时监测和分析。这些传感器可以监测电力系统的电压、电流、频率、功率等参数，并将这些数据传输到微电网能量管理系统中进行分析和研判，并发出运行调节、控制指令。通过智能监控，可以及时发现电力系统中的异常情况，例如，短路、过载、漏电等，从而及时采取措施。通过对微电网运行态势的感知与估计，预测微电网中的潜在故障，提前采取措施进行预防和处理，避免电力故障的发生。故障发生后，通过对微电网的拓扑结构、实时数据等进行综合研判，可以精准定位故障点，从而及时采取措施进行修复。

2.5 智能化集成

随着科技的不断发展和进步，智能化集成已经成为现代建筑发展的趋势。智能微电网作为新型能源管理系统，与建筑物的其他智能化系统（例如，智能电器、智能家居等）相互配合，可以实现建筑物的智能化管理，提高建筑物的运行效率和管理水平。智能家居与智能微电网的互动需要依赖于智能APP、智能电表、智能感知等技术。通过智能电表采集和分析，可以得到家庭能源使用状况，同时将电能信息通过智能设备和APP等提供给微电网能源管理系统，可以实现功率动态控制和调整。同时，智能家电的远程控制和调节，也为电力用户自助式参与需求响应提供了远程管理手段[5]，如在分布式电源出力过剩时段，通过消息推送提示用户是否需要打开电热水器等。

2.6 能效优化

第一，电力质量优化。智能微电网可以对电力质量进行监测和分析，对电力质量进行优化，保证电力供应的稳定性和可靠性。例如，智能微电网可以通过灵活调节无功补偿装置，消除电压波动等电能质量问题。第二，能源管理优化。通过对建筑物的能源消耗进行监测和分析，实现能源管理的优化。智能微电网可以根据不同能源的特点，制定不同的能源管理策略，例如，在太阳能和风能等可再生能源充足的时候，优先使用可再生能源，以降低能源成本和减少碳排放。第三，运行方式优化。根据不同场景和需求，对传统配电网、微电网运行方式进行联合优化，以分布式发电功率的近区消纳、最大化消纳为目标，在满足电力潮流约束、储能容量约束等条件下，对配电网、微电网运行方式进行优化计算。

2.7 建筑设计与施工运维

一方面，在建筑设计阶段，将智能微电网纳入考虑，可以实现绿色、智能建筑设计。智能微电网可以将分布式能源、分布式储能、智能监控等技术与建筑电力工程相结合，实现对建筑电力系统的优化配置和能源管理。例如，可以根据建筑物自身的地理位置、结构形态、自然资源条件、使用需求等进行综合考量，进行独立形式或并网形式的光伏发电微网设计，将太阳辐照能量转变为建筑内部可以使用的电力。另外一方面，在建筑施工过程中，严格按照相关标准和规范，确保智能微电网各项设施的安装质量和施工安全。此外，在智能微电网的运行维护管理方面，需要制定科学的运行维护计划，加强对微电网的实时监测和分析，及时发现和处理问题，保证微电网的稳定性和可靠性[6]。通过对智能微电网运行数据的综合推演，可以为建筑电力工程决策提供依据，帮助决策者制定更加合理和有效的电力设施规划改造方案。

3 结语

综上所述，智能微电网在建筑电力工程中的应用具有重要的意义，有利于提高电力系统的安全可靠性、促进可再生能源的利用、降低建筑电力工程的运行成本、提高电力系统的运行效率以及实现绿色建筑的目标。随着智能微电网技术的不断发展和完善，相信其在建筑电力工程中的应用将越来越广泛。智能微电网在建筑电力工程中的应用原则包括安全可靠性原则、节能环保原则、经济性原则、智能化原则和可扩展性原则。遵循这些原则，可以确保智能微电网在建筑电力工程中的高效运行，为建筑提供优质、可靠的电力服务。智能微电网在建筑电力工程中的深入应用，有助于推动建筑节能减排，提高能源利用效率，实现零碳建筑和智能建筑的发展目标。