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導(dǎo)語
在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，發(fā)電、電網(wǎng)和用戶構(gòu)成了一個(gè)以源隨荷動(dòng)為核心的調(diào)節(jié)體系。隨著新能源和彈性資源的融入，這一體系正向著清潔低碳、安全充裕、經(jīng)濟(jì)高效、供需協(xié)同、靈活智能的新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。這種轉(zhuǎn)變不僅催生了源荷互動(dòng)的新范式，還推動(dòng)了用戶側(cè)電力系統(tǒng)的演進(jìn)，使其形成一種具備自我發(fā)電及能源儲(chǔ)存等資源配置的新型能源供需結(jié)構(gòu)。
本文旨在探討在源荷互動(dòng)趨勢(shì)下，用戶側(cè)電力系統(tǒng)如何通過采納微電網(wǎng)的業(yè)務(wù)和技術(shù)形態(tài)，實(shí)現(xiàn)更高效、可靠的能源管理和服務(wù)，以便更好地滿足用戶側(cè)電力系統(tǒng)對(duì)可靠性、高效性、經(jīng)濟(jì)性和低碳性的要求。
源荷互動(dòng)的必然趨勢(shì)與挑戰(zhàn)
隨著碳達(dá)峰、碳中和進(jìn)程加快推進(jìn)，新能源開發(fā)集中式與分布式并舉，電能替代的廣度和深度不斷拓展，電力負(fù)荷持續(xù)增長。用戶側(cè)電力系統(tǒng)中的可調(diào)負(fù)荷、電動(dòng)汽車、分布式光伏等新要素進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展階段，為新型電力系統(tǒng)發(fā)展提供了重要支撐。用戶不再只是能源的被動(dòng)接受者，也正逐漸變成能源管理的積極參與者。
大量分布式發(fā)電接入所帶來的波動(dòng)性和間歇性，疊加用戶側(cè)如充電樁及儲(chǔ)能等高負(fù)荷用電設(shè)備引發(fā)的負(fù)荷曲線特性變化，使得電力系統(tǒng)的運(yùn)行模式更加復(fù)雜。傳統(tǒng)用戶側(cè)運(yùn)行管理是將預(yù)設(shè)的規(guī)則和人工操作相結(jié)合，只能控制配電網(wǎng)中負(fù)責(zé)電能傳輸和分配的部分一次設(shè)備，難以應(yīng)對(duì)新形勢(shì)下復(fù)雜的運(yùn)行調(diào)控需求。
目前的需求響應(yīng)方式由于響應(yīng)速度較慢，無法及時(shí)有效地平衡供需關(guān)系。導(dǎo)致在緊急情況下電網(wǎng)運(yùn)行仍然面臨風(fēng)險(xiǎn)，無法迅速調(diào)整局部運(yùn)行模式以匹配實(shí)時(shí)供需。
隨著我國電力市場建設(shè)進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，以分布式光伏、分散式風(fēng)電、儲(chǔ)能等分布式電源和可調(diào)節(jié)負(fù)荷為代表的單一技術(shù)類新型經(jīng)營主體，也需要一個(gè)更加靈活、能夠快速響應(yīng)市場價(jià)格信號(hào)的源荷互動(dòng)機(jī)制，幫助降低系統(tǒng)整體的運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)技術(shù)價(jià)值最大化。
源荷互動(dòng)正是在業(yè)態(tài)發(fā)展、技術(shù)進(jìn)階、市場升級(jí)的多重融合背景下應(yīng)運(yùn)而生，它強(qiáng)調(diào)電力系統(tǒng)中發(fā)電資源和用戶負(fù)荷協(xié)同參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)和動(dòng)態(tài)平衡。通過數(shù)字化技術(shù)和智能化設(shè)備實(shí)現(xiàn)能源使用的精細(xì)化管理、對(duì)市場價(jià)格信號(hào)和供需變化的靈活響應(yīng)，從而提高能源使用的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性。
源荷互動(dòng)在實(shí)現(xiàn)過程中，面臨四個(gè)核心技術(shù)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)，這些技術(shù)挑戰(zhàn)既相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)，是構(gòu)建源荷互動(dòng)技術(shù)體系所必須突破的瓶頸：
（一）能源供給形態(tài)日益多元化
在應(yīng)對(duì)新能源帶來挑戰(zhàn)的同時(shí)，多種能源形式（如電、熱、冷、氫）在用戶側(cè)的發(fā)展進(jìn)程也在加快。需要深入研究多能間的耦合與協(xié)調(diào)，平衡不同能源的互補(bǔ)性，保障供應(yīng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。
（二）用戶側(cè)資源難以有效調(diào)控
源荷互動(dòng)系統(tǒng)的整體運(yùn)行要求對(duì)用戶側(cè)多種資源進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)節(jié)和控制，既要滿足調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，又要考慮資源的技術(shù)特性、響應(yīng)能力、控制方式和通信協(xié)議的較大差異。
（三）支撐智能調(diào)度的數(shù)據(jù)處理方法欠缺
源荷互動(dòng)的調(diào)度決策依賴海量實(shí)時(shí)采集和處理的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來源廣泛且更新頻率快，多源異構(gòu)的復(fù)雜特性對(duì)數(shù)據(jù)處理方法提出了高要求。僅依靠人工方法難以平衡計(jì)算精度和響應(yīng)速度，需要開發(fā)基于人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的智能調(diào)度算法，實(shí)現(xiàn)策略的自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力。
（四）系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)不斷加大
用戶側(cè)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)顯著提升。需要引入新技術(shù)保障設(shè)備的安全運(yùn)行，且提供故障定位、隔離和快速恢復(fù)的能力。同時(shí)大量IT設(shè)施的接入也帶來新的信息安全挑戰(zhàn)，需要建立多層級(jí)的安全防護(hù)體系。
面對(duì)這些技術(shù)挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的用戶側(cè)電力系統(tǒng)迫切需要向更智能化的形態(tài)演進(jìn)。智能微電網(wǎng)以新能源為主要電源，具備一定的智能調(diào)節(jié)和自平衡能力，平時(shí)不僅可獨(dú)立運(yùn)行也可與大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。能在源荷互動(dòng)的復(fù)雜情境下，尤其是應(yīng)對(duì)新能源波動(dòng)、契合用戶側(cè)需求變化以及強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)安全等方面發(fā)揮積極效能，從而為源荷互動(dòng)的高效實(shí)現(xiàn)開辟新徑。
微電網(wǎng)形態(tài)對(duì)源荷互動(dòng)的賦能
微電網(wǎng)作為一種先進(jìn)的配電系統(tǒng)組織形態(tài)，在傳統(tǒng)配電網(wǎng)管理功能基礎(chǔ)上升級(jí)拓展，可以有效應(yīng)對(duì)新形勢(shì)下的各類挑戰(zhàn)，為源荷互動(dòng)提供多維度的技術(shù)支撐：
（一）多源適應(yīng)管理
以電力系統(tǒng)為核心，統(tǒng)籌管理分布式電源、儲(chǔ)能設(shè)備和可調(diào)節(jié)負(fù)荷，通過實(shí)時(shí)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和先進(jìn)電力電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各種電源的無縫接入。建立分級(jí)分層的管理體系，實(shí)現(xiàn)不同電源的動(dòng)態(tài)優(yōu)化組合，提升整體利用效率。應(yīng)預(yù)留其他能源形式（冷、熱、氫）的轉(zhuǎn)換接口，為未來多能互補(bǔ)奠定基礎(chǔ)。
（二）調(diào)控與負(fù)荷管理
具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、邊緣計(jì)算與云端優(yōu)化相結(jié)合的能力，實(shí)現(xiàn)圖模、數(shù)模一體化分析；提供實(shí)時(shí)的調(diào)度建議和動(dòng)態(tài)調(diào)整調(diào)度策略；整合生產(chǎn)信息系統(tǒng)和天氣預(yù)測(cè)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)調(diào)整用電設(shè)備的運(yùn)行模式，基于電價(jià)信號(hào)和電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行智能化用電優(yōu)化，提升用戶行為的響應(yīng)能力。
（三）自愈與安全保護(hù)
在外部電網(wǎng)故障時(shí)通過分布式潮流調(diào)整和多路徑備用電源切換，優(yōu)先保障關(guān)鍵負(fù)荷的供電穩(wěn)定；在內(nèi)部故障時(shí)提供智能檢測(cè)和定位能力，能夠快速隔離故障區(qū)域并重構(gòu)系統(tǒng)拓?fù)?。依靠分布式架?gòu)，微電網(wǎng)不僅增強(qiáng)了局部自愈能力，還顯著提升了網(wǎng)絡(luò)安全性和抗擾性。
微電網(wǎng)通過多源適應(yīng)管理、智能調(diào)控和自愈保護(hù)等核心能力，為源荷互動(dòng)提供了多方位的技術(shù)支撐?？梢詭椭鷮?shí)現(xiàn)能源的優(yōu)化配置和高效利用，為用戶側(cè)電力系統(tǒng)帶來更高的靈活性和可靠性。然而，要充分發(fā)揮微電網(wǎng)在源荷互動(dòng)中的賦能作用，還需結(jié)合具體應(yīng)用場景的實(shí)際需求，分階段推進(jìn)建設(shè)內(nèi)容。
如何建設(shè)用戶微電網(wǎng)
在實(shí)際建設(shè)用戶微電網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)需要因地制宜、分類施策，根據(jù)不同類型用戶（工業(yè)園區(qū)、商業(yè)綜合體、居民社區(qū)等）在負(fù)荷特性、用能模式和運(yùn)營管理等方面的實(shí)際需求制定差異化建設(shè)方案。通過總結(jié)國內(nèi)典型微電網(wǎng)項(xiàng)目的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，建議采用“規(guī)劃設(shè)計(jì)－分步實(shí)施－持續(xù)優(yōu)化”的建設(shè)思路，逐步推進(jìn)項(xiàng)目的改造、升級(jí)和優(yōu)化等各項(xiàng)工作。項(xiàng)目建設(shè)單位可以在項(xiàng)目生命周期中引入以下關(guān)鍵要素：
（一）系統(tǒng)規(guī)劃與仿真分析
引入《GB/T42731-2023微電網(wǎng)技術(shù)要求》《NB/T10148-2019微電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》《GB/T51341-2018微電網(wǎng)工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等一系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，開展系統(tǒng)整體規(guī)劃。
對(duì)負(fù)荷需求、發(fā)電資源情況進(jìn)行分析，初步確定系統(tǒng)架構(gòu)，建立微電網(wǎng)仿真模型。對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)特性進(jìn)行驗(yàn)證分析，評(píng)估網(wǎng)架多模式運(yùn)行的承載穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性；優(yōu)化網(wǎng)架拓?fù)洳季帧⒖茖W(xué)補(bǔ)強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)，支持多電源的無縫接入；完成潮流及短路電流等基礎(chǔ)計(jì)算分析，補(bǔ)充繼保與安自系統(tǒng)的可靠性計(jì)算分析。
（二）基礎(chǔ)設(shè)備選型優(yōu)化
優(yōu)化電力一二次設(shè)備選型與配置方案，提升系統(tǒng)對(duì)新能源出力波動(dòng)以及負(fù)荷變化潮流的靈活調(diào)控能力。在設(shè)備選型時(shí)考慮支持多種能源輸入（光、風(fēng)、燃?xì)?、氫）、多種微電源類型（同步、異步、燃料電池）、多種交/直流功率變換、多種運(yùn)行狀態(tài)（并網(wǎng)，離網(wǎng)）的設(shè)備。
對(duì)于一次設(shè)備，優(yōu)先選擇具備靈活并網(wǎng)能力的，比如儲(chǔ)能變換器及直流柔性互聯(lián)設(shè)備等；對(duì)于二次設(shè)備，選擇對(duì)暫態(tài)過程的應(yīng)變能力強(qiáng)的，其重點(diǎn)是可以提供雙向過流保護(hù)、低電壓穿越、頻率保護(hù)和孤島保護(hù)等保護(hù)功能；配置故障自愈控制策略，可以常態(tài)化監(jiān)測(cè)運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)故障快速隔離和系統(tǒng)重構(gòu)。
（三）智能感知與數(shù)據(jù)管理基礎(chǔ)建設(shè)
由于設(shè)備電力電子化特征明顯，故障時(shí)間尺度進(jìn)一步縮短，對(duì)安全控制的響應(yīng)速度要求進(jìn)一步提高。因此需要設(shè)計(jì)低延遲網(wǎng)絡(luò)通信和組網(wǎng)方案，在通信規(guī)約上，支持實(shí)時(shí)監(jiān)控和周期采集兩套模式，靈活適應(yīng)不同維度的運(yùn)行數(shù)據(jù)需求，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)分析；在數(shù)據(jù)管理方面，實(shí)現(xiàn)數(shù)模一體化的動(dòng)態(tài)模型管理，并支持圖形化展示和編輯。
（四）云邊協(xié)作的智能協(xié)調(diào)體系構(gòu)建
在邊緣端部署實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)算法執(zhí)行模塊，以“自動(dòng)化保護(hù)控制”方式構(gòu)建可靠的邊緣協(xié)調(diào)運(yùn)行單元，實(shí)現(xiàn)就地的快速控制。在云端與邊緣端之間建立調(diào)控算法更新機(jī)制，并在啟動(dòng)新協(xié)調(diào)算法時(shí)做好安全校核和數(shù)據(jù)邊界與物理邊界的分區(qū)。需對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)故障隔離、自愈、負(fù)荷轉(zhuǎn)供、并離網(wǎng)控制的執(zhí)行過程進(jìn)行緊密協(xié)調(diào)與精細(xì)化管控。
（五）運(yùn)營管理體系完善
引入電網(wǎng)安全運(yùn)行的管理機(jī)制，建立專業(yè)化的能源管理組織架構(gòu)，制定運(yùn)行維護(hù)規(guī)程和應(yīng)急處置流程。構(gòu)建包括值班、運(yùn)維和數(shù)據(jù)分析的完善運(yùn)營體系。使用數(shù)字化系統(tǒng)結(jié)合電價(jià)信號(hào)和電網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過負(fù)荷優(yōu)化、需求響應(yīng)和市場化交易等手段，提升運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性和系統(tǒng)資源效率。
結(jié)語
在源荷互動(dòng)趨勢(shì)引領(lǐng)下，建設(shè)用戶微電網(wǎng)是由技術(shù)進(jìn)步和市場需求共同推動(dòng)的重要變革之一。以新能源為代表的電力領(lǐng)域新型經(jīng)營主體，通過創(chuàng)新的商業(yè)模式和服務(wù)體系推動(dòng)微電網(wǎng)從技術(shù)概念走向項(xiàng)目實(shí)踐。不僅催生了電力系統(tǒng)改造所需的一二次設(shè)備的市場空間，同時(shí)也激發(fā)了支撐微電網(wǎng)運(yùn)營的先進(jìn)數(shù)字化解決方案的需求。伴隨這一進(jìn)程，相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)將持續(xù)優(yōu)化并趨于成熟，最終成為未來新建項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)配置。
在新型電力系統(tǒng)框架內(nèi)，用戶微電網(wǎng)與主網(wǎng)之間將緊密協(xié)作、安全互動(dòng)、可靠協(xié)同，共同構(gòu)筑起新型電力系統(tǒng)的有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)源荷高效互動(dòng)。未來，用戶微電網(wǎng)的協(xié)調(diào)管理機(jī)制有望擴(kuò)展到交通領(lǐng)域的彈性源荷單元管理及工業(yè)領(lǐng)域的余熱利用等多種場景，實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域的融合與互動(dòng)。
