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极简科普 | 嵌入式EMS:流水线生产微电网
极简科普 | 嵌入式EMS:流水线生产微电网
发布:2023-04-09

近130余年来(1880-2012),全球平均地表温度上升了0.85摄氏度,同时北极海冰的面积在以每十年3.5~4.1%的速率减少,仅1901年到2010年全球的海平面上升0.19m。人类愈发意识到,人类活动已经对气候和生态环境产生不可逆的影响,且最终会影响到人类自身。


温室效应的连锁反应


各国政要和科学家们终于达成一致

——开始减碳!


世界主要国家的碳中和承诺时间


这次减碳,我们国家是认真的。2020年我国宣布2030年碳达峰、2060年碳中和,以现状每年160亿吨的二氧化碳排放量(约占全世界的1/3),这意味着:我国将实现全球最高碳排放降幅,以全球历史上最短时间实现双碳。

中国碳排放占比示意图

据测算,我国能源活动相关碳排放占比达到85.5%其中50%以上来源于电力生产消费。为加速破解这一困局,过去10年,我们国家大力支持可再生能源发展,到目前为止,我国可再生能源装机量已经占了全球的三分之一,同时用于可再生能源的投资已连续七年居全球第一,另外,全球50%的风电、80%的光伏设备组件来自我国。

中国减碳目标

为我国可再生能源快速发展感到自豪的同时,也碰到了一些困难。最直观碰到的就是:大量分布式可再生能源的接入,对传统配电网的安全、高效运行提出了更高的要求。

这时,大家纷纷把目光又投向了“微电网”。

微电网示意图

微电网是一种高效利用分布式可再生能源的有效形式。早在1882年,爱迪生在纽约珍珠街建成一座独立的、由燃煤蒸汽发动机驱动的发电厂,世界上第一个微电网诞生了,直到1886年,爱迪生建立了58个直流电微电网,但只能提供小规模的局部供电和配电。

不久后,因为电力服务行业成为国家监管的垄断市场,微电网发展动力渐弱。

直到1999年,美国电力可靠性技术解决方案学会(CERTS)首次对微电网在可靠性、经济型及其对环境的影响方面进行了研究。

随后,欧盟、美国等发达国家都开展了微电网的试点项目,例如EU Microgrids、智能电网等项目。

我国微电网发展的开端在2010年。中国国家科技部通过了《国家高科技研究发展计划(863)》立项了近十个有关微电网方面的研究课题。到了2015年,国家能源局发布了《关于推进新能源微电网示范项目建设的指导意见》,又在2017年,国家发改委、国家能源局联合发布《推进并网型电网建设试型办法》,促进微电网健康有序发展。

经过20+年的发展,独立微电网技术已经相对成熟。微电网不仅能够提供稳定的电力供应,实现电力能源的再利用和多种能源形式的供给,还能调节用电平衡,实现需求侧管理, 有效降低用户用电成本,已经具备为独立海岛、特殊重点用户、园区、企业、商业区域、居民等多种类型用户和场景供电的能力。

未来,配电网也将会一种“常见的网架形态”,和传统的大电网协同共生、融合发展。其中,微电网的“智能控制平台”是与大电网和谐共生的“必备条件”。

传统的微电网智能控制平台建设依旧存在很多困难。例如需要针对每一个微电网进行个性化开发,不仅需要制定针对性控制策略,还要开发个性化的平台界面,每一个基础工程都必须实现从0到1的反复,开发周期长,后续运维也需要投入专业的编程人员。此外,传统微电网与电网之间的互动由调度集中控制实现,随着微电网数量的增多,可能出现集中式调度的负担较大、扩展灵活性不足、可靠性不足等问题。

——换句话说,传统的微电网智能控制平台建设就好比“手工作坊”,传统的微电网运行就好比“唯一总店直销”。

微电网示意图

针对上述的问题,极简物控推出嵌入式EMS。极简物控的嵌入式EMS是目前市面上核心的微电网能量管理产品化方案之一让微电网智能控制平台建设实现快速复刻,由“手工作坊”变成“流水线工厂”,让微电网运行由“集中式控制”变成“分层分区控制”,好比由“总店直销”变成“经销商分销”

首先,针对个性化开发难度大、时间长问题:

一方面,嵌入式EMS支持低代码控制。嵌入式EMS采用先进的组态控制技术,仅需配置“测点配置”、“通道配置”、“策略配置”等3个excel文件,即可实现目标控制策略,让控制策略变得像“搭积木”一样简单;此外,如果一旦被控设备种类、性能发生变化,也仅需对excel文件进行简单的修改与调整,即可让控制策略灵活满足用户需求。

另一方面,嵌入式EMS更加“灵活专业”。嵌入式EMS具备能源管理的各种高级应用功能,包括自定义监控、自定义报表、自定义看板、自定义计划、自定义告警、自定义权限等,通过高度灵活的自定义功能,用户能够个性化定制控制平台,灵活满足几乎所有场景的控制需求,有效避开了传统从0->1的基础开发。

南麂岛微电网工程

其次,针对集中控制负担大、灵活性差、可靠性不足的问题:

一方面,嵌入式EMS软硬件高度集成。嵌入式EMS将控制器、协同控制系统集成于不足0.002m3的硬件中,不仅能够跳过设备协同的繁琐步骤,而且能够轻松部署于台区终端、控制柜、开关柜等设备空间中,能够以最快速度搭建微电网智能大脑,真正实现即插即用

另一方面,嵌入式EMS支持分层控制架构,包括就地控制、集中控制、远程控制。就地控制层能够快速平抑系统波动,恢复稳定供电集中控制层负责微电网最优运行控制,具备边缘计算、边缘互联、云边协同能力,保障微电网的稳定性和经济性;远程控制层为实现区域能源综合利用效率的最大化提供支持,负责实现对特定应用,包括需求侧响应、光伏发电分析、储能运行分析、负荷管理、优化运行和经济最优控制等功能。

微电网分层分区控制架构

可以说,嵌入式EMS为“微电网高质量流水线生产”提供了更加“低成本、高效率”的实现途径,不仅大幅度降低了微电网智能控制平台的开发建设成本,也让后期微电网的运行维护更灵活轻巧,微电网的控制更加智能全面。同时,随着微电网数量不断增加,受益于嵌入式EMS是产品化的解决方案,微电网群的建设边际成本会进一步降低,为微电网规模化的建设提供了一种新的思路。