國家電投上海能源科技發(fā)展有限公司新能源發(fā)電分公司 張阿鋒

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、分布式發(fā)電供能技術(shù)、電化學儲能技術(shù)、電動汽車充電技術(shù)，以及能源系統(tǒng)監(jiān)視、控制和管理技術(shù)與新的能源交易方式的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，引發(fā)了能源系統(tǒng)的深刻變革。電力是多種能源系統(tǒng)之間建立聯(lián)系重要紐帶，在新一輪的工業(yè)革命中將扮演舉足輕重的角色，變電站作為電力傳輸與變換過程中的重要樞紐，站內(nèi)擁有土地、電力、通訊等多維資源可以挖掘利用。國家電網(wǎng)公司洞察到電網(wǎng)企業(yè)在能源變革中的微妙變化，加快構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)新業(yè)態(tài)，為公司持續(xù)發(fā)展注入新動能，提出探索利用變電站資源建設(shè)運營充換電（儲能）站和數(shù)據(jù)中心站的新模式，即開展以變電站為基礎(chǔ)的“多站融合”工作。

多站融合建設(shè)指利用變電站多維資源開展多要素融合建設(shè)，實現(xiàn)“三流合一”的變電站全新發(fā)展建設(shè)模式，融通發(fā)展方面實現(xiàn)建筑、電源、通訊、數(shù)據(jù)、服務(wù)的全面融合。按照因地、因站、因需規(guī)劃建設(shè)，先示范再推廣，確保收益的情況下持續(xù)內(nèi)部造血，促進良性循環(huán)。多站融合建設(shè)概念由國網(wǎng)提出，但多站融合建設(shè)模式的實現(xiàn)需要突破能源流、信息流、業(yè)務(wù)流以及價值流的一些列難題，本文針對多站融合建設(shè)過程中不同層面的問題開展研究，提出依托變電站開展多站融合建設(shè)的全新模式和技術(shù)方案。

1 多站多要素多維度融合分析

傳統(tǒng)建設(shè)模式下，變電站是電力交換的樞紐中心；儲能站是電能存儲的重要方式；充換電站是充電服務(wù)的電動車輛的加油站；數(shù)據(jù)中心是信息存儲、交互、計算的網(wǎng)絡(luò)大腦。傳統(tǒng)變電站僅作為電力傳輸、電壓變換樞紐中心，信息僅面向電力系統(tǒng)內(nèi)部開放，對外表現(xiàn)為信息孤島。其他各個系統(tǒng)都同時涉及到電力供應(yīng)、信息處理、網(wǎng)絡(luò)連接等方面，但是相互之間缺少深度交互，均處于孤島運行狀態(tài)。

多站融合建設(shè)的核心，是利用變電站多維資源開展“變電站+”模式新站規(guī)劃建設(shè)或者老站改造。通過多站融合很好的解決了以上矛盾點，實現(xiàn)了“能源流、信息流、業(yè)務(wù)流、價值流”多流合一，可以面向公眾社會提供數(shù)據(jù)、信息、充電、應(yīng)急支撐等多種服務(wù)，實現(xiàn)了增量業(yè)務(wù)拓展與業(yè)態(tài)價值創(chuàng)新共享。

通過多站融合建設(shè)，充分利用變電站所在地太陽能等可再生資源，實現(xiàn)新能源發(fā)電就地消納，降低變電站站用電能耗水平，利用變電站便捷電力接口資源開展充電站、儲能站建設(shè)，提高電力資產(chǎn)利用率，利用變電站限值土地資源，開展數(shù)據(jù)中心站、5G基站、北斗基站，提供除電力供應(yīng)服務(wù)外的多維服務(wù)。依托數(shù)據(jù)中心軟硬件資源構(gòu)建涵蓋源、網(wǎng)、荷、儲的區(qū)域能源管控系統(tǒng)，推進電力信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)的高效集成與智能化調(diào)控，提高電網(wǎng)運行的質(zhì)量和穩(wěn)定性，實現(xiàn)電網(wǎng)智能運行與管理。

多站多維度融合主要體現(xiàn)在以下方面：

建筑融合。依托變電站屋面建設(shè)屋頂光伏、5G基站、北斗基站，利用外場地、室內(nèi)空間建設(shè)數(shù)據(jù)中心、儲能、充（換）電站，利用數(shù)據(jù)中心IDC機柜資源部署5G基站室內(nèi)設(shè)備。多站融合建設(shè)模式下建筑融合建設(shè)充分利用了變電站閑置土地及空間資源，提高了資源利用率；電源融合。利用變電站高可靠性電力接口資源實現(xiàn)了儲能、充換電、光伏等能源測設(shè)施的深度融合，同時通過配置儲能系統(tǒng)還可以5G基站、北斗基站等智慧用能設(shè)施提供備用應(yīng)急電源。電源融合建設(shè)實現(xiàn)了功率聯(lián)合調(diào)度、互動響應(yīng)、清潔能源消納的同時，有效緩解大功率充電造成的用電高峰對變電站的影響，并且保證了智慧用能設(shè)施的高可靠性供電。

通信融合。通過部署5G基站，利用5G大帶寬、低延時和大連接的特性，為來來智慧變電站全息感知、泛在物聯(lián)等設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測信息提供信息傳輸通道，實現(xiàn)區(qū)域能源用能監(jiān)測信息、聯(lián)合調(diào)控信息、需求響應(yīng)信息的快速傳輸；數(shù)據(jù)融合。利用數(shù)據(jù)中心站和5G基站，對電力公司內(nèi)部實現(xiàn)站內(nèi)設(shè)備、能耗及安防等信息的統(tǒng)籌監(jiān)控與管理。對電力公司外部可以實現(xiàn)能源數(shù)據(jù)的整合分析，數(shù)據(jù)價值挖掘，提供能源信息增值服務(wù)；服務(wù)融合。在多站融合站址、配電和通信等資源的共享共用基礎(chǔ)上，面向社會及公眾提供便捷充換電服務(wù)、精準定位服務(wù)、信息通信服務(wù)、數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)服務(wù)、云服務(wù)及邊緣計算等服務(wù)，拓寬能源設(shè)施及信息服務(wù)渠道、創(chuàng)建能源共享互濟新業(yè)態(tài)。

2 多站融合應(yīng)用場景分析

國內(nèi)變電站建設(shè)模式、分布區(qū)位、資源稟賦、服務(wù)對象等都存在較大的差異性，因此多站融合集散也存在多種不同的應(yīng)用場景。多站融合的規(guī)劃、建設(shè)和運營須充分考慮經(jīng)濟性因素，在需求明確的基礎(chǔ)上進行項目規(guī)劃立項，適度考慮項目的前瞻性，充分考慮本地資源稟賦、區(qū)位特征和與外部的協(xié)同關(guān)系，利用既有條件因地制宜地開展建設(shè)，確保多站融合建設(shè)不對原有電網(wǎng)的安全穩(wěn)定帶來附加隱患的前提下，充分釋放站址資源、配電資源和通信資源實現(xiàn)共享共用，形成價值共創(chuàng)、利益共享、發(fā)展可持續(xù)的多維生態(tài)化體系。

根據(jù)應(yīng)用場景差異，總結(jié)出以下八類的多站融合典型應(yīng)用場景：以分散數(shù)據(jù)中心為核心的信息融合型變電站；以電網(wǎng)側(cè)儲能站為核心的清潔消納型變電站；以區(qū)域能源管控為核心的分層調(diào)控型變電站；以互動體驗觀展為核心的服務(wù)創(chuàng)新型變電站；以大型數(shù)據(jù)中心為核心的資源共享型變電站；以綜合能源供應(yīng)為核心的多能聯(lián)供型變電站；以便捷充電服務(wù)為核心的一站多能型變電站；以能效優(yōu)化提升為核心的環(huán)境友好型變電站。

2.1 以邊緣數(shù)據(jù)中心為核心的信息融合型變電站

在土地資源緊張的城市核心區(qū)域，220kV及以下變電站設(shè)備布置緊湊，一般采用全戶內(nèi)模式或者地下模式建設(shè)，可以利用有限的土地資源建設(shè)預(yù)裝式分散型數(shù)據(jù)中心站，以泛在開放的信息通信網(wǎng)為基礎(chǔ)，建設(shè)以云化虛擬資源為基礎(chǔ)的云化數(shù)據(jù)中心邊緣節(jié)點，以分散邊緣數(shù)據(jù)中心為核心構(gòu)建信息融合型變電站。

按照服務(wù)低碳智慧園區(qū)、保障能源高效可靠運行的思路進行總體設(shè)計，以泛在開放的信息通信網(wǎng)為基礎(chǔ)，以清潔能源互聯(lián)消納和低碳高效用能終端為主線，以云計算、大數(shù)據(jù)以及移動互聯(lián)為主要技術(shù)支撐，創(chuàng)新電力企業(yè)服務(wù)手段，利用電力企業(yè)數(shù)據(jù)資源優(yōu)勢引入互聯(lián)網(wǎng)思維，面向政府、企業(yè)、居民提供全方位的智能化的信息服務(wù)。

2.2 以大型數(shù)據(jù)中心為核心的資源共享型變電站

在土地資源相對寬松的城市郊區(qū)，建設(shè)以大型數(shù)據(jù)中心站為核心的資源共享型變電站。大型數(shù)據(jù)中心站內(nèi)部軟硬件資源進行合理劃分與安全隔離后，一小部分用于完成變電站運行管理、區(qū)域能源管控等未來泛在電力物聯(lián)網(wǎng)云化節(jié)點支撐，其中大部分軟硬件資源用于面向公眾、企業(yè)提供服務(wù)器托管、場地租賃、數(shù)據(jù)信息服務(wù)等功能。

大型數(shù)據(jù)中心站的建設(shè)模式優(yōu)先考慮采用永久建筑模式，在建筑物內(nèi)部根據(jù)數(shù)據(jù)中心規(guī)模進行功能分區(qū)，設(shè)置輔助設(shè)備功能區(qū)，IT設(shè)備功能區(qū)，辦公區(qū)等相關(guān)區(qū)域。大型數(shù)據(jù)中心主要承載數(shù)字城市的高性能計算需求，應(yīng)以數(shù)字城市應(yīng)用為導(dǎo)向，應(yīng)結(jié)合數(shù)字城市的需要，形成融合云計算、邊緣計算、超級計算為一體化的城市計算能力。通過對區(qū)域用能數(shù)據(jù)的采集和深度挖掘面向政府、企業(yè)、個人等不同對象提供專業(yè)化的能源信息增值服務(wù)，增加電力企業(yè)業(yè)務(wù)拓展模式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。

2.3 以電網(wǎng)側(cè)儲能站為核心的清潔消納型變電站

在西部新能源發(fā)電并網(wǎng)變電站節(jié)點、或東部負荷中心變電站節(jié)點，和變電站一體化建設(shè)大型儲能電站，通過儲能系統(tǒng)的功率控制與聯(lián)合調(diào)度，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)光伏發(fā)電、風力發(fā)電系統(tǒng)的最大化消納，最大限度降低棄風、棄光等現(xiàn)象的發(fā)生，保證區(qū)域電網(wǎng)的運行穩(wěn)定。在東部負荷中心，可降低電力用高峰需求，實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)峰功能，在用電緊張的情況下，通過儲能電池的削峰填谷運行緩解線路增容壓力。

儲能電站建設(shè)用地可以和新建變電站用地一體化規(guī)劃，也可以利用戶外開放式變電站進行室內(nèi)建設(shè)模式緊湊化改造之后釋放出的室外空間進行建設(shè)，儲能電站的建設(shè)規(guī)模在考慮建筑用地空間基礎(chǔ)上，綜合考慮區(qū)域電網(wǎng)功率調(diào)峰調(diào)頻需求后確定，兼顧項目經(jīng)濟收益。

2.4 以綜合能源供應(yīng)為核心的多能聯(lián)供型變電站

在大型工業(yè)園區(qū)降壓變電站的基礎(chǔ)上開展建設(shè)以綜合能源供應(yīng)為核心的多能聯(lián)供型變電站，以電能供應(yīng)為基礎(chǔ)，為周圍建筑提供多形式的能量供應(yīng)服務(wù)，提高變電站的對外服務(wù)價值，綜合提升能源利用效率。方便區(qū)域內(nèi)的電動汽車充電，有效降低化石能源的消耗，推進社會綠色環(huán)保建設(shè)。分布式能源的就地接入與消化，提高可在生能源的利用效率，降低能源的二次損耗。

以綜合能源供應(yīng)為核心的多能聯(lián)供型變電站，可以利用變電站的綜合生產(chǎn)大樓樓頂建設(shè)分布式光伏發(fā)電，站內(nèi)空閑場地配套建設(shè)光伏車棚和充電樁，為周圍提供充電服務(wù)。結(jié)合實際的地理條件最大化建設(shè)空氣源熱泵和地源熱泵，并配套建設(shè)蓄冷、蓄熱，在滿足變電站自身冷熱用量的前提下，為周圍建筑提供冷熱能源供應(yīng)服務(wù)。

2.5 以區(qū)域能源管控為核心的分層調(diào)控型變電站

在光照條件及風力條件優(yōu)良的西部城市郊區(qū)或工業(yè)園區(qū)，分布式能源發(fā)電具有很好的區(qū)域優(yōu)勢。適合開展以區(qū)域能源管控為核心的分層調(diào)控型變電站。實現(xiàn)區(qū)域能源的統(tǒng)一管理和協(xié)調(diào)控制，構(gòu)建虛擬電廠系統(tǒng)，有效實現(xiàn)分布式能源的就地消化，減小對電網(wǎng)系統(tǒng)的沖擊。通過部署區(qū)域能源管控系統(tǒng)，對分布式能源集聚區(qū)內(nèi)的分布式發(fā)電及其他能源形式進行數(shù)據(jù)監(jiān)視并協(xié)調(diào)管控。

2.6 以便捷充電服務(wù)為核心的一站多能型變電站

在公交樞紐站、物流產(chǎn)業(yè)區(qū)、密集生活區(qū)，建設(shè)以便捷充電服務(wù)為核心的一站多能型變電站?；谧冸娬緢詮姌屑~，整合分布式能源、儲能、充電等電網(wǎng)靈活資源，利用變電站周邊土地資源開展電動汽車充換電系統(tǒng)集成建設(shè)，滿足多車型、多場景的電動汽車電能補給需求，讓電力能量流以不同形式“無損”高效流動，為電動汽車提供全方位充電解決方案。開展電動汽車動力電池智慧管理服務(wù)，提供電池集中養(yǎng)護服務(wù)，實現(xiàn)電動汽車回收電池梯級利用。具備土地資源集約利用條件的區(qū)域，可以一體化規(guī)劃建設(shè)大型停車場、公交車、大型物流基地充換電中心，提供全方位的充換電服務(wù)。

圖1 區(qū)域能源管控系統(tǒng)功能示意圖

2.7 以互動體驗觀展為核心的服務(wù)創(chuàng)新型變電站

在高校密布的大學城附近建設(shè)以互動體驗觀展為核心的服務(wù)創(chuàng)新型變電站。綜合利用變電站的一二次設(shè)備資源，開展電力觀摩和電力實訓(xùn)服務(wù)，提升變電站社會價值的同時實現(xiàn)變電站資產(chǎn)的高度增值，提供多站融合型變電站側(cè)對外宣傳窗口，以最直觀的方式展示了變電站對外服務(wù)創(chuàng)新模式。電力觀摩與實訓(xùn)基地的建設(shè)，可以通過多種現(xiàn)代技術(shù)手段，讓參觀者充分了解多站融合型變電站的建設(shè)在促進可再生能源發(fā)展、推動能源消費方式變革和支撐城市可持續(xù)發(fā)展方面所起到的積極作用，深度展示“多站融合”的特征和內(nèi)涵。電力實訓(xùn)基地的建設(shè)可以為周圍高校及電網(wǎng)公司內(nèi)部提供高品質(zhì)的實訓(xùn)平臺，開拓高校在校大學生的工程實踐經(jīng)歷，提高技能水平。

2.8 以能效優(yōu)化提升為核心的環(huán)境友好型變電站

針對老舊變電站開展以能效優(yōu)化提升為核心的環(huán)境友好型變電站。通過對建筑外墻的節(jié)能改造，站用電設(shè)備節(jié)能改造升級，利用建筑布置光伏發(fā)電等綜合措施來減少建筑對能源的需求，減少因為采暖或者降溫而消耗的能源。隨著電網(wǎng)企業(yè)自身節(jié)能考核壓力的增加，變電站的節(jié)能改造工作已逐漸引起電網(wǎng)企業(yè)的重視，需要充分挖掘變電站資源，通過圍繞變電站內(nèi)綜合樓建筑開展節(jié)能優(yōu)化設(shè)計，在了解各類主輔各設(shè)備的運行狀況能耗水平的基礎(chǔ)上，開展變電站站內(nèi)設(shè)備經(jīng)濟運行分析研究，利用節(jié)能材料以及全新的節(jié)能控制手段進行能效優(yōu)化改造，提高變電站能效水平。

3 多站融合建設(shè)模式與典型設(shè)計

3.1 多站融合建設(shè)模式

由于多融合的基礎(chǔ)是變電站，對變電站的類型進行深入細化分類，有利于促進多站融合建設(shè)方案的研究。變電站的主要分類如下：按建設(shè)階段。再用變電站、新建變電站、老舊變電站；按建筑形式。戶內(nèi)變電站、戶外變電站、地下變電站；按地理區(qū)位。城市變電站、城郊變電站、郊區(qū)變電站。多站融合建設(shè)應(yīng)結(jié)合變電站建設(shè)模式差異，綜合考慮周邊人群多樣化服務(wù)需求，結(jié)合地理區(qū)位的實際環(huán)境、狀況，進行深入分析，確認多站融合的適用場景。

3.2 多站融合典型設(shè)計

3.2.1 多站融合電力一二次接入方案典型設(shè)計

針對不同電壓等級、不同建設(shè)模式的變電站，在充分研究其變電站典型設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，綜合考慮變電站可用的電力接口資源，完成充換電（儲能）站、數(shù)據(jù)中心站以及新建的其他分布式能源系統(tǒng)的電力一二次接入方案設(shè)計。推薦將電氣一次接入所需的開關(guān)柜以及二次信息接入控制保護屏柜部署于預(yù)裝式集裝箱內(nèi)部，預(yù)裝式分布式能源接入系統(tǒng)的建設(shè)以功能需求為導(dǎo)向，解決電力建設(shè)工期、占地緊張短、運維檢修不方便、資產(chǎn)權(quán)限劃分不清晰等問題，推行“標準化設(shè)計、工廠化預(yù)制、集成式建設(shè)”的新理念，有效的統(tǒng)一多站融合電力一二次接入系統(tǒng)的建設(shè)工藝，縮短建設(shè)周期、降低建設(shè)成本，提高建設(shè)效率及建設(shè)效益。

圖2所示為經(jīng)過400V低壓交流側(cè)接入的多站融合電力一次接入方案，采用預(yù)裝式集裝箱建設(shè)模式，預(yù)制艙劃分為一次設(shè)備間和二次設(shè)備間兩個艙室，一次設(shè)備間布置低壓開關(guān)柜，負責站內(nèi)新增電力設(shè)備的供電、保護及計量；二次設(shè)備間內(nèi)布置站內(nèi)新增分布式能源系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的控制保護屏柜，同時部署完成站級能量管理功能的站級能源管控后臺系統(tǒng)。多站融合的電力一次接入方式有很多種形式：按交直流分類。交流低壓側(cè)接入、直流側(cè)接入；按接入變壓器。站用變接入、地下變電站；按母線形式。單母接入、單母分段接入。

圖2 多站融合電力一二次接入典型方案之一

3.2.2 多站融合集中監(jiān)控系統(tǒng)典型設(shè)計

多站融合由于聚合了變電站、儲能站、數(shù)據(jù)中心站以及可能融入的其他多種智慧應(yīng)用電力元素，需要搭建一體化監(jiān)控平臺將所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一監(jiān)控；通過對供能負荷數(shù)據(jù)的分層優(yōu)化調(diào)控，實現(xiàn)區(qū)域用能的柔性調(diào)節(jié)；引入邊緣物聯(lián)代理技術(shù)，實現(xiàn)就地智能決策控制。

多站融合一體化監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)多站融合模式下對站內(nèi)的供配電、分布式電源、儲能系統(tǒng)、充電網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、站內(nèi)用能、5G基站、北斗基站設(shè)備供用能的集中監(jiān)視與集約化管理，充分利用可再生清潔能源，綜合協(xié)調(diào)站內(nèi)能量優(yōu)化運行，大力推動管理節(jié)能和綠色用能，實現(xiàn)站區(qū)內(nèi)充電設(shè)施、光儲分布式新能源、數(shù)據(jù)中心之間能源的協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度及“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)調(diào)運行。充換電(儲能)站、數(shù)據(jù)中心環(huán)控系統(tǒng)各子系統(tǒng)統(tǒng)一采用IEC61850建模，減少數(shù)據(jù)傳輸層級，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的融合，為多站融合監(jiān)控業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。

多站融合集中監(jiān)控系統(tǒng)在已有變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，集成充換電（儲能）站運行監(jiān)控、數(shù)據(jù)中心站供電及環(huán)境運行控制功能[1]。

多站融合集中監(jiān)控系統(tǒng)基于一體化業(yè)務(wù)平臺構(gòu)建，利用“平臺+插件”的開放軟件體系架構(gòu)，采用了標準化總線和接口技術(shù)，將平臺與應(yīng)用軟件解耦[2]。平臺為應(yīng)用開發(fā)提供數(shù)據(jù)交換、人機支持、數(shù)據(jù)支持、公共服務(wù)功能和系統(tǒng)管理功能，為各類業(yè)務(wù)應(yīng)用提供基礎(chǔ)的開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)應(yīng)用功能模塊與不同業(yè)務(wù)功能的集成。多站融合業(yè)務(wù)應(yīng)用以插件形式實現(xiàn)，使系統(tǒng)具有很好的開放性和可擴展性。

3.2.3 多站融合設(shè)備布局典型設(shè)計

多站融合設(shè)備的布置，需要經(jīng)過對變電站典型設(shè)計以及在運變電站設(shè)備布局情況的實地勘察，來確定最合理、經(jīng)濟的布置方案。

光伏等分布式電源優(yōu)先考慮采用變電站綜合配電樓屋頂、立面、充電車位、車棚等多維空間安裝光伏組件，充分利用綠色清潔能源。儲能系統(tǒng)優(yōu)先考慮采用戶外集裝箱式布置方案，充分考慮變電站事故油池、消防水池、地下管廊等，滿足安全距離、檢修便利性要求。充電樁布置在有條件建設(shè)充電車位的站內(nèi)閑置空間，建成充電車位后需要對外開放且便于車輛出入。數(shù)據(jù)中心建設(shè)和新建變電站一體化規(guī)劃建設(shè)時，優(yōu)先考慮利用室內(nèi)空間采用模塊化建設(shè)模式建設(shè)不同機柜規(guī)模的數(shù)據(jù)中心，便于進行擴容建設(shè)。對于在運變電站進行多站融合改造建設(shè)時，優(yōu)先考慮利用室內(nèi)閑置空間，不具備室內(nèi)建設(shè)條件時可以考慮采用戶外預(yù)裝式一體化數(shù)據(jù)中心建設(shè)模式。

多站融合電力一二次接入系統(tǒng)對于新建變電站在規(guī)劃設(shè)計階段統(tǒng)一考慮，優(yōu)先采用室內(nèi)布置方案，對于在運變電站多站融合改造優(yōu)先采用預(yù)裝式建設(shè)方案，節(jié)省占地面積，實現(xiàn)快速改造。

圖3所示為某個在運220kV變電站進行多站融合改造時的設(shè)備典型布局方案，多站融合設(shè)備布置重點應(yīng)計算、分析系統(tǒng)運行的安全可靠性，對于不缺定因素及危險源較多的設(shè)備，采取有效的防護和隔離措施，避免新增建設(shè)的多站融合建設(shè)要素對已有系統(tǒng)造成附加隱患。

圖3 多站融合典型設(shè)備布局方案

4 多站融合關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)

4.1 多站融合高可靠性能源流關(guān)鍵技術(shù)

基于能源路由器的儲能共享技術(shù)。能源路由器（energy-router）是實現(xiàn)多站融合中柔性負荷、分布式電源即插即用、電力信息和智能控制高度融合的關(guān)鍵設(shè)備?；谀茉绰酚善鞯膬δ芟到y(tǒng)不僅可以對電網(wǎng)進行調(diào)峰調(diào)壓，站內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心、變電站UPS電源的電池替代，而且促進新能源的消納，達到資源共享、智能調(diào)配、經(jīng)濟運行的目的。

基于虛擬同步發(fā)電機的儲能一次調(diào)頻技術(shù)。充放電（儲能）站作為電力系統(tǒng)中重要的虛擬資源，可以在調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)壓等輔助服務(wù)中發(fā)揮重要作用。而數(shù)據(jù)中心站的在空間和時間上的負載轉(zhuǎn)移能力，使之也具有虛擬資源的特性。在變電站、充放電（儲能）站和數(shù)據(jù)中心站融合發(fā)展模式下，多站融合型變電站有參與輔助服務(wù)的巨大潛力?；谔摂M同步發(fā)電機技術(shù)的儲能變流器可以充分發(fā)揮儲能設(shè)備在電網(wǎng)一次調(diào)頻中的快速充放電響應(yīng)特性，提高區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平。針對不同拓撲結(jié)構(gòu)以及不同功率等級的儲能設(shè)備進行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計，開展廣域多點調(diào)度需求的儲能監(jiān)控設(shè)備、功率協(xié)調(diào)優(yōu)化控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究，實現(xiàn)儲能系統(tǒng)在不同應(yīng)用模式下平滑切換，提高設(shè)備運行效率，降低運維成本。

基于儲能系統(tǒng)的分時電價管理技術(shù)。儲能系統(tǒng)在參與電網(wǎng)的調(diào)峰存在著峰谷電價差，參與電網(wǎng)的調(diào)頻、調(diào)壓以及重要客戶的備電服務(wù)也存在電價的差異，通過多站融合集中監(jiān)控系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，利用儲能系統(tǒng)的功率及能量的時空轉(zhuǎn)移作用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心用電的分時電價管理，降低數(shù)據(jù)中心的用能成本。

圖4 能源路由器示意圖

圖5 虛擬同步發(fā)電機示意

4.2 多站融合廣泛接入信息流關(guān)鍵技術(shù)

4.2.1 多站融合海量數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲技術(shù)

多站融合由于聚合了變電站、儲能站、數(shù)據(jù)中心站、區(qū)域能源等其他多種電力參數(shù)信息、視頻可視信息、動環(huán)信息，在信息流層面將面臨著不同格式、不同類型通訊接口、不同規(guī)約方式的海量數(shù)據(jù)的匯集、存儲和分析管控。未來在信息流層面將源源不斷地產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，這對數(shù)據(jù)的存儲帶來巨大的挑戰(zhàn)。在此背景下，支持海量多類數(shù)據(jù)匯聚的分布式統(tǒng)一存儲數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)支持大規(guī)模節(jié)點擴展（支持上萬個節(jié)點），具備在線增加節(jié)點線性擴展數(shù)據(jù)存儲容量和數(shù)據(jù)處理的能力。大規(guī)模并行處理技術(shù)支持高并發(fā)數(shù)據(jù)加載、高并發(fā)數(shù)據(jù)聚合查詢、海量數(shù)據(jù)的深度挖掘、數(shù)據(jù)存儲安全防護等，將是需要多站融合信息深度融合需要突破的關(guān)鍵技術(shù)。4.2.2 實現(xiàn)變電站全息感知的終端傳感技術(shù)

通過數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)中心站完成多站融合城市能源綜合體的邊緣計算、監(jiān)測分析、能源調(diào)控的基礎(chǔ)，是大量能源生產(chǎn)、傳輸、轉(zhuǎn)換、消費環(huán)節(jié)運行數(shù)據(jù)的獲取。

針對變電站供電設(shè)備、區(qū)域分布式能源系統(tǒng)、典型能源消費對象的能源監(jiān)測模型、終端傳感設(shè)備的類型及數(shù)量，以及傳感設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸模式需要開展分類研究，采用各種先進采集終端，將多站融合型變電站設(shè)備的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)匯集起來，構(gòu)建多站融合全息狀態(tài)感知模型，實現(xiàn)多站融合城市能源綜合體的全息狀態(tài)感知，將各類信息進行統(tǒng)一的管理、分析與決策，提高運行維護效率，保障操作及現(xiàn)場作業(yè)的人身安全及設(shè)備安全，實現(xiàn)設(shè)備資產(chǎn)的高效管理，實現(xiàn)多站融合型變電站主輔設(shè)備全面監(jiān)控、智能巡檢、智能管控、設(shè)備缺陷主動預(yù)警、設(shè)備故障智能決策等功能，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)變電站智慧化業(yè)務(wù)升級。

4.2.3 基于邊緣數(shù)據(jù)中心的邊緣物聯(lián)代理技術(shù)

在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)背景下，在變電站設(shè)備感知層做到狀態(tài)全息感知、量測精準反饋的基礎(chǔ)上，需要配置種類繁多的終端傳感設(shè)備，從數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)量大小、控制的實時性等多個維度分析，都無法適應(yīng)將所有信息上送至云平臺后，由云平臺通過計算分析后給出控制結(jié)果、再發(fā)送就地執(zhí)行的傳統(tǒng)控制模式。

邊緣物聯(lián)代理技術(shù)支持標準化通信接口，提供通信協(xié)議適配，支持多種業(yè)務(wù)終端的靈活接入，實現(xiàn)就地智能決策控制，有效的解決了變電站設(shè)備感知層種類繁多的終端傳感設(shè)備數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)量大、控制延遲性高等問題。邊緣物聯(lián)代理設(shè)備需具備就地靈活安裝、可靠安全防護、終端通訊接入、邊緣計算分析、就地決策執(zhí)行、云端信息交互等功能，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)變電站智慧化業(yè)務(wù)升級，如智能消防控制、變電站智能輔控、預(yù)置艙就地智能環(huán)控、基于視頻識別的設(shè)備狀態(tài)智能感知、基于在線監(jiān)測的電氣設(shè)備狀態(tài)就地智能診斷等應(yīng)用場景下的邊緣計算物聯(lián)代理技術(shù)深化應(yīng)用。

4.3 多站融合智慧賦能業(yè)務(wù)流關(guān)鍵技術(shù)

4.3.1 多站融合綜合一體化監(jiān)控技術(shù)

以變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)平臺為載體，以充電（儲能）站、數(shù)據(jù)中心站數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向，按照“統(tǒng)一建模、統(tǒng)一接入、統(tǒng)一處理、統(tǒng)一存在、分類應(yīng)用”的方針，構(gòu)建多站融合集中監(jiān)控系統(tǒng)，推動變電站從單一設(shè)備監(jiān)控向變充儲、數(shù)據(jù)中心設(shè)備運行監(jiān)控和協(xié)調(diào)控制方面發(fā)展，促進多站融合型變電站建設(shè)新模式的發(fā)展。

結(jié)合變電站、充放電（儲能站）、數(shù)據(jù)中心站各相應(yīng)監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)有監(jiān)控功能架構(gòu)設(shè)計，考慮多站融合建設(shè)模式下，在運行監(jiān)控與協(xié)調(diào)控制的最新技術(shù)需求，利用各類廠站監(jiān)控系統(tǒng)業(yè)務(wù)供能模塊，基于統(tǒng)一軟硬件平臺進行整合，實現(xiàn)迭代開發(fā)整合利用。多站融合集中監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用功能結(jié)構(gòu)分為三個層次：數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)一存儲、數(shù)據(jù)消息總線和統(tǒng)一訪問接口、五類應(yīng)用功能。五類應(yīng)用功能包括運行監(jiān)視、操作與控制、信息綜合分析與智能告警、運行管理、輔助應(yīng)用[3]。

4.3.2 基于變電站饋線負荷模型的分層調(diào)控技術(shù)

通過對變電站饋出線負荷用電數(shù)據(jù)的采集，利用數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)負荷數(shù)據(jù)匯集，構(gòu)建饋出線負荷模型，實現(xiàn)對饋出線負荷用能的分層調(diào)控，提高區(qū)域電網(wǎng)的能源調(diào)控水平，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)清潔能源發(fā)電的高比例消納以及區(qū)域用能的柔性調(diào)節(jié)。對于變電站的饋線負荷調(diào)控，控制指令由上往下越來越詳細，反饋信息由下往上傳越來越精練，各層次的功率調(diào)控系統(tǒng)有隸屬關(guān)系。構(gòu)建饋出線負荷模型是實現(xiàn)分層精準調(diào)控的關(guān)鍵，在此基礎(chǔ)上結(jié)合區(qū)域內(nèi)饋出線負荷運行規(guī)律，通過遠程采集的用戶用電數(shù)據(jù)，實現(xiàn)區(qū)域用能的柔性調(diào)節(jié)。

4.3.3 區(qū)域能源智慧管控技術(shù)

區(qū)域智慧能源管控實現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)分布式能源系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、空氣源熱泵系統(tǒng)等的能源監(jiān)測、協(xié)調(diào)優(yōu)化控制、用能能效分析評估及設(shè)備運維。通過區(qū)域能源管控系統(tǒng)，可以構(gòu)建以區(qū)域變電站為能源供應(yīng)中心的清潔、高效、可靠、經(jīng)濟、開放的現(xiàn)代能源體系，實現(xiàn)能源生產(chǎn)、傳輸和消費全鏈條的監(jiān)測分析和數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)“源-網(wǎng)-荷-儲”的協(xié)調(diào)控制和深層互動，現(xiàn)提高可再生能源利用水平、提高能源綜合利用效率、降低用能成本的“兩高一低”目標。

4.4 多站融合業(yè)態(tài)創(chuàng)新價值流關(guān)鍵技術(shù)

4.4.1 能源信息數(shù)據(jù)價值挖掘技術(shù)

通過對離散的“碎片”電力信息進行采集、整理、統(tǒng)計，并進行多部門、多個體、多視角的分析，形成高密度的有效數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)價值挖掘的基礎(chǔ)上，面向政府、企業(yè)、個人等不同對象的能源信息服務(wù)應(yīng)用場景，基于不同的應(yīng)用場景為用戶提供全新體驗的增值服務(wù)，在用戶享受服務(wù)便利的同時，通過不同應(yīng)用場景下用戶流量的聚集，利用數(shù)據(jù)信息服務(wù)實現(xiàn)盈利。

利用電力營銷數(shù)據(jù)、政務(wù)數(shù)據(jù)及機構(gòu)數(shù)據(jù)等資源共享方式，分析能源電力數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)場景，為政府和社會提供專業(yè)化能源大數(shù)據(jù)分析與咨詢服務(wù)；面向商業(yè)企業(yè)、設(shè)備供應(yīng)商等，依托智能量測產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，基于客戶用電數(shù)據(jù)、多表合一采集數(shù)據(jù)、設(shè)備全生命周期數(shù)據(jù)等開展應(yīng)用場景開發(fā)和商業(yè)模式設(shè)計，提供營銷數(shù)據(jù)商業(yè)化增值服務(wù)；面向社會公眾和居民家庭，基于用電量、用電時間、負荷曲線、電費交納等數(shù)據(jù)分析居民屬性，提供個性化、趣味化的互動增值服務(wù)。

4.4.2 多站融合建設(shè)成效評價

針對變電站、充放電（儲能）站和數(shù)據(jù)中心站融合建設(shè)工程的效益，從安全性、可靠性、經(jīng)濟性以及可持續(xù)性等方面選取指標，構(gòu)建多層次評價指標體系，設(shè)計指標標準化方法；考慮主觀與客觀因素，研究適應(yīng)“三站合一”能源站的綜合評價方法，也是多站融合建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

5 結(jié)語

多站融合建設(shè)以市場需求為導(dǎo)向，復(fù)用變電站的站址、網(wǎng)絡(luò)等資源，通過建設(shè)數(shù)據(jù)中心站、儲能站、充電樁等實現(xiàn)多站融合并開展運營工作，對電力企業(yè)內(nèi)部實現(xiàn)降本增效，面向社會和相關(guān)行業(yè)提供公共服務(wù)，提供多樣化投融資模式與投資回報機制，實現(xiàn)電力能源業(yè)態(tài)創(chuàng)新與價值共享，培育電網(wǎng)企業(yè)全新業(yè)務(wù)增長點。

多站融合的建設(shè)是能源、信息、市場深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)，具有設(shè)備智能、多能協(xié)同、信息對稱、供需分散、系統(tǒng)扁平、交易開放等主要特征。多站融合項目自2019年開始在全國開展試點建設(shè)，目前在甘肅、寧夏、黑龍江、河南、上海、江蘇、福建大多數(shù)的項目正處于可行性研究和初步設(shè)計階段，多站合一的設(shè)計工作也結(jié)合了本論文中涉及的相關(guān)體系和技術(shù)作為指導(dǎo)。其中，上海地區(qū)的多站融合試點項目已進入實施階段，也對相關(guān)的體系進行了實踐論證。

針對多站融合相關(guān)的基于能源路由器儲能共享技術(shù)、區(qū)域能源智慧管控業(yè)務(wù)、多站融合一體化監(jiān)控技術(shù)等的技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)工作已經(jīng)同步開展，目前已與國網(wǎng)電科院、國內(nèi)重點高校、國網(wǎng)電力公司等多家企事業(yè)單位結(jié)成聯(lián)盟共同攻克科技難關(guān)，促進產(chǎn)業(yè)的布局發(fā)展。