微電網數字孿生 | 智慧時代，部署源網荷儲一體化管控平臺

《“十四五”現代能源體系規劃》提出，創新電網結構形態和執行模式，加快構建現代能源體系。加快配電網改造升級，推動智慧配電網建設，提高配電網接納新能源和多元化負荷的承載力和靈活性。積極發展以消納新能源為主的智慧微電網，實現與大電網相容互補。

在 2020 年的聯合國氣候峰會上，我國正式提出了 “3060” 雙碳目標。為實現“ 2030 年前碳達峰， 2060 年前碳中和”的目標，著力構建清潔低碳、安全高效的能源體系，提升能源清潔利用水平和電力系統執行效率，更好地發揮源網荷儲一體化和多能互補在保障能源安全中的作用。

在新型電力系統下，電網執行逐漸呈現智慧化、數字化的特點。發展“源網荷儲一體化”執行急需“雲大物移智鏈邊”其中的雲端計算、大資料、電力物聯網、邊緣計算等技術手段，讓電網系統配備擁有海量資料處理分析、高度智慧化決策等能力的雲端解決方案。從而實現各類能源資源整合、打通能源多環節間的壁壘，讓“源網荷儲”各要素真正做到友好協同。

圖撲軟體利用自主研發引擎 HT for Web 將 Web 智慧“雙碳”微電網場景進行數字孿生，有效實現源網荷儲一體化管控。整體場景採用了輕量化建模的方式，重點圍繞智慧園區電網聯通中的源、網、荷、儲四方面的裝置和建築進行建模還原，為使用者帶來“賽博朋克”的視覺體驗。採用輕量化重新建模的方式，設計師就有“設計”的發揮空間，展現更多美學創意。支援 360 度觀察虛擬園區內源網荷儲每個環節的動態資料，通過圖撲軟體 HT 自帶互動，即可實現滑鼠的旋轉、平移、拉近拉遠操作，同時也實現了觸屏裝置的單指旋轉、雙指縮放、三指平移操作不必再為跨平臺的不同互動模式而煩惱。

通過圖撲軟體完整復現的園區能量系統，實現分散式光伏發電系統、儲能系統、太陽能+空氣源熱泵熱水系統的綜合管控。通過智慧能源管理系統，實現建築能效管理、綜合節能管理和“源網荷儲”協同執行。

“源網荷儲一體化”是一種可實現能源資源最大化利用的執行模式和技術，通過源源互補、源網協調、網荷互動、網儲互動和源荷互動等多種互動形式，更經濟、高效和安全地提高電力系統功率動態平衡能力。

源“源”互補

圖撲雙碳智慧園區內智慧微電網主要以多種可再生能源為主，電源輸入主要為光伏、氫能、天然氣、沼氣等多種成熟發電技術。光伏是綠色能源，具有減少溫室氣體二氧化碳排放的特點，假設平均每天發電量為 1000 kWh， CO₂ 減排約為 785 kg，能大幅減少碳排放。

不同電源之間可通過“源網荷儲一體化”平臺有效協調，即通過靈活發電資源與清潔能源之間的協調互補，解決清潔能源發電出力受環境和氣象因素影響而產生的隨機性、波動性問題，有效提高可再生能源的利用效率，減少電網旋轉備用，增強系統的自主調節能力。

Hightopo 製作的智慧新能源系統以“賽博朋克”風格進行展示，突出能量路由器、變壓器、配電室等裝置模型，利用 HT 提供的圖形化組態 SCADA 能力，以線條流動的方式表達光伏從光能轉化為電能、再到裝置供電、儲能全流程。當日超標電量、累計用電量、光照時長、輻照度分別統計，利於整合分析。利用柱狀圖動態顯示 24 小時內的交流源出力和指令，掌握每日資料變化，提高電力調控能力。

能量電塔

電力塔直接連線到智慧園區的電網，在滿足為汽車充能的情況下，專案產生的多餘能量會匯入整個園區的用電系統。整合分散式光伏發電系統等技術裝置實現電源輸入。通過圖撲軟體視覺化場景內的 2D 皮膚對額定出力、出口電壓、額定容量、額定電壓、重量、檔距進行資料監測，瞭解“源”側的電力情況。

世界各國的常用交流電工頻頻率有 50Hz（赫茲）與 60Hz（赫茲）兩種，民用交流電壓分佈由 100V 至 380V 不等。機房一般引入三相 380V ，50HZ 的市電作為電源，但是裝置的電源整流模組用的是單相 220V 的電壓。

變壓器

變壓器是輸配電的基礎裝置，廣泛應用於工業、農業、交通、城市社群等領域。我國在網執行的變壓器約 1700 萬臺，總容量約 110 億千伏安。變壓器損耗約佔輸配電電力損耗的 40%。將交流赫茲、電壓等級、節能序列、額定容量資料在 2D 皮膚展示，利於節能效率的提升。

配電室

配電室是指帶有低壓負荷的室內配電場所，主要為低壓使用者或用電設施配送電能，低壓配電室的進線一般是由 35kV 或 10kV 變配電站內的低壓開關櫃分配出的 400V 電纜。通過圖撲軟體 HT 2D 皮膚實現配電室內電流頻率、整機功耗、交流電壓、交流電流的資料監控，便於運維管理。

源“網”協調

在現有電源、電網協同執行的基礎上，通過新的電網調節技術有效解決新能源大規模併網及分散式電源接入電網時的“不友好”問題，讓新能源和常規電源一起參與電網調節。利用能源網際網路核心裝置——直流能量路由器滿足未來電網對電能控制的複雜性和多樣性要求。

圖撲軟體智慧雙碳園區內“網”側核心裝置的三維模型效果主要以貼圖呈現，以保證在網頁中高效載入和流暢執行。可提供匯入 IFC 格式的 BIM 功能，在某些場景下使用 BIM 資訊降低開發成本。

可再生電源，在輸出功率、電壓水平、頻率質量等方面呈現出很大的不穩定性。如果這些分散式能源直接併網，將會對大電網造成不同程度的擾動。利用圖撲軟體 2D 組態，顯示交流電、直流電、資訊流的裝置連線情況，一屏掌控電流的執行節點資訊。用紅色的動態連線線顯示直流電從屋頂光伏——能量路由器 A\能量路由器 B——充電樁\儲能裝置的流動過程；用黃色動態連線線顯示資訊流由能量路由器 A\能量路由器 B——物聯管理平臺——智慧雙碳園區的流動過程；用藍色動態連線線顯示交流電從電閘——能量路由器——消費端的流動過程；便於運維監測節點資訊，增加併網的穩定性。

相較於 InTouch/IFix/WinCC 這些傳統組態軟體，圖撲基於 Web 的平臺更適合 C/S 向 B/S 轉型的大趨勢，多元素豐富的視覺化元件和支援快捷的資料繫結方式，可用於快速建立和部署。為各類工業場景提供 2D、2.5D、3D （點選連結跳轉至相關頁面），多種清晰美觀的視覺化服務模式。滿足了工業物聯網現代化的、高效能的、跨平臺（桌面Mouse/移動Touch/虛擬現實VR）的資料視覺化需求，帶來沉浸式的使用體驗。

能量路由器

能量路由器是一種整合融合了資訊科技與電力電子變換技術、實現分散式能量的高效利用和傳輸的電力裝備。可作為電力區域網與主幹網的互動介面，一方面負責區域網內部各個裝置的執行和能量管理，同時接收上層電力排程中心的指令並上傳區域網的執行狀態。通過 HT for Web 渲染出朋克風的效果，並在能量路由器上新增 2D 皮膚，顯示執行時間和狀態。

電力電子變換技術使能量路由器為各種型別的分散式電源、儲能裝置和新型負載提供所需的電能介面形式，包括各種電壓、電流量的直流或交流形式等。交流電仍是電能的主要利用形式，通過安裝交流母線管理分散式電源是一種順理成章的電能管理方法。

未來電網將在區域性消納的基礎上，以微網、智慧小區為自治單元，形成自下而上的能量單元的互聯。將龐大的同步電網拆分成非同步、自治的互聯電力區域網，並通過數字電網路由器（DGR）進行能量調配和網路互聯。

網“荷”互動

在“荷”側，通過圖撲軟體 HT 的動態曲線圖顯示 24 小時光伏源出力情況，掌握電力的峰值和谷值。利用環形圖顯示空調、照明、充電樁和其他耗電裝置的比率，密切關注高耗能裝置進行降耗調控。在電網出現或者即將出現問題時，通過負荷主動調節和響應來改變潮流分佈，確保電網安全經濟可靠執行。

智慧充電樁

智慧電動汽車充電或智慧充電是指電動汽車與充電裝置共享資料連線，充電裝置與充電運營商共享資料連線的系統。與傳統充電裝置不同，智慧充電系統會智慧監控、管理和限制其裝置的使用，以優化能源消耗。通過 HT for Web 以貼圖的形式設計出輕量化的智慧充電站，可擺脫硬體裝置的限制，實現充電樁的隨時監控。模擬車輛進站的充電過程，顯示智慧充電樁的充電次數、當前功率、充電量、電池年限；當車輛電磁出現故障時，出現閃爍的紅色框提示車站運維人員。

智慧充電系統對裝置的控制包括簡單的開啟和關閉充電，車輛的單向控制（V1G），允許增加或減少充電率，以及具有技術挑戰性的雙向車輛到電網（V2G），允許電動汽車在放電模式下向電網提供服務。

智慧樓宇

智慧樓宇是將建築、通訊、計算機和控制等各方面的先進科技相互融合，合理整合為最優化的整體，具有工程投資合理、裝置高度自動化、資訊管理科學、服務高效優質、使用靈活方便和環境安全舒適等特點，是能夠適應資訊化社會發展需求的現代化新型建築。利用圖撲雙碳智慧園區內的 2D 皮膚對樓宇內電梯、空調、照明的能耗情況進行智慧監控，高效進行樓宇管理。

網“儲”互動

儲能是微電網中不可缺少的一部分，在用電低谷時作為負荷充電，在用電高峰時作為電源釋放電能。它在微電網中能夠起到削峰填谷的作用，極大地提高間歇式能源的利用效率。

SOH 儲能箱

點選園區內的儲能箱會彈出 2D 皮膚對當前容量、電池溫度、SOH 電池健康狀態、累計充電量、累計充電次數、火災風險進行統計和故障預警，保證集裝箱系統的安全。圖撲軟體提供完備流水線作業工具鏈，從檢視元件設計、圖示設計、2D 圖紙設計到 3D 場景設計皆有一站式的開發工具，設計師和程式設計師能實現協同作業開發，快速落地 2D、3D 視覺化成果。

隨著科技的不斷髮展，現在的儲能主要有蓄電池儲能、飛輪儲能、超導磁儲能、超級電容器儲能，目前較為成熟的儲能技術是鉛酸蓄電池，但有壽命短和鉛汙染嚴重的問題。

電池系統主要由電芯串並聯構成：首先十幾組電芯通過串並聯組成電池箱，然後電池箱通過串聯組成電池組串並提升系統電壓，最終將電池組串進行並聯提升系統容量，並整合安裝在電池櫃內。儲能變流器是將電池直流電轉換為三相交流電的能量轉換單元，其可執行於併網及離網模式。併網模式下變流器按照上層排程下發的功率指令與電網進行能量互動；離網模式下儲能變流器可為廠區負荷提供電壓頻率支撐，併為部分可再生能源提供黑啟動電源。

微電網作為一種靠近使用者側的微型綜合能源系統，涵蓋太陽能、風能等一次能源及電力二次能源，涉及電、熱、氣多種能源輸配網路和負荷需求、儲能、控制和保護裝置及資訊化平臺，需以電能為核心，通過多能互聯、資訊能量耦合及市場經濟引導，實現多能“供-需-儲”協調優化和自平衡。

以現代資訊通訊、大資料、人工智慧、儲能等新技術為依託，運用“網際網路+”新模式，調動負荷側調節響應能力。在城市商業區、綜合體、居民區，依託光伏發電、併網型微電網和充電基礎設施等，開展分散式發電與電動汽車（使用者儲能）靈活充放電相結合的園區（居民區）級源網荷儲一體化建設。在工業負荷大、新能源條件好的地區，支援分散式電源開發建設和就近接入消納，結合增量配電網等工作，開展源網荷儲一體化綠色供電園區建設。

通過智慧路由器-新能源微網實現園區、市電、光伏、儲能、充電樁、日常負荷的連線和調節，實現“雙碳”目標。