易允恒 安科瑞電氣股份有限公司

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摘要

針對高比例新能源接入導致的配電網安全與經濟運行難題，本文提出基于“終端-邊緣-云”三級架構的智慧能源解決方案。通過23個示范項目驗證：終端層AM5SE-IS防孤島保護裝置實現動作時間≤1.78s（滿足GB/T 33593）；邊緣層ACCU-100控制器提升光伏就地消納率至98.7%；云端AcrelEMS3.0平臺降低運維成本45.8%。該方案為GB/T 45418-2025標準落地提供技術路徑。

1 引言

1.1 問題提出

國家能源局2025年數據顯示，分布式光伏滲透率超35%的區(qū)域中：

72%配電站存在電壓越限（±10%超標率＞8%）

58%變壓器面臨過載風險（負載率＞90%時段占比增加2.3倍）

新能源調度響應延遲導致棄光率＞15%

1.2 標準要求分析

GB/T 45418-2025核心條款：

9.3.2：要求分布式電源具備功率控制及高低電壓穿越能力

9.4.6：明確電動汽車充電設施需支持雙向能量交互

10.1.5：規(guī)定二次系統(tǒng)滿足多設備協(xié)調控制需求

1.3 解決方案架構

構建分層控制體系（圖1）：

注：架構符合IEC 61850分層邏輯，各層響應時間見表1

表1 三級架構性能指標

2 關鍵技術實現與驗證

2.1 新能源并網安全防護

2.1.1 防孤島保護機制

動作邏輯（圖2）： def anti_islanding():

if (U < 0.85p.u. or U > 1.15p.u.) and t > 2s: # 電壓越限判定

trip_signal = True

elif (f < 49.5Hz or f > 50.5Hz) and t > 0.2s: # 頻率越限判定

trip_signal = True

實測數據：

浙江5MW光伏電站：動作時間1.78s（國家電器安全質檢中心報告No.2024ET-SE018）

故障切除成功率100%

2.1.2 電壓穿越能力強化

控制策略：

低壓穿越（0.85p.u.）：逆變器注入容性無功（Q=1.5×(1-U)×P?）

高壓穿越（1.15p.u.）：吸收感性無功（Q=-(U-1)×P?）

江蘇項目效果：電壓合格率從87.3%提升至99.6%

2.2 多能源經濟調度

2.2.1 優(yōu)化模型構建 min sum_{t=1}^{T} [C_{grid}(t)P_{grid}(t) - C_{feed}(t)P_{feed}(t)] + lambda cdot max(P_{demand})

約束條件

begin{cases}

P_{PV}(t) + P_{ESS}^{dis}(t) + P_{grid}(t) = P_{load}(t) + P_{EV}(t) \

SOC_{min} leq SOC(t) leq SOC_{max} \

0 leq P_{EV}(t) leq 0.8P_{trans} # 變壓器負載約束

end{cases}

2.2.2 實證分析（上海某園區(qū)）

2.3 車網互動（V2G）技術落地

2.3.1 硬件性能

AEV200-DC240M4充電堆：

電壓范圍：150-1000V DC

充放電切換時間：＜200ms

轉換效率：96.2%（第三方認證）

2.3.2 控制流程

北京V2G站收益：單樁日均套利263元（峰谷電價差0.9元/kWh）

3 綜合應用效果

深圳工業(yè)區(qū)項目全景部署（2025年）：

直接節(jié)能收益：278萬元/年

避免擴容投資：420萬元

4 結論

本研究通過構建“終端-邊緣-云”三級協(xié)同控制架構，系統(tǒng)性解決新型配電網安全與經濟運行難題，主要貢獻如下：

安全防護體系創(chuàng)新：終端層AM5SE-IS裝置將孤島保護動作時間壓縮至1.78s（低于國標2s要求），結合動態(tài)無功補償策略，使電壓合格率提升12.3個百分點；

經濟運行模型突破：邊緣層ACCU-100控制器實現光儲充聯合優(yōu)化，在上海園區(qū)驗證年節(jié)約用能成本267.7萬元，光伏消納率達98.7%；

系統(tǒng)韌性顯著增強：云端AcrelEMS3.0平臺“1+N”架構接入23個場站，運維效率提升79.2%，完美響應GB/T 45418-2025第10.1.5條多設備協(xié)調控制要求；

標準推廣價值：深圳項目實證顯示，該方案降低變壓器峰值負載25個百分點，為高滲透率新能源配電網提供標準化實施范式。

審核編輯 黃宇