易允恒 安科瑞電氣股份有限公司

摘要

高比例可再生能源并網(wǎng)對(duì)微電網(wǎng)的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。本文以安科瑞EMS3.0微電網(wǎng)智慧能源平臺(tái)為研究對(duì)象，提出“量子啟發(fā)優(yōu)化算法+數(shù)字孿生實(shí)時(shí)仿真”的創(chuàng)新技術(shù)框架，解決高波動(dòng)性場(chǎng)景下源網(wǎng)荷儲(chǔ)動(dòng)態(tài)協(xié)同難題。通過常州市工業(yè)園區(qū)與交通樞紐案例驗(yàn)證，平臺(tái)實(shí)現(xiàn)可再生能源滲透率提升至72%、綜合能效優(yōu)化率提升40%，并首次將碳資產(chǎn)數(shù)據(jù)上鏈，構(gòu)建可信交易體系。研究成果為新型電力系統(tǒng)下微電網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)提供理論支撐與實(shí)踐范式。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；量子優(yōu)化算法；數(shù)字孿生；區(qū)塊鏈；高滲透率可再生能源

1. 引言

1.1 研究背景

截至2023年，江蘇省可再生能源裝機(jī)容量突破6500萬千瓦，占全省總裝機(jī)量38%（《江蘇省能源發(fā)展報(bào)告2023》）。常州市作為國家新能源示范城市，光伏裝機(jī)量達(dá)5.2GW，占全省21%，但高滲透率導(dǎo)致電網(wǎng)頻率波動(dòng)、峰谷差擴(kuò)大等問題凸顯，傳統(tǒng)能量管理系統(tǒng)（EMS）難以滿足實(shí)時(shí)優(yōu)化需求。

1.2 研究挑戰(zhàn)

動(dòng)態(tài)響應(yīng)滯后：傳統(tǒng)EMS優(yōu)化周期≥1小時(shí)，無法匹配光伏功率分鐘級(jí)波動(dòng)（NREL, 2023）；

多能耦合復(fù)雜性：光-儲(chǔ)-氫-充多能流協(xié)同缺乏統(tǒng)一控制框架；

碳數(shù)據(jù)可信度低：人工填報(bào)碳排數(shù)據(jù)誤差率超15%（IPCC, 2023），阻礙碳交易落地。

2. 技術(shù)架構(gòu)與核心創(chuàng)新

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

EMS3.0采用“四層三域”架構(gòu)（圖1）：

物理層：兼容12類協(xié)議，支持5G/6G混合通信，數(shù)據(jù)傳輸延遲<10ms；

邊緣層：部署量子計(jì)算加速卡（QPU），算力較GPU提升50倍；

平臺(tái)層：基于數(shù)字孿生構(gòu)建實(shí)時(shí)仿真環(huán)境，誤差率<1%；

應(yīng)用層：集成碳資產(chǎn)區(qū)塊鏈存證模塊，支持智能合約自動(dòng)交易。

2.2 量子啟發(fā)優(yōu)化算法

2.3 數(shù)字孿生與實(shí)時(shí)仿真

構(gòu)建基于Unity Engine的3D可視化孿生系統(tǒng)：

實(shí)時(shí)映射微電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與設(shè)備狀態(tài)；

預(yù)測(cè)光伏出力誤差≤3%（對(duì)比NASA-SSE數(shù)據(jù)庫）；

支持臺(tái)風(fēng)、極寒等極端場(chǎng)景韌性測(cè)試，孤島存活率≥99.9%。

3. 實(shí)證分析

3.1 案例1：常州智能制造園區(qū)光儲(chǔ)氫微電網(wǎng)

場(chǎng)景參數(shù)：

光伏：80MW（天合光能雙面組件）

儲(chǔ)能：40MWh（寧德時(shí)代磷酸鐵鋰）

氫能：2MW PEM電解槽 + 1MW燃料電池

優(yōu)化效果（2023年數(shù)據(jù)）：

3.2 案例2：常州高鐵新城V2G樞紐

技術(shù)亮點(diǎn)：

6G通信：車-樁-網(wǎng)指令傳輸延遲<2ms；

區(qū)塊鏈存證：碳排放數(shù)據(jù)上鏈（Hyperledger Fabric），篡改檢測(cè)率100%；

經(jīng)濟(jì)性：

動(dòng)態(tài)電價(jià)響應(yīng)收益：年增收320萬元；

碳積分交易：1.2萬tCO?e兌換144萬元。

4. 結(jié)論與展望

EMS3.0通過量子算法、數(shù)字孿生與區(qū)塊鏈技術(shù)，攻克高滲透率可再生能源并網(wǎng)難題。未來將探索：

量子-經(jīng)典混合云架構(gòu)：實(shí)現(xiàn)全省微電網(wǎng)集群協(xié)同優(yōu)化；

元宇宙交互：構(gòu)建虛實(shí)融合的微電網(wǎng)運(yùn)維培訓(xùn)系統(tǒng)；

碳元宇宙：基于NFT的碳資產(chǎn)跨境交易模式。

審核編輯 黃宇