0 引言

规划建设泛在电力物联网是落实国家电网公司一流能源互联网企业建设目标的重要基础，也是落实“三型两网”战略目标的核心任务。在该背景下，能源服务模式从传统的以用户为中心向以客户为中心转变，逐渐形成了综合能源服务模式^[1]。综合能源服务作为1种新型的为满足终端用户多元化能源生产与消费的能源服务方式，可实现多能协调供应和能源综合阶梯利用，是电网公司实现新业务拓展和保障利润增长的重要手段^[2]。国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司（以下简称无锡供电分公司）全面开拓综合能源服务新型业务，构建以电为中心的能源智慧应用新型消费市场，促进公司健康可持续发展。

1 平台建设背景

红豆工业园位于江苏省无锡市东港镇，占地4.8 km²，园区内有电能、热能等多种能源，包含热电厂、分布式光伏和储能等多种供能单元，属典型的园区型多能互补综合能源系统。园区内包括红豆集团下属80余家用电单位和70余家用热单位，年用电量约4亿kWh。由于园区能源系统建设之初缺乏整体规划，各能源子系统之间缺乏协调，各类供能和用能数据未实现实时采集，因此难以进行精细化能源管理，导致能源综合利用率不高。

无锡供电分公司针对园区用能现状，结合客户对能效提升、用能结构优化和降低用能成本等需求，为园区搭建了基于泛在电力物联网的多能互补综合能源服务平台。

2 园区泛在电力物联网体系构建 2.1 监测数据分类

为有效采集用户的用能数据，无锡供电分公司通过对监测数据项进行分类定义，将各类用户的在线监测点数据按照监测深度、空间拓扑结构等维度分为A至E 5类^[3]，各级数据分类情况见表 1。

2.2 数据传输标准统一

园区用能数据来自两方面：一是园区变电站和热电厂DCS等部分数据；二是客户侧用能数据。无锡供电分公司在原有的数据采集装置上新增通信规约转换模块，将不同规约的信息转换成系统内部统一的标准格式，实现横向多能源之间、纵向供需两侧之间的互联互通和信息交互。

2.3 用能数据末端感知

用能信息采集方面，无锡供电分公司按照源、网、荷、储4个环节部署各类采集和计量终端，并将采集终端从用能关口延伸至客户内部末端设备，支撑后续多能互补构建。共布设监测点13 000余个，形成横向覆盖各能源系统、纵向贯通关口至设备的数据采集网络，能够实现能源数据分项采集、能耗数据在线监测等功能。

2.4 用能数据网端联通

根据客户侧设备实际运行环境和4G等物联通信网络技术特点，子站现场采用RS485、红外、无线等组网方式联通采集终端与网关，通信采用4G网络将能源监测数据上传至园区主站，数据传输架构如图 1所示。通过选择合适的通信方式、组网方式和统一的通信协议，将各端数据接入主站，实现能量流、信息流的深度融合，支撑源、网、荷、储互动。

2.5 用能数据云端集成

红豆工业园用能信息集成架构如图 2所示。通过开发信息集成功能模块，设计一系列相关数据集成接口，以从对应的数据库中集成相关信息。通过对数据进行进一步处理，使系统中的数据具备可用条件，支撑后续数据分析功能的实现。

3 园区多能互补和管理一体化实现 3.1 综合能源实时监控与能效分析

从供能端和用能端两方面对能源供应与用户侧各项用能数据、能源流转数据进行可视化监控，实时监控园区内各维度数据变化，并以能流图的方式展示相关信息，如图 3、图 4所示。同时分别从用电、用热、能源构成等多方面研究园区的用能特性和不同能源的运行效率，构建能效分析指标，实现对园区不同维度的实时能效分析。

3.2 综合能源多能互补与协调优化

结合红豆工业园的运行特点，开发园区供能侧多能互补平台。一是利用大数据分析结果将各能源系统按照电、热2个板块进行分类，并实时计算各能源供应的经济成本、环保参数及运行经济性指数，提出最优运行策略^[4]，以实现企业资源横向综合利用；二是通过贯通电网、热电机组、光伏、储能运行方式及用能企业能源需求侧管理方式，采取“区域自治、分层优化”系统运行模式，实现源、网、荷、储纵向协同优化，确保园区综合能效最优（见图 5）。

4 园区市场化交易机制的建立

目前，红豆工业园正在建立“3+1”模式的综合能源市场化交易模式，整体框架如图 6所示。

4.1 3种市场交易模式 4.1.1 季度分时电/热价

目前，红豆集团90%的用能可实现自给，园区内部的执行电价与江苏电网的销售电价基本一致，但电力负荷的峰、谷、平实际出现时间与江苏电网销售电价的峰、谷、平时段重合度较低。此外，红豆工业园的热力交易采用统一价格，交易规则较为简单，交易与定价机制具有很大的优化和提升空间。

基于红豆工业园的历史电力负荷、热力负荷以及光伏出力数据，以园区每日整体用能成本最低为目标，模拟一段时间园区的实时电价与实时热价，可以较好地反映电能、热能生产的边际成本，有利于指导用户用能方式的改变或调整，如图 7所示。

4.1.2 日前内外部协同需求响应

在红豆工业园区的日前市场中，参考用户的用电/热特性，建立了基于内外部协同需求响应的双层互动模型，如图 8所示。图 8中，上层为电网与红豆工业园之间的交易，根据江苏电网的峰、谷、平销售电价以及实行的基于激励的需求响应策略，根据红豆工业园的用能特性，绘制外部电力需求计划曲线，并反馈给电网；下层为红豆工业园与内部用户之间的交易，根据日前电力负荷、热力负荷以及光伏出力的预测情况，结合各用户的用能特性，提出园区内部基于激励的需求响应策略。用户根据当前执行的区内电价以及上述需求响应策略，调整各自的用能计划，并上报热电厂。

4.1.3 实时市场激励机制

以园区用电、用热为能源主线，结合日前在线实时超短期天气预测和热电机组运行工况，根据系统边际成本预警机制和实时不平衡电量需求发布能源现货，建立实时电量调节红包激励机制。通过分发实时激励认购电量，提供用能企业实时认购，激励用能企业有效平抑负荷预测误差，满足园区系统最优经济运行管理需求，实现园区能源管理和企业用能效益双赢。

4.2 1种收益分配机制

以园区关键信息为分析基础，建立园区和用能企业效益共享、责任共担的收益分配机制。通过电价、热价的变化促使用能企业调整生产用能，对用能企业进行用电收益共享和用电损失补偿，达到园区收益上升、用户用电成本下降的双赢效果^[5]，如图 9所示。园区热电厂制定季度或年度效益分享比例，作为收益回报，将季（或年）收益分摊给积极参与需求响应的用能企业，双方能够通过收益的分摊提高交易组织效率和参与需求响应的意愿，实现园区和用能企业效益的收益分配与奖励。

5 应用效果

无锡供电分公司在红豆工业园建设的多能互补综合能源服务平台不仅实现了园区各能源单元间的科学调度、协同运行，提升了客户能源管理智能化水平，而且节能成效显著，预计年度节约电能消耗2104万kWh，折合标准煤7364 t，减少二氧化碳排放19 146 t，到2020年底预计每年为企业减少用能成本支出300余万元。无锡供电分公司将以此项目为契机，总结监测系统建设经验，编制工业企业、园区的用能监测标准，为建设客户侧泛在电力物联网奠定基础。