1、LOW CARBON WORLD 2022/11面向低碳节能的交通能源融合智慧管理平台建设思路成霞（中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东 广州 510663）【摘要】综合应用了能源集约化精细化管控、数字孪生、碳目标下的能源优化调度、虚拟电厂等先进技术，构建了面向低碳节能的交通能源融合智慧平台。该平台可全面支撑交通能源融合业务场景需要，全息透明，灵活互动，业务敏捷，是解决交通领域节能降碳的有效手段。【关键词】交通能源融合；智慧管理平台；节能；降碳【中图分类号】TK018【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2022）11-0127-030引言据统计，全球碳排放排名前三的行
2、业分别是电力/热力行业、工业和交通运输行业，其中交通运输业占比约 10%，且呈逐年上升趋势，国家和行业的发展战略及中长期规划也均已针对交通运输领域贯彻落实碳达峰、碳中和提出了明确要求1。交通强国建设纲要 明确指出，优化交通能源结构，推进新能源、清洁能源应用，促进公路货运节能减排，加速交通基础设施网、运输服务网、能源网与信息网络融合发展。交通能源融合的智慧管理平台是采用先进的物联网、云计算、人工智能等技术，将现场能源系统终端设备的运行信息进行实时监控，通过对能源生产、输送、消费、存储等信息进行综合分析，结合能源市场交易、能源调度运行等信息，生成能源管理分析报告。通过能源报告可以对存在浪费的因素进
3、行消除，更加合理地安排生产，从而提高能源效率，实现节能降碳2。1需求分析为践行“3060”战略，有效地推进能源安全和交通强国战略目标，构建清洁低碳、安全高效的现代交通-能源体系，推动交通运输领域节能降碳，促进交通领域“清洁能源替代”和“电能替代”。在交通能源跨领域融合的应用场景下，交能融合智慧管理平台可实现能源、交通、物流、信息网之间的协同运行，实现与外部电网的友好互补，提高交通能源融合系统的运行经济性、可靠性，提升用户体验。对内实现冷、热、气、电运行数据的监测采集，协调优化调度园区内分布式资源和可控负荷；对外园区整体作为虚拟电厂为上级电网提供调峰等支撑服务，降低交通用电成本。2平台技术架构基
4、于业务流、数据流和信息流融合的设计理念，综合考虑交通能源系统业务体系、协调机制以及综合管理要求，构建面向交通能源管理的智慧管理平台。其总体技术架构如图 1 所示，包括感知层、协议层、物联体系、数据中心及应用层等3。（1）应用层。总体来看，应用层要求实现能源优化调度、能源管理及能源监视 3 个主要功能，具体展示内容包括系统运行监控、能源运行与调度、能源利用指标数据、设备状态监视等，支撑数字孪生的能源生产消费全过程动态展示。（2）数据中心。将能源网采集的各个子系统数据进行处理，实现数据的归类、归集和关联性分析；并按照业务要求利用数据挖掘、机器学习、聚类分析等技术进一步分析和利用数据。（3）物联体系
5、。满足智慧能源网业务信息量的需求，建设统一平台，保证通信网安全可靠、方便运维。（4）协议层。将智能仪表、传感器、可编程逻辑控制器等设备通过协议进行数据采集和传输。（5）感知层。主要包括物联网测量对象，通过先进的数据采集技术，传感器、智能仪表实现电、水、热等能源信息的采集。平台的监测对象主要包括交通与能源管控相关的对象，包括交通配用电系统，水气管网，建筑（包含养护站房、服务区、收费站等）能源系统，光伏、风电、储能等智慧清洁能源供应系统，充图1交通能源融合的智慧管理平台总体技术架构能源管理127DOI:10.16844/10-1007/tk.2022.11.002LOW CARBON WORLD
6、2022/11电桩、智慧灯杆等系统或设备。监控对象都可通过数据采集和协议接入平台进行运行监控及管理。3平台功能构想面向低碳节能的交通能源融合智慧管理平台要实现跨层次信息调用的供用能系统集成，利用数据分布式采集、存储、预处理及数字孪生技术，开展面向多交通供用能对象的空间建模和可视化监测效果构筑。智慧管理平台具备节能管理、降碳管理、设备管理及优化调度等功能，具体如图 2 所示。3.1节能管理3.1.1用能分析基于采集数据，对高速公路各系统能耗情况进行监控及分析。按照分项用电、分类用电等维度统计并分析能耗。3.1.2能耗对标从整体层面对耗能设备、主要耗能区域以及用能运行管理的过程进行数据分析，寻找设
7、备用能的规律和特点。用能管理可提升优化的空间，与历史能耗水平、地区平均能耗水平等不同指标进行比对，提出节能管理建议，主要内容包含：周期内高速公路整体用能概况。周期内发生用能超标的次数、对象。重点针对周期内的用能效果及与上一年同期、环比上一月、典型指标、地区平均能耗等指标的分析对比说明。后续在用能运行管理方面提供可改进优化的参考建议，以及能耗超标事件发生的原因分析、后续应如何调整改善的处理建议。3.1.3节能效果分析通过节能目标、任务分解、综合能源消费量、能源利用效率、节能量等多方面进行统计和分析。3.2降碳管理碳管理功能主要包括碳足迹计算追踪，实现碳数据采集，建立原始碳排放数据库。计算和分析单
8、位碳排放量、碳减排量及碳汇量，根据交通温室气体排放源及排放量，制定有效管控措施，减少碳排放，实现碳足迹追踪管理。根据排放数据，定额、限额量化指标，进行能耗识别水平识别，碳排放趋势预测及预警，并进行碳目标下的能量优化调度，支持碳排放权交易等辅助服务，同时具备专家咨询与决策支持功能3。3.3设备管理设备管理模块包括各类交通能源融合的终端设备，包括光伏发电设备、储能设备、用能设备的台账管理、运维管理、缺陷管理、检测报告管理等全寿命资产管理功能。3.4优化调度3.4.1功率预测功率预测主要包括负荷预测和发电预测两个部分，负荷预测提供以电力负荷特性分析为主的负荷率、不均衡系数、峰谷差、负荷极值、均值等特
9、性指标的图表分析功能。发电预测主要根据天气、设备状态等对新能源发电进行功率预测。3.4.2成本最低优化调度优化调度目标是在满足用电安全的基本要求下，实现用户用电成本最低化。在此模式下，能量管理系统根据电网侧的实时电价，满足内部的可调节负荷容量和制冷需求，通过量化经济、节能等各方面效益，降低用能成本。3.4.3虚拟电厂优化调度虚拟电厂优化调度是将分布式电源、可控负荷和储能装置聚合成一个虚拟的可控集合整体，参与上级电网的调度运行和市场交易。虚拟电厂可以充分挖掘分布式资源为电网和用户所带来的价值和效益，实现与电网的友好互动4。虚拟电厂的优化调度典型流程如下：当上级电网有调峰需求时（如第二天预测负荷峰
10、值很高，或者附近相关某条线路过载），上级电网在日前将调峰需求信息下发给虚拟电厂。调峰需求信息包括调峰时段、调峰容量、调峰补偿等。虚拟电厂接收到调峰需求后，评估内部是否可以满足调峰需求，如果能够满足并且经济合理，则决定接受该指令，并反馈给电网。与电网协商确定参与需求电厂的具体时间、削峰量等。虚拟电厂通过内部的优化调度，包括分布式电源处理调整、储能充放电控制、用户用能调整等，满足电网的运行需求。虚拟电厂优化调控功能如图 3 所示。3.5数字孪生资源池数字孪生资源池的构建可通过采样高速公路服务区、停车区、收费站和路域的终端信息，实现对高速公路供用能情况的实时监测，并基于相关数据建立数字孪生模型，实现
11、对交通能源融合系统运行状态的实时感知，进而评估和预测系统的健康状态（如异常检测、薄弱环节分析、灾害预警等）5。同时对系统总体的对外可调节能力进行分析。数字孪生资源池包含实时数据池、模型机理池以及支撑工具等。图2交通能源融合的智慧管理平台功能架构能源管理128LOW CARBON WORLD 2022/114平台硬件部署面向低碳节能的能源融合智慧管理平台硬件的部署如图 4 所示。区部署服务器主要用于实时性要求较高的操作，可以快速获取实时数据，并快速给出控制建议。区部署非实时数据。5特色与创新本项目基于交通能源融合场景，面向低碳节能需求，创新研究了集成一体的智慧能源能量管理技图3虚拟电厂优化调控功
12、能术，实现多子系统之间的协同管理、优化运行、交互响应和互补互济，构建了碳减排目标下交通能源融合的电-冷系统联合调度模型，有效提升了能源利用效率，减少碳排放，助力实现可持续发展的新型能源系统。5.1实现能源系统业务贯通及能源数据全景接入系统整合了源网荷储能源终端设备和应用系统，实现各业务子系统纵向互联，横向贯通，有利于支撑交通用电的智能化管理，全力打造优质高效、业务敏捷用能体验。平台集成了一体化数据采集处理物联体系，可支持 Lora、ZigBee、101、104、modbus 等多种通信规约，实现能源系统数据全业务场景感知。5.2建设多种能源终端基础数据库，打造全场景数字孪生资源池平台基于实时运
13、行数据、设备运维数据、机制模型数据及专家系统搭建数字孪生资源池，实时动态优化新能源、电动汽车、可控负荷、储能等能源终端设备模型库，有效支撑面向能源交通能源的综合利用及管理。5.3汇聚交通能源系统可控负荷，支撑虚拟电厂的协同运行平台依托新能源、电动汽车、可控负荷、储能等资源运行特性，实时动态分析可调负荷、可中断负荷，实现与电网系统的友好互动，支撑虚拟电厂的协同运行。6结语该平台的建设主要以推动能源消费、能源供给、能源技术和能源体制 4 个方面的“革命”为目标，通过物联网技术对交通能源设施进行综合改造优化，全面提升能源管控水平。同时，该平台具有可视化、数字化、网络化、专业化和精细化等特点，有利于保
14、证各项用能管理得到切实贯彻执行，有效推进交通能源数字化基础设施的建设。参考文献1 曾晓莹，邱荣祖，林丹婷，等中国交通碳排放及影响因素时空异质性J中国环境科学，2020，40（10）：4304-43132 李桂刚.H 公司智慧能源管理业务战略研究D.广州：华南理工大学，2020.3 蔡泽祥，孙宇嫣，郭采珊.面向泛在电力物联网的支撑平台与行业生态构建J.机电工程技术，2019，48（6）：1-4，17.4 方燕琼，艾芊，范松丽虚拟电厂研究综述J供用电，2016，33（4）：8-135 贺兴，艾芊，朱天怡，等.数字孪生在电力系统应用中的机遇和挑战J.电网技术，2020，44（6）：2009-2019.作者简介：成霞（1983），女，汉族，甘肃天水人，硕士研究生，高级工程师，研究方向为电力系统运行控制、智能电网、能源互联网。能源管理图4硬件部署129
