摘要：低碳智慧园区增量配电网系统是实现“3060 双碳”目标和构建新型电力系统的核心载体，也是倒逼存量电力市场创新求变、推动我国新一轮电力改革的重要驱动力。为提升低碳智慧园区增量配电网建设运营的效率与效益，本文从“低碳”、“智慧”的角度利用多能物联技术构建面向新型电力系统的增量配电网系统架构。首先，概述了低碳智慧园区、增量配电网、多能物联技术的基本概念。其次，从技术、业务、应用层面系统阐述了低碳智慧园区增量配电网的系统架构，技术层面主要阐述新型能源系统向数字化电网、孪生电网的映射匹配；业务层面从电源侧、电网侧、用户侧概述了与低碳智慧园区增量配电网密切关联的业务域；应用层面对 9 类典型场景（远程集控、调度控制、运营优化、能效管理、设备资产管理、智能运维、虚拟电厂、需求响应、交易结算）进行了逐项分析。最后，对本文的研究内容进行了总结，并对低碳智慧园区增量配电网系统今后如何分阶段、有步骤、重点突出地实现平台导向、数据赋能、双碳发展进行了展望。本文研究成果可以为低碳智慧园区、增量配电网、新型电力系统以及信息物理融合新技术的政策、科研、产业人员提供决策参考。

0 引言

增量配网是我国电力体制改革的核

心与精髓，是新能源高比例渗透下网架

结构的自适应性调整，也是倒逼存量电

力市场改革创新的外在驱动力。近年来，

国家发改委、能源局及各省级单位相继

推出了多轮有关增量配电网的政策与要

求，鼓励社会资本参与增量配网投资建

设、放开增量配网供电区域市场的业务

与服务范围，既能够起到以小博大的推

动我国电力市场化改革，也能够通过业

务更新、技术革新、管理创新而惠之于民。

增量配电网系统与公用输配电网形

成互补优势，通过吸引社会资本、提倡

充分竞争、鼓励业务创新等实施配售一

体化，有利于实现分布式可再生能源就

近消纳、激发电网企业提升自身竞争力、

提高配电网运营效率与效益。在国家倡

导低碳、绿色园区的背景下，利用信息

化技术与手段提升园区增量配电网的自

动化与智慧化成为当前研究的主流。为

加快低碳智慧园区增量配电业务落地，

以及结合国家当前提出新型电力系统、

3060 双碳目标的政策导向，本文提出多

能物联技术并基于该技术提出低碳、智

慧型增量配电网系统架构，并对典型场

景进行分类讨论与分析。

1基本概念

1.1

低碳智慧园区

1.1

低碳智慧园区是我国“3060 双碳”

目标顺利实现以及增量配网落地见效的

重要载体，这里的园区主要是指较大规

模的工业园区、居民社区以及商业用配

电台区，以及由此两种及以上组成的规

模更大的增量配网供电区域。其中，低

碳是指园区生产、生活依赖高比例的清

洁能源供给能源，园区内产业、商业发

展与低碳循环协同互补，并基于低能耗

能源体系实现低污染甚至零污染排放；

智慧是指利用大、云、物、移、智、链

等技术，实现信息域向物理域的深度渗

透，据此实现园区能源产供消业务的智

能化、产业化、集约化。简言之，低碳

智慧园区就是联合低碳、智慧领域的最

新成果，实现园区用能的智能化、智慧

化水平，保证园区能源消耗朝向低碳化、

零碳化方向发展。

1.2

增量配电网

增量配电网是相对于原有存量电网

而言，在国家政策鼓励下融入社会资本、

力量新建的区域级新型配电网。相比于

传统电网，增量配电网在报建报批申请、

业主业务甄选、试点区域划分、运营价

格核定、投资收益分析、保底供电责任

等多个方面都有较大的复杂性与不确定

性。通过多年政策的科学引导，部分具

有电源、用户优势的增量配电网实现了

持续盈利、存续运营，也有更多的增量

配电网因投资研判失误、精细管理落实

等而导致运营效果不佳、逐步退出或被

淘汰。在继续扩大增量配电网业务方面，

需要政策、技术、投资、运营管理、业

务创新等多方面因素共同驱动，具有系

统复杂性，需要更长时间、更多探索实践。

当然，国家提出的“

3060 双碳”目标、

新型电力系统、综合能源服务以及近年

来发展迅猛的新能源、储能系统、电动

汽车将会进一步助推增量配电网的建设

与发展。

1.3 多能物联技术

多能物联是指面向能源生产、消费

用户的多样化需求，利用“大 - 云 - 物 -

移 - 智 - 链”等先进技术与能量转换、

存储、调控等设备设施提供多元化服务，

实现能量流、信息流多层面的深度融合，

确保能源系统安全、高效运行的综合能

源智能管控体系。多能物联具备大规模

清洁能源高比例渗透场景下的设备状态

全面感知、能量流动系统监测、能源效

率综合提升、能源安全有效保障等能力，

支持能源产业向着多能、绿能、节能、

智能方向的持续健康发展。多能物联致

力于打造“清洁主导、电为中心、互联

互通”的现代新型能源高效利用平台与

技术支撑服务体系。利用多能物联技术，

可以更好地开展源网荷储一体化以及多

能互补发展相关业务，助推增量配电网、

新能源微电网、综合能源系统、需求响应、

虚拟电厂、交易结算以及碳达峰碳中和

业务的落定应用。

2 系统架构

相比于传统存量配电网，增量配电

网具有更高的技术复杂性、业务多样性

以及应用开放性。其系统架构也会随着

国家政策导向、技术与产品创新、应用

需求变化而逐步优化完善，最终形成支

撑我国新型电力系统以及“3060 双碳目

标”的新生力量。围绕低碳智慧园区增

量配电网系统，接下来将从技术架构、

2.1 技术架构

基于低碳、智慧的发展理念，低碳

智慧园区增量配电网系统的技术架构自

底向上分为三层：底层为新型能源系统、

中层为基于物理配电网映射的孪生电网、

上层为基于数字化电网映射的孪生碳网。

从技术的角度的分析，三层架构实现能

源物理世界向平台化映射、能源消耗与

双碳化映射，最终实现业务网、能源网、

2.1.1 新型能源系统

构建以“源网荷储协同 冷热电气互

补”的新型能源系统，实现低碳智慧园

区增量配电网系统各终端的物联互通、

信息共享。具体而言，在碳智慧园区增

量配电网系统已有的公用变电站、配电

网、变压器、配电线路以外，增设配套

的信息采集、传输、处理、展示等信息

系统，增强对终端设备的感知能力；用

户就近或在有条件的区域新增光伏发电、

风电、储能、充电桩等设备，满足分布

式可再生能源的就近消纳、利用储能削

峰填谷、方便区内用户电动汽车充电的

需求；持续扩大终端电能替代、氢能替

代，即更多采用电能、氢能满足低碳智

慧园区增量配电网系统内工商业与居民

用户的用冷用热需求；增设电解制氢、

采用节能降耗设备、更新节能降耗技术、

创新节能降耗管理模式、推行市场化节

能降耗服务等。

2.1.2 孪生电网

新型电力系统解决低碳智慧园区增

量配电网系统本身终端元素增多、关联

关系更加复杂化后的网络结构优化，以

及信息网向能源网进一步延伸、扩展的

问题。孪生电网是利用数字孪生技术，

采用数据模型构建和物理世界一模一样

的虚拟模型、虚拟世界，虚拟世界的状

态随着物理世界的变化而改变。基于孪

生电网，一方面能够对低碳智慧园区增

量配电网系统的设备状态、运行状况等

进行信息采集、评估诊断，另一方面利

用数字孪生技术实现二三维联动，能够

让运维人员及时全面地掌握低碳智慧园

区增量配电网系统的实际运况。总之，

孪生电网利用“大 - 云 - 物 - 移 - 智 - 链”

等新型技术构建“数据自动采集 - 业务

分类处理 - 策略按需制定 - 资源协同优

化”，实现物理世界与数字世界之间的“动

态链接”和“双向传输”。

2.1.3 孪生碳网

孪生碳网主要通过能源消耗的双碳

化映射，构建和能源网对应、等价的碳

网，实现两张网的数据同源、业务共线、

一体化联动。

总之，低碳智慧园区增量配电网系

统将围绕风光新能源就近足额消纳、储

能参与下的以供定需、满足用户多种类

多品质需求、多能源形式与碳融合为一

体的数字化平台化新型能源系统。新型

能源系统在物理域步调一致、经济有序

地实现源网荷储协同与冷热电气互补；

在信息域实现对多能物联互通物理世界

的状态全面感知、信息流畅共享；在信

息物理融合层面基于技术支撑和业务导

向，实现数据同源、业务共线、平台承

载和一体化联动。

2.2 业务架构

低碳智慧园区增量配电网系统虽然

用在园区，但同时受来自系统内外电源

侧、电网侧、用户侧多种因素的共同影响，

需依托于数字化平台管理技术协调好各

方关系，为增量配电网业务的开展搭建

有序的业务环境。具体而言，一方面需

要采用信息化技术和手段实现对现有能

源网络的信息化管理，即实现对各终端

信息的全面采集、精准处理与业务协同；

另一方面构建源网荷储完备、冷热电气

全面的系统框架以及典型应用场景。

态势全面感知的业务架构能够根据

低碳智慧园区增量配电网系统建设与发

展需求，开展面向电源侧、电网侧、用

户侧的多种业务，并在物理域、信息域、

信息物理融合方面力求创新：物理域以

“储能 +”为核心，探索多能物物互联新

业态、新模式；信息域基于多能物联管

控平台、协调控制器进行多能协同管控；

通过物联网、工业互联网、信息通信与

控制技术、边缘计算、云边协同等实现

信息与物理的深融合、强交互。

2.2.1 电源侧业务域

电源侧业务域可实现对低碳智慧园

区增量配电网系统周边互联的火力发电、

水电、集中式风电、集中式光伏发电信

息的全面感知，并结合区内的用电需求

特点开展水储、火储、光储、风储业务

协同。

1）火储业务协同

2）水储业务协同

3）风储业务协同

4）光储业务协同

2.2.2 电网侧业务域

低碳智慧园区增量配电网系统通过

参与辖区内外直接相连的供配电网、变

电站、能源站、集中式数据中心、大型

充换电站等，全面获取相关信息，据此

开展电网侧储能电站业务、大型充换电

站业务、能源站业务、数据中心节能降

耗业务。

1）电网侧储能电站业务协同

2）大型充换电站业务协同

3）能源站业务协同

4）数据中心节能业务协同

2.2.3 用户侧业务域

低碳智慧园区增量配电网系统基于

业务创新平台全面获取辖区内接入终端

（如分散风电、分散光伏、储能系统、

交直流充电桩、可控负载）的信息，开

展能源集控、智能运维、虚拟电厂、需

求响应、新能源微电网、能源管理、多

能互补等相关业务，满足低碳智慧园区

增量配电网系统内用户的多样化、差异

化需求。

1）能源集控业务协同

2）智能运维业务协同

3）虚拟电厂业务协同

4）新能源微电网业务协同

5）能源管理业务协同

6）多能互补业务协同

2.3 应用架构

低碳智慧园区增量配电网系统基于

数字化、平台化构建能够实现辖区内冷

热电气氢终端信息采集、传输、处理及

业务应用的综合管控平台。通过该平台，

对上接入电网调度、需求响应平台、智

慧能源管理平台，对下与试验区变配电、

用户需求响应、新能源场站、储能电站、

充电站等数据进行连通，基于上下协同

可以实现系列化智慧应用服务，比如自

动需求响应、智慧停车、自动交易结算等。

低碳智慧园区增量配电网系统管控

平台综合运用云计算、边缘计算、云边

协同等技术的新型架构，由智能通信终

端、边缘控制终端、中台层、应用层组成，

实现边缘感知、多层认知、分区应用、

按需精控

2.3.1 边缘层

低碳智慧园区增量配电网系统管控

平台边缘层的核心设备是多能物联边缘

控制终端，该终端具有边缘智能和云边

协同功能，在多能物联管控平台的统一

管控下按辖区进行配置，根据自身运况

及辖区管控单元的需要，可基于边缘计

算环境下载、更新、卸载各类应用 APP，

据此完成本辖区各类发电、储能、负荷

设备的协调控制功能。多能物联协调控

制终端采用模块化设计进行功能分区，

各类功能实现依赖于对应的模组或边缘

计算环境开发适用于不同场景的 APP（如

信息采集 APP、物联通信 APP、需求响应

APP、智能计量 APP 等），据此满足特定

用户场景的需求，便于功能升级与维护。

同时，多能物联边缘控制终端侧重

感知数据汇聚、存储、处理和智能应用，

扮演“中场”协理员的角色：向下汇聚

多能物联通信终端采集的数据，实现“聚

边到域”；向上按需提供可用于云端分

析的数据，实现“数据入云”。基于多

能物联边缘控制终端，实现物联网数据

按需逐级向中台层、应用层汇聚。

2.3.2 中台层

低碳智慧园区增量配电网系统管控

平台的中台层包括数据中台、业务中台、

技术中台，三类中台汇聚通信终端采集

数据、边缘控制终端结果数据和业务数

据，侧重多种业务数据的融合分析，实

现多维数据之间的关联及深度挖掘，为

各业务场景的具体应用提供支撑服务。

1）技术中台致力于通过知识图谱技

术、自然语言处理、边缘计算、云计算、

区块链等，实现数据模型、数据管理、

数据开发与治理、数据运维等功能，解

决低碳智慧增量配电网平台应用的效率

问题、能力问题、协作问题。

2）数据中台综合利用大数据、数据

模型、数据分析挖掘储能站等终端数据

资产的价值信息，据此形成有价值的分

析结果，以可视化等形式对低碳智慧增

量配电网平台内外提供数据服务。

3）业务中台可以提供远程集控、智

能调度、远程测控、智能运维、运营优化、

设备资产管理、计量收费、交易结算等

服务，支持 PC 端、移动端低碳智慧增量

配电网平台用户开展各类业务。

2.3.3 应用层

1）远程集控

远程集控主要实现对低碳智慧园区

增量配电网系统内智慧园区、智慧楼宇

等各站点的监视、控制、管理和维护管

理工作，实现“统一管理、集中控制、

无人值班、少人值守”的管理目标。其

功能包括图形数据显示、视频管理、报

警处理、历史数据归档和检索、趋势显示、

报表生成和打印、操作控制等。根据各

类型储能站实际运行需要，还可以选择

提供五防闭锁和操作票控制功能、自动

无功电压控制、事故追忆等应用软件。

2）调度控制

低碳智慧增量配电网平台作为电网

的二级调度，是连接上级调度与园区各

类用能设备的纽带，形成了省网 - 低碳

智慧增量配电网平台 - 园区用电设备的

三级调度控制架构。低碳智慧增量配电

网平台对园区终端用电数据进行汇总分

析，对各站设备资产进行分析，为园区

设备的优化运营提供针对性的方案。同

时，低碳智慧增量配电网平台接收接收

上级电网、需求响应中心的需求侧响应

充放电指令，并将指令根据各接入设备

的实际情况分解下发与控制。

3）运营优化

低碳智慧增量配电网平台能够对通

信信道进行监测，包括通道当前状态，

建立时间、中断时间、误码率统计、中

断次数和中断累计时间统计等信息。通

过统计、分析园区各类终端设备上送的

数据和智慧能源平台的相关数据，综合

投资、运行消耗和储能收益，评估园区

的运营状况和投资回报率，优化园区的

运行效益。

4）能效管理

能效管理模块结合园区级智能运维

经验，根据园区用户习惯和设备特性设

置节能优化策略，维护园区用能整体运

行安全、节能高效。同时，还可以利用

信息化手段全面感知园区能耗信息，分

析节能空间并对标行业能效先进指标，

分重点有步骤地实施改进。比如通过对

调度计划曲线的解析，有序开启空调或

调低空调温度，以达到节电目的。

5）设备资产管理

设备资产管理模块实现设备资产购

入后全生命周期运营管理，并以此延伸

到园区企业的生产经营活动管理，涉及

的端到端场景包括生产单元（车间、产

线、设备）实时监控与分析、故障维修、

计划性维护、预测性 / 预防性维维修、

物料管理、供应链管理、工艺优化、订

单管理、质量管理、产能共享等。

6）智能运维

低碳智慧增量配电网平台通过智能

运维看板显示设备总数、巡检异常、工

单统计等内容，据此下发巡检计划。值

班人员根据巡检计划派发的巡检任务，

通过移动 APP 完成巡检工作，并按巡检

要求记录巡检情况，对于巡检过程中发

现的缺陷可通过 APP 录制缺陷相关视频、

音频、图片等相关内容上传同步至低碳

智慧增量配电网平台。系统自动流转缺

陷至检修部门，并提醒相关人员处理缺

陷问题。

7）虚拟电厂

低碳智慧增量配电网平台下的电力

辅助市场参与主体主要包括交易中心 &

综合能源服务公司、虚拟电厂、分布式

能源 + 储能 + 电动汽车、可控负荷 + 储

能 + 电动汽车。开展的主要业务包括能

量聚合、辅助服务、需求触发、需求响应、

市场化交易、能效管理等。

8）需求响应

低碳智慧增量配电网平台构建多方

协调互动、互利共赢的商业模式，提出

了一种考虑时空分布特性的园区终端应

用电能优化调配方法，通过建立区级 –

区域 – 站级 3 层调控模型，实现平台电

网、投资商、供应商、用户等产业链各

方效益最优化。

9）交易结算

低碳智慧增量配电网平台借鉴互联

网交易平台模式，通过区块链分布式存

储、加密技术、共识算法，将储能、设备、

产品、运维等交易服务过程记录在区块

链上，实现公平、公正、公开的储能交易，

面向储能站的电网企业（注册服务商）、

投资商、供应商（注册服务商）、用户（消

费者）等各类平台用户。

总之，为满足设计复杂性、应用前

卫性的需求，低碳智慧增量配电网平台

与人工智能、移动边缘计算等技术手段

的融合，并借助 5G 网络的海量连接性能，

使其成为具有良好协同能力和调控能力

的有机整体，以满足低碳智慧园区增量

配电网各项业务的具体需求，提升专业

服务能力和园区的品牌形象，进一步优

化园区的公共服务能力与智慧低碳服务

体验。

3 结束语

低碳智慧园区增量配电网系统是实

现“3060 双碳”目标和构建新型电力系

统的重要载体，也是推动我国新一轮电

力改革的重要驱动力。本文在介绍低碳

智慧园区、增量配电网、多能物联技术

等概念的基础上，从技术架构、业务架

构、应用架构三个方面对如何构建低碳

智慧园区增量配电网系统进行了系统阐

述和分析，相关结果可供低碳智慧园区、

增量配电网、新型电力系统以及信息物

理融合新技术的政策、科研、产业人员

借鉴参考。

此外，低碳智慧园区增量配电网系

统架构随着政策调整、应用创新以及时

间推移而逐步完善，并非一蹴而就。未

来可以分阶段、有步骤、重点突出地实

现平台导向、数据赋能、双碳发展，发

展思路建议如下：

1）阶段一：构建态势全面感知的业

务创新平台，厘清可实施落地的增量配

电网业务，并根据业务需求实现整个业

务辖区全品类业务信息的精准采集、精

彩呈现。

2）阶段二：打造信息物理耦合的低

碳智慧增量配电网平台，利用信息物理

耦合技术成果孪生电网，实现信息域向

物理域的深度渗透，支持开展面向冷热

电气氢业务的多类型、多层次、多样化

服务，满足业务辖区业主、利益相关者

的差异化需求。

3）阶段三：进阶以新型电力系统为

主体的双碳管理平台，基于碳达峰碳中

和任务目标，实现能源业务与碳业务的

衔接、匹配，打造区域乃至全国具有示

范意义的新能电力系统“碳达峰 碳中和”

管理平台，据此实现增量配网业务的零

碳化、大众化、智能化协同发展。

致谢本研究的完成感谢国家自然科学基

金（71571187）、中国博士后面上资助

项目（2019M662792）的支持。