限电背景下，“源 荷储一体化”如何发展？

源 荷储一体化是构建以新能源为主体的新型电力系统的客观需要，为碳达峰、碳中和目标下我国电力行业发展提供了重要指引，研究其发展路径及发展模式具有重要意义。为此，图扑软件总结提源 荷储一体化能源服务发展模式，探讨在“双碳”背景下不同场景、不同需求的能源服务发展方向，并提出更好促进我国源 荷储协同发展的建议。

图扑软件利用自主研发引擎 HT for Web 将 Web 智慧“双碳”微电 场景进行数字孪生，有效实现源 荷储一体化管控。整体场景采用了轻量化建模的方式，重点围绕智慧园区电 联通中的源、 、荷、储四方面的设备和建筑进行建模还原，为用户带来“赛博朋克”的视觉体验。采用轻量化重新建模的方式，设计师就有“设计”的发挥空间，展现更多美学创意。支持 360 度观察虚拟园区内源 荷储每个环节的动态数据，通过图扑软件 HT 自带交互，即可实现鼠标的旋转、平移、拉近拉远操作，同时也实现了触屏设备的单指旋转、双指缩放、三指平移操作不必再为跨平台的不同交互模式而烦恼。

通过图扑软件完整复现的园区能量系统，实现分布式光伏发电系统、储能系统、太阳能+空气源热泵热水系统的综合管控。通过智慧能源管理系统，实现建筑能效管理、综合节能管理和“源 荷储”协同运行。

“源 荷储一体化”是一种可实现能源资源最大化利用的运行模式和技术，通过源源互补、源 协调、 荷互动、 储互动和源荷互动等多种交互形式，更经济、高效和安全地提高电力系统功率动态平衡能力。

系统分析

源“源”互补

图扑双碳智慧园区内智能微电 主要以多种可再生能源为主，电源输入主要为光伏、氢能、天然气、沼气等多种成熟发电技术。光伏是绿色能源，具有减少温室气体二氧化碳排放的特点，假设平均每天发电量为 1000 kWh， CO? 减排约为 785 kg，能大幅减少碳排放。

不同电源之间可通过“源 荷储一体化”平台有效协调，即通过灵活发电资源与清洁能源之间的协调互补，解决清洁能源发电出力受环境和气象因素影响而产生的随机性、波动性问题，有效提高可再生能源的利用效率，减少电 旋转备用，增强系统的自主调节能力。

Hightopo 制作的智慧新能源系统以“赛博朋克”风格进行展示，突出能量路由器、变压器、配电室等设备模型，利用 HT 提供的图形化组态 SCADA 能力，以线条流动的方式表达光伏从光能转化为电能、再到设备供电、储能全流程。当日超标电量、累计用电量、光照时长、辐照度分别统计，利于整合分析。利用柱状图动态显示 24 小时内的交流源出力和指令，掌握每日数据变化，提高电力调控能力。

能量电塔

电力塔直接连接到智慧园区的电 ，在满足为汽车充能的情况下，项目产生的多余能量会汇入整个园区的用电系统。整合分布式光伏发电系统等技术设备实现电源输入。通过图扑软件可视化场景内的 2D 面板对额定出力、出口电压、额定容量、额定电压、重量、档距进行数据监测，了解“源”侧的电力情况。

世界各国的常用交流电工频频率有 50Hz（赫兹）与 60Hz（赫兹）两种，民用交流电压分布由 100V 至 380V 不等。机房一般引入三相 380V ，50HZ 的市电作为电源，但是设备的电源整流模块用的是单相 220V 的电压。

变压器

变压器是输配电的基础设备，广泛应用于工业、农业、交通、城市 区等领域。我国在 运行的变压器约 1700 万台，总容量约 110 亿千伏安。变压器损耗约占输配电电力损耗的 40%。将交流赫兹、电压等级、节能序列、额定容量数据在 2D 面板展示，利于节能效率的提升。

配电室

配电室是指带有低压负荷的室内配电场所，主要为低压用户或用电设施配送电能，低压配电室的进线一般是由 35kV 或 10kV 变配电站内的低压开关柜分配出的 400V 电缆。通过图扑软件 HT 2D 面板实现配电室内电流频率、整机功耗、交流电压、交流电流的数据监控，便于运维管理。

源“ ”协调

在现有电源、电 协同运行的基础上，通过新的电 调节技术有效解决新能源大规模并 及分布式电源接入电 时的“不友好”问题，让新能源和常规电源一起参与电 调节。利用能源互联 核心设备——直流能量路由器满足未来电 对电能控制的复杂性和多样性要求。

图扑软件智慧双碳园区内“ ”侧核心设备的三维模型效果主要以贴图呈现，以保证在 页中高效加载和流畅运行。可提供导入 IFC 格式的 BIM 功能，在某些场景下使用 BIM 信息降低开发成本。

可再生电源，在输出功率、电压水平、频率质量等方面呈现出很大的不稳定性。如果这些分布式能源直接并 ，将会对大电 造成不同程度的扰动。利用图扑软件 2D 组态，显示交流电、直流电、信息流的设备连接情况，一屏掌控电流的运行节点信息。用红色的动态连接线显示直流电从屋顶光伏——能量路由器 A能量路由器 B——充电桩储能设备的流动过程；用黄色动态连接线显示信息流由能量路由器 A能量路由器 B——物联管理平台——智慧双碳园区的流动过程；用蓝色动态连接线显示交流电从电闸——能量路由器——消费端的流动过程；便于运维监测节点信息，增加并 的稳定性。

相较于 InTouch/IFix/WinCC 这些传统组态软件，图扑基于 Web 的平台更适合 C/S 向 B/S 转型的大趋势，多元素丰富的可视化组件和支持快捷的数据绑定方式，可用于快速创建和部署。为各类工业场景提供 2D、2.5D、3D （点击链接跳转至相关页面），多种清晰美观的可视化服务模式。满足了工业物联 现代化的、高性能的、跨平台（桌面Mouse/移动Touch/虚拟现实VR）的数据可视化需求，带来沉浸式的使用体验。

能量路由器

能量路由器是一种集成融合了信息技术与电力电子变换技术、实现分布式能量的高效利用和传输的电力装备。可作为电力局域 与主干 的交互接口，一方面负责局域 内部各个设备的运行和能量管理，同时接收上层电力调度中心的指令并上传局域 的运行状态。通过 HT for Web 渲染出朋克风的效果，并在能量路由器上添加 2D 面板，显示运行时间和状态。

电力电子变换技术使能量路由器为各种类型的分布式电源、储能设备和新型负载提供所需的电能接口形式，包括各种电压、电流量的直流或交流形式等。交流电仍是电能的主要利用形式，通过安装交流母线管理分布式电源是一种顺理成章的电能管理方法。

未来电 将在局部消纳的基础上，以微 、智能小区为自治单元，形成自下而上的能量单元的互联。将庞大的同步电 拆分成异步、自治的互联电力局域 ，并通过数字电 路由器（DGR）进行能量调配和 络互联。

“荷”互动

在“荷”侧，通过图扑软件 HT 的动态曲线图显示 24 小时光伏源出力情况，掌握电力的峰值和谷值。利用环形图显示空调、照明、充电桩和其他耗电设备的比率，密切关注高耗能设备进行降耗调控。在电 出现或者即将出现问题时，通过负荷主动调节和响应来改变潮流分布，确保电 安全经济可靠运行。

智能充电桩

智能电动汽车充电或智能充电是指电动汽车与充电设备共享数据连接，充电设备与充电运营商共享数据连接的系统。与传统充电设备不同，智能充电系统会智能监控、管理和限制其设备的使用，以优化能源消耗。通过 HT for Web 以贴图的形式设计出轻量化的智能充电站，可摆脱硬件设备的限制，实现充电桩的随时监控。模拟车辆进站的充电过程，显示智能充电桩的充电次数、当前功率、充电量、电池年限；当车辆电磁出现故障时，出现闪烁的红色框提示车站运维人员。

智能充电系统对设备的控制包括简单的开启和关闭充电，车辆的单向控制（V1G），允许增加或减少充电率，以及具有技术挑战性的双向车辆到电 （V2G），允许电动汽车在放电模式下向电 提供服务。

智慧楼宇

智慧楼宇是将建筑、通信、计算机和控制等各方面的先进科技相互融合，合理集成为最优化的整体，具有工程投资合理、设备高度自动化、信息管理科学、服务高效优质、使用灵活方便和环境安全舒适等特点，是能够适应信息化 会发展需求的现代化新型建筑。利用图扑双碳智慧园区内的 2D 面板对楼宇内电梯、空调、照明的能耗情况进行智慧监控，高效进行楼宇管理。

“储”互动

储能是微电 中不可缺少的一部分，在用电低谷时作为负荷充电，在用电高峰时作为电源释放电能。它在微电 中能够起到削峰填谷的作用，极大地提高间歇式能源的利用效率。

SOH 储能箱

点击园区内的储能箱会弹出 2D 面板对当前容量、电池温度、SOH 电池健康状态、累计充电量、累计充电次数、火灾风险进行统计和故障预警，保证集装箱系统的安全。图扑软件提供完备流水线作业工具链，从视图组件设计、图标设计、2D 图纸设计到 3D 场景设计皆有一站式的开发工具，设计师和程序员能实现协同作业开发，快速落地 2D、3D 可视化成果。

随着科技的不断发展，现在的储能主要有蓄电池储能、飞轮储能、超导磁储能、超级电容器储能，目前较为成熟的储能技术是铅酸蓄电池，但有寿命短和铅污染严重的问题。

电池系统主要由电芯串并联构成：首先十几组电芯通过串并联组成电池箱，然后电池箱通过串联组成电池组串并提升系统电压，最终将电池组串进行并联提升系统容量，并集成安装在电池柜内。储能变流器是将电池直流电转换为三相交流电的能量转换单元，其可运行于并 及离 模式。并 模式下变流器按照上层调度下发的功率指令与电 进行能量交互；离 模式下储能变流器可为厂区负荷提供电压频率支撑，并为部分可再生能源提供黑启动电源。

绿色智慧电 系统

为推进新能源建设和消纳，《电力可靠性管理办法（暂行）》提出新能源发电企业要加强发电功率预测管理，建立新型储能建设需求发布机制，积极稳妥推动发电侧储能建设，推进源 荷储一体化和多能互补。“十三五”期间，我国常规发电机组的等效可用系数保持在 91% 以上，变压器、断路器、架空送电线路等输变电设备等效可用系数长期保持 99% 以上，直流输电系统运行总体稳定。

图扑软件双高绿色智慧电 系统以首个国内最高电压等级特高压交流示范工程为依据，以动态流光线条展示电流的输送。它是我国自主研发、设计和建设的具有自主知识产权的 1000 千伏交流输变电工程——晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程，全长 640 公里。

通过与 HT for Web GIS 产品的结合，实现智慧电 的精细化管理。支持对不同地图瓦片服务或数据、航拍倾斜摄影实景的 3DTiles 格式数据以及城市建筑群等不同的 GIS 数据的加载，同时，结合 BIM 数据轻量化、三维视频融合以及 2D 和 3D 的无缝融合等技术优势，在 GIS 系统中对海量的 POI 数据、交通流量数据、规划数据，现状数据等进行多样化的可视化展示。

特高压能有效提升我国电 的输送能力，一回路特高压直流电 可以送 600 万千瓦电量，相当于 500 千伏直流电 的 5 到 6 倍，送电距离也是后者的 2 到 3 倍。输送同样功率的电量，如果采用特高压线路输电可以比采用 500 千伏高压线路节省 60% 的土地资源。

输电通道、张雄特高压、张北柔直的建设情况在电 系统的 2D 面板及时更新。在图扑软件的智慧电 系统中风机发电量及装机容量、光伏发电量及装机容量，按照年份以渐变的动态面积图进行统计。

将电 数据的中控平台接入可视化系统，实现新能源开发、运送、消耗数据的实时驱动，便于运维掌握一手资料。将能源政策分析解读、区域能源资源综合分析评估、发展规划编制、年度计划编制在 Hightopo 可视化系统中展示，以规划后续新能源电力设施的建设。

随着电 辅助监控系统的不断完善，结合数字孪生虚实互动的相关特性和功能，用户可以远程通过电脑、VR 等设备，利用平台系统逆向控制实现操作辅助监控设备，使用现场的高清、红外摄像头和智能机器人等监控设备对电 设备进行智能巡视。

新能源生产监管中心

随着碳达峰碳中和目标的提出，各国对新能源的开发利用达到了前所未有的高度。联合国 2025 年前能源承诺促进行动计划提出：到 2025 年实现再有 5 亿人获得电力供应，全球可再生能源发电能力增加 100%。在中国，2022 年一季度，全国风电新增并 装机 790 万千瓦。从新增装机分布看，“三北”地区占比约 70%，中东部和南方地区占比约 30%。

通过图扑软件可视化实现全国电力情况的数字孪生，统计全国范围内海上风电场和山区风电场的有功功率、日发电量总数，实现生产监管、决策支持、 表查看。

利用自主研发引擎 HT for Web 将 2D 和 3D 无缝融合，在 2D 面板查看新能源陆地总装机容量、海上总装机容量；接入区域公司数量、风场数量、风机总数量、总装机容量、逆变器数量、光伏电站数量实现有效管控。

采用环形图展示风力和光伏发电的日发电量、月发电量、年发电量。采用折线图分别展示风电机组和光伏机组的 24 小时有功功率。

《风电场利用率监测统计管理办法》的通知指出，风电场每日受限电量计算公式为：受限电量=受限时段风电场可用机组可发电量－受限时段风电场实发电量。其中，风电场可用机组可发电量指风电场内除设备故障、缺陷或检修等因素影响风电机组外，剩余可用风电机组在所处自然条件和设备状态下（不考虑电力系统运行因素影响），在相应时间内理论上可发出的电量。

点击 3D 场景内的各省份地图可弹出 2D 面板显示各省份风力发电机和光伏的装机数据。大连、崇明、厦门等地区高亮显示，点击光柱可查看对应陆上或海上风电场的运行情况，可利用物联 技术将故障风机标红，便于运维在可视化大屏查看并安排维修人员处理。

随着近海资源的大规模开发，为获取更多的风能资源，海上风电呈现规模化、集群化、深远海化的特点。可基于 Web3.0 建立点对点的去中心化的智能互联 ，保护数据隐私的同时，打破信息孤岛，让电力系统各部门间信息互通。加强全 统一调度，研究建立源 荷储灵活高效互动的电力运行与市场体系。

粒子案例

对于需要在一个面上展示的流体场，比如风场，水流场，压力场等，需要以动态的方式呈现，可以使用图扑粒子插件实现。在图扑软件可视化系统的主场景内可查看风电气流、全球风场、长江水场的粒子流动情况，右侧按钮可自由调节粒子数量、粒子速度、粒子痕迹，自定义粒子的行为。

采用 HT for Web 模拟的全球风场揭示了全球大气层完整的动力学和热力学动态演变的规律和趋势，为分析和预 台风、暴雨等各类极端灾害性天气现象提供最直接、最准确的实测初始资料。

风电机组的运行受到环境因素的影响很大，特定地形条件下的气流，直接关系到风电场的发电效果。了解复杂地形环境下的风能分布，能避开不利地形条件。例如：陡坡数量较多的起伏地形不利于风电场的开发。

将二维流体场信息作为贴图资源传给图扑 SDK。SDK 里使用贴图保存粒子的位置信息，利用流体场和粒子位置，计算出下一帧的粒子位置。然后融合上一帧的输出和当前输出，实现粒子的移动尾迹效果。

图扑粒子插件可以实现粒子的大小、粒子的形状、粒子的流速、 粒子数量、显示的阈值、仿真精度等参数调节。

2021 年水电、风电、光伏发电平均利用率分别约达 98%、97%和 98%，能源技术创新能力进一步增强。建立了完备的水电、核电、风电、太阳能发电等清洁能源装备制造产业链，成功研发制造全球最大单机容量 100 万千瓦水电机组，具备最大单机容量达 10 兆瓦的全系列风电机组制造能力，不断刷新光伏电池转换效率世界纪录。

图扑软件提供 Web 端的 UI/2D/3D、GIS、BIM 及 VR/AR 等可视化相关解决方案，自研核心引擎 HT 提供图形化组态 SCADA 能力，支持构建零代码物联 IoT 平台，共同构建工业元宇宙，普遍应用于智慧城市、智慧水务、光伏、风电、新基建、智慧医疗、智能制造等各行业的数字孪生、二维组态和三维组态项目。