泛在電力物聯(lián)網(wǎng)實施策略研究

張哲宇 楊征

摘要：建設泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)能源轉型目標的必要手段。從電力系統(tǒng)發(fā)展歷程和面臨的問題出發(fā)，論述了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的意義，提出了實施策略和可能遇到的問題。為實現(xiàn)能源轉型，風電光電等可再生能源裝機容量不斷增加。這些能源的隨機性給電力系統(tǒng)的功率平衡造成巨大壓力，有時不得不棄掉一部分風電光電。為了維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行、提高風電光電的利用率，必須對可控負荷和分散式發(fā)電進行控制。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);智能電網(wǎng);策略

1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的定義

物聯(lián)網(wǎng)的概念由MIT的KevinAshton在1998年首次提及，他指出將RFID技術和其他傳感器技術應用到日常物品中構造一個物聯(lián)網(wǎng)。緊接著的第二年由KevinAshton帶頭建立的Auto-IDcenter對物聯(lián)網(wǎng)的應用進行了更為清晰的描述：依靠全球RFID標簽無線接入互聯(lián)網(wǎng)，使得從剃須刀到歐元紙幣再到汽車輪胎等數(shù)百萬計的物品能夠被持續(xù)地跟蹤和審計。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的特征

物聯(lián)網(wǎng)作為通信、信息、傳感、自動化等技術的融合，具有全面感知、可靠傳遞和智能處理的特征。全面感知就是讓物品會說話，將物品信息進行識別，利用RFID、傳感器、二維碼等能夠隨時隨地采集物體的動態(tài)信息。并通過網(wǎng)絡傳輸后臺，進行信息共享和管理。可靠傳遞指信息通過現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡資源進行實時可靠傳輸。智能處理就是通過后臺的龐大系統(tǒng)來進行智能分析和管理。真正達到人與物的溝通、物與物的溝通。

2 物聯(lián)網(wǎng)的體系構架

物聯(lián)網(wǎng)的體系架構大致可以分為技術體系、標準體系、產(chǎn)業(yè)鏈體系和應用體系。物聯(lián)網(wǎng)的技術體系分為感知層、網(wǎng)絡層和應用層，公共技術貫穿體系中的全部技術環(huán)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)的標準體系分為基礎平臺標準和應用子集（輪廓）標準。物聯(lián)網(wǎng)的應用體系更加豐富多彩，物聯(lián)網(wǎng)技術可以應用于智能電網(wǎng)。

3 常規(guī)發(fā)電廠與新能源發(fā)電廠協(xié)同運行

3.1 風電火電打捆輸送

風電火電打捆輸送對減少棄風、實現(xiàn)新能源遠距離輸送具有重要意義。我國風能開發(fā)主要集中在風能資源豐富的三北地區(qū)，這些地區(qū)受電力負荷水平低、系統(tǒng)規(guī)模小、風電就地消納能力不足的限制，大規(guī)模風電必須送到區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)甚至其他區(qū)域電網(wǎng)消納。風電年利用小時數(shù)低，單獨遠距離傳輸經(jīng)濟性差，同時傳輸線路上的功率頻繁波動不利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，采取風電火電打捆外送并對風電火電的有功功率進行協(xié)調(diào)控制，能有效地減小線路功率的波動，有利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。風火打捆外送已經(jīng)在西北獲得應用。風火打捆適用于風電場和火電廠距離不太遠，可以使用同一線路輸送的場合。

3.2 風電水電協(xié)同運行

風力發(fā)電等隨機性可再生能源的接納是當前電力系統(tǒng)面臨的基本問題。風電的隨機性導致部分時間系統(tǒng)內(nèi)功率過剩，風電場被迫關機或降低出力;而在其他時間系統(tǒng)有功功率不足，頻率降低或需要增加備用容量。風電場具有能量輸出，水電廠具有容量保證，風電和水電具有互補性。在保證系統(tǒng)安全運行條件下，考慮水電廠的水能儲備和風電場功率預測，根據(jù)風電場實時輸出功率，發(fā)揮水電機組的快速調(diào)節(jié)作用，目標是保證協(xié)同運行的水電廠和風電場向電力系統(tǒng)提供的有功功率之和按計劃輸出。從而將隨機電源轉化成能夠保證輸出功率的按計劃發(fā)電的電源，降低了含隨機電源的電力系統(tǒng)調(diào)度和運行的難度，減少了棄風。

這種運行方式叫做風電和水電的協(xié)同運行。風電水電協(xié)同運行機理及控制方法的理論研究，對揭示電力系統(tǒng)中隨機電源的獨立控制規(guī)律具有重要意義，為解決大規(guī)模風電并網(wǎng)運行提供了新的思路。以較少的水電能量協(xié)同較大的風電能量。協(xié)同運行原理同樣適用于可以深度調(diào)節(jié)的火電機組和風電場。

3.3 熱電廠的棄風蓄熱

東北西北等地區(qū)冬季風資源較好，此時需要供熱，熱電機組“以熱定電”必須發(fā)出一定的電功率，造成棄風。為了調(diào)峰需要，允許供熱電廠建設電蓄熱裝置，棄風加熱、存儲熱能，增加電網(wǎng)負荷谷值，從而為風電上網(wǎng)留出更大空間，提升風電消納率，降低熱電機組熱負荷峰值，且能為整個電熱聯(lián)合系統(tǒng)帶來經(jīng)濟收益。其特點是風電場減少了棄風，部分收益分配給熱電廠，熱電廠用棄風電能是獲得收益的;而對社會的回饋是減少了煤炭的使用，為保護環(huán)境做出了貢獻。

4 可控負荷的有效控制

4.1 可控負荷

電動汽車是可控負荷中最容易實現(xiàn)可控的，其次是熱水器、電熱鍋爐和空調(diào)等。利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以組織可控負荷參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻。當然，可控負荷的控制應該和被控用戶有協(xié)議，并且用戶可以獲得被控收益，實現(xiàn)控制與被控制的雙贏。

4.2 電動汽車的充放電控制

電動汽車（EV）是一種非常特殊的負荷，因為電動汽車不僅可以作為負載，還可以作為發(fā)電機，對應充電（G2V）和放電（V2G）模式。適用條件如下：1）電動汽車屬于可控負荷，對其充電進行控制可以達到在時間上移動負荷，調(diào)整負荷曲線和響應新能源發(fā)電的目的。對于允許充電控制的汽車，給予電價優(yōu)惠。2）使用上達不到最佳充放電周期的電動汽車或者長時間閑置不用時，也會減少電池的使用壽命，適當?shù)腣2G有助于維護電池的壽命，同時車主可以獲得收益。但是頻繁的V2G模式會降低電池壽命，技術和經(jīng)濟上都是不可行的。3）在緊急情況下，電動汽車可以作為分布式儲能，保證就近的1級負荷供電，車主可以獲得應急支援的高額補償。因此，對電動汽車進行聚類分析，分類適當使用，將給電力系統(tǒng)和車主帶來雙贏。汽車的無線通信和網(wǎng)絡功能已經(jīng)成熟并得到廣泛應用，基本具備控制條件。

4.3 空調(diào)等可控負荷的控制

熱水器、電熱鍋爐和空調(diào)等可控負荷的控制比較復雜，首先要解決通信和網(wǎng)絡連接問題。因此，必須發(fā)展泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，把這些可控負荷有效組織和控制起來，參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻。

5 風險防范

1）泛在電力物聯(lián)必須保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行和對用戶的安全可靠供電，尤其是網(wǎng)絡安全風險的防范。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是信息物理系統(tǒng)（CPS），但其職能是在實現(xiàn)能源轉型目標的過程中提供安全可靠的電能。泛在電力物聯(lián)的同時必須考慮安全防范措施，做到安全措施與泛在電力物聯(lián)同時設計、同時施工、同時投入運行。

2）提高效率和使用方便是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)獲得社會認可和積極使用的基礎。泛在電力物聯(lián)應該為用戶帶來便利。不是根據(jù)實際需要的大規(guī)模建設和不成熟技術的廣泛推廣，都可能造成巨大的浪費。

6 結論

建設泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)能源轉型目標的必要手段，發(fā)展風電和光電是實現(xiàn)能源轉型的基礎，減少棄風棄光是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的一項主要任務。

參考文獻：

[1]周孝信，陳樹勇，魯宗相，等.能源轉型中我國新一代電力系統(tǒng)的技術特征[J].中國電機工程學報，2018，38（7）：1893-1904，2205.