泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的展望

宮姍姍 魏繼俊

摘要：電力事業(yè)創(chuàng)新發(fā)揮下，電力系統(tǒng)運(yùn)行所面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素也逐漸增多，傳統(tǒng)電網(wǎng)模式已經(jīng)不能滿足電力系統(tǒng)的穩(wěn)定需求。積極應(yīng)用泛在物聯(lián)網(wǎng)能夠在一定程度上提高我國電網(wǎng)建設(shè)的整體水平，基于此文章對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用展開探討。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);物聯(lián)網(wǎng);泛在物聯(lián)網(wǎng);電力物聯(lián)網(wǎng)

引言

伴隨電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，發(fā)電裝機(jī)容量的持續(xù)增加以及分布式新能源的大量涌現(xiàn)，電網(wǎng)的連接主體日益增多并成為能源革命的中心環(huán)節(jié)和能源輸送和轉(zhuǎn)換利用的樞紐，對其靈活調(diào)節(jié)能力和智能化、數(shù)字化發(fā)展提出了新的更高要求。建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是解決電網(wǎng)技術(shù)問題、突破電網(wǎng)發(fā)展瓶頸的有效途徑，是電網(wǎng)公司的全面創(chuàng)新和深刻變革，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將帶動電網(wǎng)企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展，引領(lǐng)國家能源互聯(lián)網(wǎng)高質(zhì)量建設(shè)。? ? ? ? 1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的使命

智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)相輔相成、融合發(fā)展，形成強(qiáng)大的價(jià)值創(chuàng)造平臺，共同構(gòu)成能源流、業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流“三流合一”的能源互聯(lián)網(wǎng)。從三代電力系統(tǒng)發(fā)展歷程可見，能源轉(zhuǎn)型是必須的。發(fā)展風(fēng)電和光電是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)的必要手段。風(fēng)電光電比例增加導(dǎo)致了棄風(fēng)棄光，為了實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)，必須減少棄風(fēng)棄光。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)要解決的主要問題就是如何減少棄風(fēng)棄光，提高新能源利用率，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)。風(fēng)電場、光電站、火電廠、水電廠和大型用戶等已經(jīng)和調(diào)度連接了，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)主要是連接用戶和分散發(fā)電，尤其是可控負(fù)荷用戶。把可控負(fù)荷和分散發(fā)電有效控制起來，以實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷協(xié)同，減少棄風(fēng)棄光。

2泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1智能芯片

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)應(yīng)用包括三大因素，即對電力數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳遞，電力數(shù)據(jù)分析和管理以及電力信息的綜合應(yīng)用。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)是智能芯片，當(dāng)前越來越多的計(jì)量設(shè)備接入電力系統(tǒng)，且電力設(shè)備的運(yùn)行會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。而目前大多數(shù)的電力數(shù)據(jù)采集設(shè)備仍然依賴于傳統(tǒng)的工業(yè)采集設(shè)備，數(shù)據(jù)的有效性較低下、不夠精確，也使得終端的智能設(shè)備程度化降低，無法實(shí)現(xiàn)智能判斷與自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力的統(tǒng)一，進(jìn)而影響入網(wǎng)和分散式管理智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展是基于電力信息的有效整合，通過對電力資源利用、電力數(shù)據(jù)的傳遞以及數(shù)據(jù)分析，促進(jìn)終端智能化發(fā)展。

2.25G與LPWA

電力數(shù)據(jù)的大量傳輸，需要通訊設(shè)備實(shí)現(xiàn)一體化發(fā)展。當(dāng)前我國的電力設(shè)備分布較廣，遍布幾千個(gè)城市，因此存在供電分散范圍廣、供電連接難的問題，在無線網(wǎng)絡(luò)條件下的技術(shù)，很難滿足當(dāng)前的發(fā)展需求。而泛在電力物聯(lián)網(wǎng)對于LPWA和5G技術(shù)的運(yùn)用，將會成為重要的通信手段。第五代移動通信技術(shù)，即5G，是4G通訊設(shè)備之后的延伸，正在研究中。5G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行速度為10Gb/s（相當(dāng)于下載速度1.25Gb/s）。5G作為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必要條件，很大程度上在于5G網(wǎng)絡(luò)功能能夠解決電力傳輸、地域等方面限制網(wǎng)絡(luò)的問題。當(dāng)前4G的人均速率為5～10Mb/s，5G的速度將提升十倍，5G網(wǎng)絡(luò)峰值速率能達(dá)到1.2Gb/s，下載一個(gè)2GB高清電影，最快20s就可以完成，這樣的帶寬和網(wǎng)速能滿足包括智能服務(wù)機(jī)器人在內(nèi)的大量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的接入。因此對于電力的輸送方面，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)用具有一定的實(shí)效性和效率。5G網(wǎng)絡(luò)的主要目標(biāo)是讓終端用戶隨時(shí)隨地能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，5G網(wǎng)絡(luò)將來支持的設(shè)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止基本的智能家庭設(shè)備如鳥巢式室內(nèi)恒溫器等。

2.3物聯(lián)網(wǎng)平臺

當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)平臺已經(jīng)大范圍普及，通過對電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分析，可以有效地實(shí)現(xiàn)電力信息的高效利用。一體化信息數(shù)據(jù)平臺，需要具備當(dāng)前大數(shù)據(jù)處理的能力，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)故障診斷的人工智能水平，對相關(guān)的信息進(jìn)行預(yù)算。以此實(shí)現(xiàn)大小城市各個(gè)項(xiàng)目內(nèi)容的在線操作，實(shí)現(xiàn)云計(jì)算、云數(shù)據(jù)和人工智能的一體化。

3泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用

3.1利用數(shù)據(jù)打下服務(wù)基礎(chǔ)

建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)首先需要充分挖掘利用電力系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。采集變電站、輸電線路、用電信息等各個(gè)方面的數(shù)據(jù)，并利用好能源互聯(lián)網(wǎng)的信息通信理論，結(jié)合通信原理與圖論等處理辦法，對數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化、降維、重建等處理，從而為電力系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行和協(xié)調(diào)規(guī)劃打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)采集的主要方法是將充分兼容的感知裝置廣泛布置在電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，對關(guān)鍵電力設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行感知、測量、監(jiān)控，從而為電網(wǎng)公司電力設(shè)備的管理提供了極大的數(shù)據(jù)支撐和便利。

隨著5G時(shí)代的到來，網(wǎng)絡(luò)的通信速度將會更快速、穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、高速、雙向傳輸。邊緣計(jì)算技術(shù)在4G/5G網(wǎng)絡(luò)的加入以后，會使數(shù)據(jù)處理更加方便，資源共享更加迅速，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建更加全面。同時(shí)覆蓋地面的電力衛(wèi)星、無線專網(wǎng)的建立、骨干網(wǎng)的形成等多層次電力通信網(wǎng)絡(luò)將進(jìn)一步滿足網(wǎng)絡(luò)信息交互需求，實(shí)現(xiàn)泛在化的連接。此外，邊緣計(jì)算還將和云計(jì)算互補(bǔ)協(xié)同，進(jìn)一步提高分析處理數(shù)據(jù)的快速性和準(zhǔn)確性，讓用戶和電網(wǎng)以及用戶和用戶之間實(shí)時(shí)交互。

3.2打造經(jīng)濟(jì)、安全電網(wǎng)

結(jié)合高速發(fā)展的機(jī)器學(xué)習(xí)方法和已采集的數(shù)據(jù)，研發(fā)新能源-負(fù)荷實(shí)時(shí)監(jiān)測和功率預(yù)測系統(tǒng)，建立以火電、核電機(jī)組為基礎(chǔ)的電力調(diào)度系統(tǒng)。結(jié)合實(shí)時(shí)采集運(yùn)行中的電力設(shè)備的數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)自動診斷技術(shù)，可以感知設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，有針對性制定檢修策略，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性水平，從而提高供電的可靠性。結(jié)合泛在物聯(lián)的人機(jī)交互建立智能配電管理系統(tǒng)（IDMS），實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)環(huán)節(jié)的線上化，通過電子身份、電子工作票等減少人員冗余，提高國網(wǎng)內(nèi)部工作效率。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是由源、網(wǎng)、荷、儲、人等多方面參與的時(shí)空互動型網(wǎng)絡(luò)，因此，須實(shí)現(xiàn)能源資源的多目標(biāo)優(yōu)化，既要滿足供需要求，還要考慮成本、價(jià)格、效率等問題。在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的背景下，通過對數(shù)據(jù)的感知，可以分析泛在物聯(lián)網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的特征及相互聯(lián)系，并采用優(yōu)化模型對資源的優(yōu)化問題進(jìn)行解決，滿足用戶和業(yè)務(wù)的多樣化需求。

除了在運(yùn)行規(guī)劃方面對安全經(jīng)濟(jì)有保障以外，在與客戶進(jìn)行溝通交流方面也發(fā)生了巨大變化。泛在電力互聯(lián)網(wǎng)將為電網(wǎng)搭建智慧能源服務(wù)平臺，在企業(yè)內(nèi)部提高辦事效率，實(shí)現(xiàn)線上登記、線上管理、自動檢查等;配送方面實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)記錄，提高透明度與安全性;改變傳統(tǒng)的商業(yè)模式并出臺新型政策，將擴(kuò)大服務(wù)范圍，為能源企業(yè)、工業(yè)區(qū)、私人用戶等提供線上基礎(chǔ)供電服務(wù)、金融服務(wù)、大數(shù)據(jù)管理等，構(gòu)建了包括政府、電網(wǎng)、用戶、金融機(jī)構(gòu)在內(nèi)的新型能源生態(tài)體系。

3.3促進(jìn)新能源消納

能源的產(chǎn)生、消費(fèi)、傳輸環(huán)節(jié)都在由于社會的進(jìn)步而發(fā)生轉(zhuǎn)變，近年來，大量的分布式電源接入電網(wǎng)，但由于風(fēng)能和太陽能資源的間歇性、波動性、隨機(jī)性，使得電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨巨大挑戰(zhàn)，同時(shí)也造成了大量的棄風(fēng)棄光。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)新能源消納開辟了新的思路。利用人工智能技術(shù)，對新能源進(jìn)行短期發(fā)電預(yù)測，降低調(diào)度的難度;異質(zhì)能源間可以進(jìn)行信息交互，充分發(fā)揮能源互補(bǔ)優(yōu)勢，提高電力系統(tǒng)的靈活性，平抑風(fēng)電、光伏發(fā)電的不確定性，有效解決棄風(fēng)棄光問題，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化利用;通過數(shù)據(jù)交互，動態(tài)重構(gòu)配電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)最小棄風(fēng)棄光等優(yōu)化目標(biāo);通過電力市場手段，引導(dǎo)用戶的用電行為，實(shí)現(xiàn)削峰填谷的目標(biāo);通過增設(shè)儲能裝置，基于數(shù)據(jù)共享平臺，實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷儲協(xié)同優(yōu)化，發(fā)揮儲能裝置的時(shí)效性，減少電網(wǎng)消納的壓力。

結(jié)論

需要指出，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)的處理與分析、信息安全、商業(yè)模式的變化、基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)、高新技術(shù)的研究等方面還有許多亟待攻克的技術(shù)難關(guān)。不過，隨著國家政策的扶持以及相關(guān)行業(yè)專家的探索，已經(jīng)逐步形成了一套初步的支撐建設(shè)的信息通信理論體系。未來，通過社會各方的密切合作，通過理論創(chuàng)新、技術(shù)研究和模式變革，終將實(shí)現(xiàn)建設(shè)世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)這一目標(biāo)。

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