泛在電力物聯網在電力系統中應用的展望 許然

發表時間:2019/10/16   來源:《當代電力文化》2019年第9期   作者:許然 張強
[導讀] “三型兩網”的戰略目標在2019年兩會報告上被提出,其中,“兩網”指的是堅強智能電網和泛在電力物聯網。
國網新疆電力公司檢修公司 新疆 烏魯木齊   830000

        摘要:社會對電的依賴,要求更高的供電可靠性、優質性、經濟性,電網規模越來越大,電網的形態發生變化,使供電壓力越來越大;電力市場逐漸開放,輸配電價格日益降低、電量增長減速,電網業務面臨激烈的市場競爭;5G網絡、低功耗器件、人工智能、邊緣計算等高新技術的快速發展,促使了全面感知、全程在線、全要素互聯的能源電力新業態的形成和發展,也迫使國家電網打破傳統行業態勢,發展運用新技術的新型運營模式。為此,“三型兩網”的戰略目標在2019年兩會報告上被提出,其中,“兩網”指的是堅強智能電網和泛在電力物聯網。
        關鍵詞:電力物聯網;電力系統;應用展望
        1泛在電力物聯網的使命
        智能電網和泛在電力物聯網相輔相成、融合發展,形成強大的價值創造平臺,共同構成能源流、業務流、數據流“三流合一”的能源互聯網。從三代電力系統發展歷程可見,能源轉型是必須的。發展風電和光電是實現能源轉型目標的必要手段。風電光電比例增加導致了棄風棄光,為了實現能源轉型目標,必須減少棄風棄光。泛在電力物聯網要解決的主要問題就是如何減少棄風棄光,提高新能源利用率,實現能源轉型目標。風電場、光電站、火電廠、水電廠和大型用戶等已經和調度連接了,泛在電力物聯網主要是連接用戶和分散發電,尤其是可控負荷用戶。把可控負荷和分散發電有效控制起來,以實現源網荷協同,減少棄風棄光。
        2泛在電力物聯網的關鍵技術
        2.1智能芯片
        泛在電力物聯網的技術應用包括三大因素,即對電力數據進行采集、傳遞,電力數據分析和管理以及電力信息的綜合應用。泛在電力物聯網的核心技術是智能芯片,當前越來越多的計量設備接入電力系統,且電力設備的運行會產生大量的數據。而目前大多數的電力數據采集設備仍然依賴于傳統的工業采集設備,數據的有效性較低下、不夠精確,也使得終端的智能設備程度化降低,無法實現智能判斷與自適應調節能力的統一,進而影響入網和分散式管理智能化網絡系統。泛在電力物聯網的發展是基于電力信息的有效整合,通過對電力資源利用、電力數據的傳遞以及數據分析,促進終端智能化發展。
        2.25G與LPWA
        電力數據的大量傳輸,需要通訊設備實現一體化發展。當前我國的電力設備分布較廣,遍布幾千個城市,因此存在供電分散范圍廣、供電連接難的問題,在無線網絡條件下的技術,很難滿足當前的發展需求。而泛在電力物聯網對于LPWA和5G技術的運用,將會成為重要的通信手段。第五代移動通信技術,即5G,是4G通訊設備之后的延伸,正在研究中。5G網絡的運行速度為10Gb/s(相當于下載速度1.25Gb/s)。5G作為物聯網發展的必要條件,很大程度上在于5G網絡功能能夠解決電力傳輸、地域等方面限制網絡的問題。當前4G的人均速率為5~10Mb/s,5G的速度將提升十倍,5G網絡峰值速率能達到1.2Gb/s,下載一個2GB高清電影,最快20s就可以完成,這樣的帶寬和網速能滿足包括智能服務機器人在內的大量物聯網設備的接入。因此對于電力的輸送方面,泛在電力物聯網的運用具有一定的實效性和效率。5G網絡的主要目標是讓終端用戶隨時隨地能夠實現聯網狀態,5G網絡將來支持的設備遠遠不止基本的智能家庭設備如鳥巢式室內恒溫器等。
        2.3物聯網平臺
        當前物聯網平臺已經大范圍普及,通過對電力系統的數據進行合理分析,可以有效地實現電力信息的高效利用。一體化信息數據平臺,需要具備當前大數據處理的能力,實現電力系統故障診斷的人工智能水平,對相關的信息進行預算。以此實現大小城市各個項目內容的在線操作,實現云計算、云數據和人工智能的一體化。
        3泛在電力物聯網在電力系統中應用
        3.1利用數據打下服務基礎
        建設泛在電力物聯網首先需要充分挖掘利用電力系統中的數據。

采集變電站、輸電線路、用電信息等各個方面的數據,并利用好能源互聯網的信息通信理論,結合通信原理與圖論等處理辦法,對數據進行歸一化、降維、重建等處理,從而為電力系統的優化運行和協調規劃打下堅實基礎。
        數據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的各個環節,對關鍵電力設備的運行狀況進行感知、測量、監控,從而為電網公司電力設備的管理提供了極大的數據支撐和便利。
        隨著5G時代的到來,網絡的通信速度將會更快速、穩定,可以實現數據的實時、高速、雙向傳輸。邊緣計算技術在4G/5G網絡的加入以后,會使數據處理更加方便,資源共享更加迅速,網絡構建更加全面。同時覆蓋地面的電力衛星、無線專網的建立、骨干網的形成等多層次電力通信網絡將進一步滿足網絡信息交互需求,實現泛在化的連接。此外,邊緣計算還將和云計算互補協同,進一步提高分析處理數據的快速性和準確性,讓用戶和電網以及用戶和用戶之間實時交互。
        3.2打造經濟、安全電網
        結合高速發展的機器學習方法和已采集的數據,研發新能源-負荷實時監測和功率預測系統,建立以火電、核電機組為基礎的電力調度系統。結合實時采集運行中的電力設備的數據和設備狀態自動診斷技術,可以感知設備的實際運行狀態,有針對性制定檢修策略,提高設備運行可靠性水平,從而提高供電的可靠性。結合泛在物聯的人機交互建立智能配電管理系統(IDMS),實現現場作業環節的線上化,通過電子身份、電子工作票等減少人員冗余,提高國網內部工作效率。
        泛在電力物聯網是由源、網、荷、儲、人等多方面參與的時空互動型網絡,因此,須實現能源資源的多目標優化,既要滿足供需要求,還要考慮成本、價格、效率等問題。在泛在電力物聯網的背景下,通過對數據的感知,可以分析泛在物聯網各節點的特征及相互聯系,并采用優化模型對資源的優化問題進行解決,滿足用戶和業務的多樣化需求。
        除了在運行規劃方面對安全經濟有保障以外,在與客戶進行溝通交流方面也發生了巨大變化。泛在電力互聯網將為電網搭建智慧能源服務平臺,在企業內部提高辦事效率,實現線上登記、線上管理、自動檢查等;配送方面實現信息實時記錄,提高透明度與安全性;改變傳統的商業模式并出臺新型政策,將擴大服務范圍,為能源企業、工業區、私人用戶等提供線上基礎供電服務、金融服務、大數據管理等,構建了包括政府、電網、用戶、金融機構在內的新型能源生態體系。
        3.3促進新能源消納
        能源的產生、消費、傳輸環節都在由于社會的進步而發生轉變,近年來,大量的分布式電源接入電網,但由于風能和太陽能資源的間歇性、波動性、隨機性,使得電網的安全穩定運行面臨巨大挑戰,同時也造成了大量的棄風棄光。泛在電力物聯網的建設和發展,為電網的安全穩定運行,促進新能源消納開辟了新的思路。利用人工智能技術,對新能源進行短期發電預測,降低調度的難度;異質能源間可以進行信息交互,充分發揮能源互補優勢,提高電力系統的靈活性,平抑風電、光伏發電的不確定性,有效解決棄風棄光問題,實現資源的優化利用;通過數據交互,動態重構配電網,實現最小棄風棄光等優化目標;通過電力市場手段,引導用戶的用電行為,實現削峰填谷的目標;通過增設儲能裝置,基于數據共享平臺,實現源網荷儲協同優化,發揮儲能裝置的時效性,減少電網消納的壓力。
        結論
        需要指出,泛在電力物聯網在數據的處理與分析、信息安全、商業模式的變化、基礎設施的建設、高新技術的研究等方面還有許多亟待攻克的技術難關。不過,隨著國家政策的扶持以及相關行業專家的探索,已經逐步形成了一套初步的支撐建設的信息通信理論體系。未來,通過社會各方的密切合作,通過理論創新、技術研究和模式變革,終將實現建設世界一流能源互聯網這一目標。
        參考文獻:
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        [4]曾鳴,王雨晴,李明珠,等.泛在電力物聯網體系架構及實施方案初探[J].智慧電力,2019(04):1-7+58.
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