泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的應(yīng)用探索

金鑫城，孫浩睿

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的應(yīng)用探索

金鑫城，孫浩睿

（國網(wǎng)北京亦莊供電公司，北京市 大興區(qū) 100176）

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在電力領(lǐng)域的具體體現(xiàn)，建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是推進(jìn)“三型兩網(wǎng)”建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的必要手段。闡述了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的定義，從供電公司角度出發(fā)，根據(jù)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)實(shí)際情況，討論了依托地區(qū)特點(diǎn)的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施策略和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，分析了可能遇到的問題。得出結(jié)論：隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的深入建設(shè)，供電公司能夠?yàn)殡娏蛻籼峁┒嘣?wù)，提高客戶滿意度；地市供電公司能夠依托泛在電力物聯(lián)網(wǎng)開展更多電力相關(guān)業(yè)務(wù)；泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的安全性、實(shí)用性、有效性是發(fā)展面臨的首要問題。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)(UPIoT)；智能電網(wǎng)；負(fù)荷控制

0 引言

建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)(ubiquitous power internet of things，UPIoT)是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的必要手段[1]，同時(shí)也是推進(jìn)“三型兩網(wǎng)”建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，國家電網(wǎng)有限公司于2019年1月正式提出建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”指的是應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)、電力公司、用電客戶萬物互聯(lián)、人機(jī)交互的智慧服務(wù)系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)共享，為發(fā)電、電網(wǎng)、用電客戶、研究人員和政府提供服務(wù)，充分利用電網(wǎng)樞紐特性，匯集各方面資源，為地區(qū)規(guī)劃建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行、經(jīng)營管理、綜合服務(wù)提供強(qiáng)有力的信息和數(shù)據(jù)支撐[2-3]。

北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)總體規(guī)劃總面積為 50.8km2，由科學(xué)規(guī)劃的產(chǎn)業(yè)區(qū)、高配置的商務(wù)區(qū)及高品質(zhì)的生活區(qū)構(gòu)成，是北京重點(diǎn)發(fā)展的3個(gè)新城之一，定位為京津城際發(fā)展走廊上的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和先進(jìn)制造業(yè)基地。

本文將根據(jù)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)實(shí)際情況，因地制宜、面向客戶，探索泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在小區(qū)域內(nèi)的實(shí)施策略，提出可能遇到的關(guān)鍵問題。

1 智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)是指以特高壓電網(wǎng)為骨架，各電壓等級(jí)的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，依托先進(jìn)的信息通信技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)，高度集成、覆蓋城鄉(xiāng)的能源、電力、信息和綜合服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)“多網(wǎng)合一，全面覆蓋”的新型現(xiàn)代電網(wǎng)，擁有信息、能源的雙重載體[4-8]。智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要具備如下優(yōu)點(diǎn)：

1）靈活高效的能源配置，能夠有效滿足用戶需求。

2）安全可靠的輸送電網(wǎng)絡(luò)，供電可靠性高，基本避免了大面積停電風(fēng)險(xiǎn)。

3）覆蓋面積廣，傳遞能源及信息量大。

圖1 智能電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)旨在將電力用戶及其設(shè)備、電網(wǎng)企業(yè)及其設(shè)備、發(fā)電企業(yè)及其設(shè)備、供應(yīng)商及其設(shè)備以及人和物連接起來，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，為用戶、電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、政府和社會(huì)服務(wù)。以電網(wǎng)為樞紐，發(fā)揮平臺(tái)和共享作用，為全行業(yè)和更多市場(chǎng)主體發(fā)展創(chuàng)造更大機(jī)遇，提供價(jià)值服務(wù)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將通過泛在感知、可靠通信和高性能信息處理及高級(jí)電力應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)各環(huán)節(jié)、全電壓等級(jí)的“能量流、信息流、業(yè)務(wù)流”一體化融合，提升系統(tǒng)安全性和運(yùn)行效率[9-17]。同時(shí)匯集各方數(shù)據(jù)資源，通過應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)+、區(qū)塊鏈等現(xiàn)代先進(jìn)的信息技術(shù)和AI技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“源、網(wǎng)、荷”通信網(wǎng)絡(luò)無縫連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息共享與 互操作，全面提升電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行能力和 資產(chǎn)管理、供電服務(wù)水平[18-21]。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)總體體系架構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層，如圖2所示。

圖2 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)分層體系架構(gòu)

3 地市公司應(yīng)用探索

傳統(tǒng)電力公司在日常工作、研究中更多地傾向于維護(hù)和提高公司電力資產(chǎn)運(yùn)行可靠性及效率。

1）發(fā)電方面。主要包括新能源發(fā)電技術(shù)、分布式電源并網(wǎng)技術(shù)等。

2）輸變送電方面。主要包括特高壓電網(wǎng)、遠(yuǎn)距離輸電技術(shù)等。

3）配用電方面。主要包括智能調(diào)度技術(shù)、配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)等。

以上部分協(xié)同運(yùn)行、數(shù)據(jù)處理更多存在于電力公司內(nèi)部系統(tǒng)。隨著技術(shù)發(fā)展，電力公司越來越聚合，內(nèi)部運(yùn)行更智能化、自動(dòng)化，但是對(duì)于外部政府、企業(yè)等用電客戶，還是過于封閉，堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)，使得電網(wǎng)自身的電能質(zhì)量、供電可靠性、環(huán)保約束、市場(chǎng)化發(fā)展適應(yīng)性等各方面達(dá)到了一個(gè)比較高的標(biāo)準(zhǔn)。國家電網(wǎng)公司適時(shí)推出了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，依托堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)”達(dá)到“人-人、人-物、物-物”在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)實(shí)時(shí)互聯(lián)，依托先進(jìn)傳感技術(shù)、信息通信技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)等，充分滿足用戶電力需求，優(yōu)化資源配置。

在地市供電公司層面，根據(jù)各區(qū)域不同情況，能夠完全實(shí)現(xiàn)或部分實(shí)現(xiàn)“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)”全面感知，依托云計(jì)算、人工智能、邊緣計(jì)算等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)客戶側(cè)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，配合供電公司自身電網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析，及時(shí)給予電力客戶分析結(jié)論和節(jié)能建議，同時(shí)還能為用戶開展內(nèi)部能效診斷，包括調(diào)整用能習(xí)慣、更換節(jié)能設(shè)備等方面的建議，提高整體用能水平。

北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)地處北京東南部，受北京獨(dú)特的功能定位和政治因素影響，亦莊供電公司將發(fā)展重點(diǎn)放在了堅(jiān)強(qiáng)的配電網(wǎng)建設(shè)和局屬資產(chǎn)維護(hù)上。傳統(tǒng)供電公司運(yùn)營模式如圖3所示。

圖3 傳統(tǒng)供電公司運(yùn)營模式

隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的提出和開發(fā)區(qū)大規(guī)模電動(dòng)汽車的使用，亦莊供電公司將實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)”運(yùn)維到“網(wǎng)、荷、儲(chǔ)”的發(fā)展模式轉(zhuǎn)變，如圖4所示。數(shù)據(jù)中心將各方數(shù)據(jù)尤其是電力客戶相關(guān)信息匯總后，可以開展相關(guān)大數(shù)據(jù)分析工作[3]，如圖5所示。

圖4 基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的供電公司運(yùn)行模式

圖5 用戶用電行為分析框架

4 電動(dòng)汽車作為可控負(fù)荷的可行性

電動(dòng)汽車與電網(wǎng)的互動(dòng)可以等效為移動(dòng)儲(chǔ)能單元，儲(chǔ)能具有充放電功能，利用電動(dòng)汽車這一特性與電網(wǎng)進(jìn)行雙向互動(dòng)的技術(shù)就是車輛到網(wǎng)(vehicle-to-grid，V2G)技術(shù)，V2G技術(shù)的出現(xiàn)使電動(dòng)汽車不僅僅是作為可控負(fù)荷，而是作為獨(dú)立的儲(chǔ)能源參與電力競(jìng)爭(zhēng)。文獻(xiàn)[22]將電動(dòng)汽車作為小型分布式移動(dòng)儲(chǔ)能單元，提出了一種優(yōu)化控制方案。文獻(xiàn)[23]研究了電動(dòng)汽車聚類分析組合問題，建立常規(guī)機(jī)組成本與換電站充電負(fù)荷方差的組合優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，同時(shí)考慮了電網(wǎng)互動(dòng)的機(jī)組和電動(dòng)汽車組合問題，對(duì)其經(jīng)濟(jì)型進(jìn)行了有效分析。文獻(xiàn)[24]研究了電動(dòng)汽車充放儲(chǔ)一體化電站對(duì)電網(wǎng)的影響，通過PSCAD仿真驗(yàn)證了電動(dòng)汽車充放儲(chǔ)一體化電站對(duì)電網(wǎng)的削峰填谷作用。文獻(xiàn)[25]提出了計(jì)及電動(dòng)汽車集群的雙層經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，分析了電動(dòng)汽車與電網(wǎng)互動(dòng)策略，制定了合理的充放電計(jì)劃。

綜上所述，通過對(duì)用戶停駛習(xí)慣及充電特點(diǎn)進(jìn)行大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，并根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)分類適當(dāng)使用，結(jié)合經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼或獎(jiǎng)勵(lì)，能夠給地區(qū)電力系統(tǒng)和車主帶來雙贏，同時(shí)，基于電動(dòng)汽車的無線通信功能已相對(duì)成熟且得到廣泛應(yīng)用，基本具備控制條件。

5 風(fēng)險(xiǎn)防范

面向泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的局部應(yīng)用探索，必須以確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和用戶的可靠供電為前提。

1）泛在電力物聯(lián)網(wǎng)雖倡導(dǎo)萬物互聯(lián)、5G通信、云計(jì)算等前沿技術(shù)，但本質(zhì)上依舊是提高清潔能源在電網(wǎng)中的比例，同時(shí)為客戶提供穩(wěn)定可靠的電力供應(yīng)。

2）泛在電力物聯(lián)網(wǎng)以數(shù)據(jù)、通信為核心，在傳統(tǒng)電網(wǎng)運(yùn)行基礎(chǔ)上，需要重視網(wǎng)絡(luò)安全、工控設(shè)備安全、數(shù)據(jù)安全等新挑戰(zhàn)。

3）亦莊地區(qū)作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)聚集地和科技成果轉(zhuǎn)化承載地，新能源汽車比重較高，大規(guī)模新能源汽車同時(shí)接入會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成很大影響，電動(dòng)汽車參與調(diào)峰調(diào)壓應(yīng)慎重。

6 結(jié)論

1）建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，是發(fā)展清潔能源，發(fā)揮電網(wǎng)在能源匯集傳輸和轉(zhuǎn)換利用中的樞紐作用，促進(jìn)清潔低碳、安全高效的能源體系建設(shè)，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民美好生活提供安全、優(yōu)質(zhì)、可持續(xù)的能源電力供應(yīng)的必要手段。

2）隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的深入建設(shè)，屬地供電公司能夠?yàn)殡娏蛻籼峁┒嘣?wù)，提高客戶滿意度。

3）地市公司能夠依托泛在電力物聯(lián)網(wǎng)開展更多電力相關(guān)業(yè)務(wù)。

4）泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的安全性、實(shí)用性、有效性是發(fā)展面臨的首要問題。

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Exploration on Application of Ubiquitous Power Internet of Things in Beijing Economic-Technological Development Area

JIN Xincheng, SUN Haorui

(State Grid Beijing Yizhuang Power Supply Company, Daxing District, Beijing 100176, China)

Ubiquitous power internet of things (UPIoT) is the concrete embodiment of internet of things in the power field. The construction of UPIoT is the key link to promote the three types and two networks, and also a necessary means to achieve the goal of energy transformation.The definition of UPIoT was expounded. From the perspective of power supply companies, based on the actual situation of Beijing economic-technological development area, the implementation strategy of UPIoT was discussed based on regional characteristics and the problems that may be encountered were analyzed. With the in-depth construction of UPIoT, power supply companies can provide diversified services for power customers and improve customer satisfaction. Local power supply companies can carry out more electricity-related businesses by relying on the UPIoT. The security, practicability and effectiveness of UPIoT are the primary issues facing the development.

ubiquitous power internet of things (UPIoT); smart grid; load control

10.12096/j.2096-4528.pgt.19012

TM 73

2019-07-13。

(責(zé)任編輯 辛培裕)