泛在电力物联网实施策略研究刘永笑

泛在电力物联网实施策略研究刘永笑

刘永笑金阳朱元

国网山西省电力公司太原供电公司,山西太原030000

摘要：建设泛在电力物联网是实现能源转型目标的必要手段。从电力系统发展历程和面临的问题出发，论述了泛在电力物联网的意义，提出了实施策略和可能遇到的问题。为了维持电力系统的稳定运行、提高风电光电的利用率，必须对可控负荷和分散式发电进行控制。

关键词：泛在电力物联网；实施策略

引言

国家电网公司在2019年两会报告中提出建设世界一流能源互联网企业的重要物质基础是建设运营好“两网”，这里所说的“两网”分别是“坚强智能电网”和“泛在电力物联网”。泛在电力物联网这个名词首次出现在国家电网公司的两会报告中，成为和坚强智能电网相提并论的重点工作。

1电力物联网

2010年，中国电力科学研究院汪洋等人结合物联网的概念给出了电力行业对物联网的理解:“物联网是一个实现电网基础设施、人员及所在环境识别、感知、互联与控制的网络系统。其实质是实现各种信息传感设备与通信信息资源(互联网、电信网甚至电力通信专网)的结合，从而形成具有自我标识、动态感知、按需融合、实时交互和智能处理、安全经济物理实体。实体之间的协同和互动，使得有关物体相互感知、高度协同和反馈控制，形成一个更加智能的电力生产、生活体系。”

同样在2010年，武汉大学李勋等人在智能电网及数字电网的框架下，结合ＲFID等无线自动识别技术，首次提出了电力物联网(internetofthingsinpowersystems，IOTIPS)的概念:“电力系统各种电气设备之间，以及设备与人员之间通过各种信息传感设备或分布式识读器，如ＲFID装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描等种种装置，结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等，形成的一个巨大的智能网络。”

虽然上述学者在对电力物联网理解或定义时的角度有所不同，但都突出了利用物联网技术来提高现有电网的智能性。显而易见，物联网是传统电网向智能电网转型的关键技术，它赋予电网“耳朵”、“眼睛”、“嘴巴”和“大脑”，使其从传统电网的被动接收结果、执行指令，向智能电网的主动应对故障、智能管理转变，打通发、输、配、用、变各环节中信息沟通和互动交流的壁垒，实现信息共享与实时互动，促进高度协同，提升智能化程度。

2泛在电力物联网的使命

智能电网和泛在电力物联网相辅相成、融合发展，形成强大的价值创造平台，共同构成能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网。从三代电力系统发展历程可见，能源转型是必须的。发展风电和光电是实现能源转型目标的必要手段。风电光电比例增加导致了弃风弃光，为了实现能源转型目标，必须减少弃风弃光。泛在电力物联网要解决的主要问题就是如何减少弃风弃光，提高新能源利用率，实现能源转型目标。风电场、光电站、火电厂、水电厂和大型用户等已经和调度连接了，泛在电力物联网主要是连接用户和分散发电，尤其是可控负荷用户。把可控负荷和分散发电有效控制起来，以实现源网荷协同，减少弃风弃光。

3泛在电力物联网实施策略

3.1风电火电打捆输送

风电火电打捆输送对减少弃风、实现新能源远距离输送具有重要意义。我国风能开发主要集中在风能资源丰富的三北地区，这些地区受电力负荷水平低、系统规模小、风电就地消纳能力不足的限制，大规模风电必须送到区域电网内甚至其他区域电网消纳。风电年利用小时数低，单独远距离传输经济性差，同时传输线路上的功率频繁波动不利于系统的安全稳定运行，采取风电火电打捆外送并对风电火电的有功功率进行协调控制，能有效地减小线路功率的波动，有利于系统的安全稳定运行。风火打捆外送已经在西北获得应用。

风火打捆适用于风电场和火电厂距离不太远，可以使用同一线路输送的场合。

3.2风电水电协同运行

风力发电等随机性可再生能源的接纳是当前电力系统面临的基本问题。风电的随机性导致部分时间系统内功率过剩，风电场被迫关机或降低出力；而在其他时间系统有功功率不足，频率降低或需要增加备用容量。风电场具有能量输出，水电厂具有容量保证，风电和水电具有互补性。在保证系统安全运行条件下，考虑水电厂的水能储备和风电场功率预测，根据风电场实时输出功率，发挥水电机组的快速调节作用，目标是保证协同运行的水电厂和风电场向电力系统提供的有功功率之和按计划输出。从而将随机电源转化成能够保证输出功率的按计划发电的电源，降低了含随机电源的电力系统调度和运行的难度，减少了弃风。这种运行方式叫做风电和水电的协同运行。风电水电协同运行机理及控制方法的理论研究，对揭示电力系统中随机电源的独立控制规律具有重要意义，为解决大规模风电并网运行提供了新的思路。

3.3热电厂的弃风蓄热

东北西北等地区冬季风资源较好，此时需要供热，热电机组“以热定电”必须发出一定的电功率，造成弃风。为了调峰需要，允许供热电厂建设电蓄热装置，弃风加热、存储热能，增加电网负荷谷值，从而为风电上网留出更大空间，提升风电消纳率，降低热电机组热负荷峰值，且能为整个电热联合系统带来经济收益。其特点是风电场减少了弃风，部分收益分配给热电厂，热电厂用弃风电能是获得收益的；而对社会的回馈是减少了煤炭的使用，为保护环境做出了贡献。

4可控负荷的有效控制

4.1可控负荷

电动汽车是可控负荷中最容易实现可控的，其次是热水器、电热锅炉和空调等。利用泛在电力物联网可以组织可控负荷参与电力系统调峰调频。当然，可控负荷的控制应该和被控用户有协议，并且用户可以获得被控收益，实现控制与被控制的双赢。

4.2电动汽车的充放电控制

电动汽车(EV)是一种非常特殊的负荷，因为电动汽车不仅可以作为负载，还可以作为发电机，对应充电(G2V)和放电(V2G)模式。适用条件如下：

1）电动汽车属于可控负荷，对其充电进行控制可以达到在时间上移动负荷，调整负荷曲线和响应新能源发电的目的。对于允许充电控制的汽车，给予电价优惠。

2）使用上达不到最佳充放电周期的电动汽车或者长时间闲置不用时，也会减少电池的使用寿命，适当的V2G有助于维护电池的寿命，同时车主可以获得收益。但是频繁的V2G模式会降低电池寿命，技术和经济上都是不可行的。

3）在紧急情况下，电动汽车可以作为分布式储能，保证就近的1级负荷供电，车主可以获得应急支援的高额补偿。

因此，对电动汽车进行聚类分析，分类适当使用，将给电力系统和车主带来双赢。汽车的无线通信和网络功能已经成熟并得到广泛应用，基本具备控制条件。

4.3空调等可控负荷的控制

热水器、电热锅炉和空调等可控负荷的控制比较复杂，首先要解决通信和网络连接问题。因此，必须发展泛在电力物联网，把这些可控负荷有效组织和控制起来，参与电力系统调峰调频。

结语

在国家电网有限公司大力提倡发展泛在电力物联网的背景下，本文对泛在电力物联网的基本概念、典型应用进行了分析与说明，为泛在电力物联网的进一步深入研究提出有益的参考。

参考文献

[1]周孝信，陈树勇，鲁宗相，等．能源转型中我国新一代电力系统的技术特征[J]．中国电机工程学报，2018，38(7)：1893-1904，2205．

[2]周孝信，陈树勇，鲁宗相．电网和电网技术发展的回顾与展望——试论三代电网[J]．中国电机工程学报，2013，33(22)：1-11，22．

[3]周孝信，鲁宗相，刘应梅，等．中国未来电网的发展模式和关键技术[J]．中国电机工程学报，2014，34(29)：4999-5008．