泛在電力物聯網實施策略研究

張哲宇 楊征

摘要：建設泛在電力物聯網是實現能源轉型目標的必要手段。從電力系統發展歷程和面臨的問題出發，論述了泛在電力物聯網的意義，提出了實施策略和可能遇到的問題。為實現能源轉型，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。為了維持電力系統的穩定運行、提高風電光電的利用率，必須對可控負荷和分散式發電進行控制。

關鍵詞：物聯網;智能電網;策略

1 物聯網的概念

1.1 物聯網的定義

物聯網的概念由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網。緊接著的第二年由KevinAshton帶頭建立的Auto-IDcenter對物聯網的應用進行了更為清晰的描述：依靠全球RFID標簽無線接入互聯網，使得從剃須刀到歐元紙幣再到汽車輪胎等數百萬計的物品能夠被持續地跟蹤和審計。

1.2 物聯網的特征

物聯網作為通信、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信息。并通過網絡傳輸后臺，進行信息共享和管理。可靠傳遞指信息通過現有的通信網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 物聯網的體系構架

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

3 常規發電廠與新能源發電廠協同運行

3.1 風電火電打捆輸送

風電火電打捆輸送對減少棄風、實現新能源遠距離輸送具有重要意義。我國風能開發主要集中在風能資源豐富的三北地區，這些地區受電力負荷水平低、系統規模小、風電就地消納能力不足的限制，大規模風電必須送到區域電網內甚至其他區域電網消納。風電年利用小時數低，單獨遠距離傳輸經濟性差，同時傳輸線路上的功率頻繁波動不利于系統的安全穩定運行，采取風電火電打捆外送并對風電火電的有功功率進行協調控制，能有效地減小線路功率的波動，有利于系統的安全穩定運行。風火打捆外送已經在西北獲得應用。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 風電水電協同運行

風力發電等隨機性可再生能源的接納是當前電力系統面臨的基本問題。風電的隨機性導致部分時間系統內功率過剩，風電場被迫關機或降低出力;而在其他時間系統有功功率不足，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，根據風電場實時輸出功率，發揮水電機組的快速調節作用，目標是保證協同運行的水電廠和風電場向電力系統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電的電源，降低了含隨機電源的電力系統調度和運行的難度，減少了棄風。

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

3.3 熱電廠的棄風蓄熱

東北西北等地區冬季風資源較好，此時需要供熱，熱電機組“以熱定電”必須發出一定的電功率，造成棄風。為了調峰需要，允許供熱電廠建設電蓄熱裝置，棄風加熱、存儲熱能，增加電網負荷谷值，從而為風電上網留出更大空間，提升風電消納率，降低熱電機組熱負荷峰值，且能為整個電熱聯合系統帶來經濟收益。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可控的，其次是熱水器、電熱鍋爐和空調等。利用泛在電力物聯網可以組織可控負荷參與電力系統調峰調頻。當然，可控負荷的控制應該和被控用戶有協議，并且用戶可以獲得被控收益，實現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，調整負荷曲線和響應新能源發電的目的。對于允許充電控制的汽車，給予電價優惠。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，適當的V2G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，將給電力系統和車主帶來雙贏。汽車的無線通信和網絡功能已經成熟并得到廣泛應用，基本具備控制條件。

4.3 空調等可控負荷的控制

熱水器、電熱鍋爐和空調等可控負荷的控制比較復雜，首先要解決通信和網絡連接問題。因此，必須發展泛在電力物聯網，把這些可控負荷有效組織和控制起來，參與電力系統調峰調頻。

5 風險防范

1）泛在電力物聯必須保證電力系統的安全穩定運行和對用戶的安全可靠供電，尤其是網絡安全風險的防范。泛在電力物聯網是信息物理系統（CPS），但其職能是在實現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網獲得社會認可和積極使用的基礎。泛在電力物聯應該為用戶帶來便利。不是根據實際需要的大規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

建設泛在電力物聯網是實現能源轉型目標的必要手段，發展風電和光電是實現能源轉型的基礎，減少棄風棄光是泛在電力物聯網的一項主要任務。

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的技術特征[J].中國電機工程學報，2018，38（7）：1893-1904，2205.