泛在物聯(lián)網(wǎng)實施策略研究

吳濤濤 張二勇 吳濤 陳超峰 劉中正 李旭

摘要：建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)的必要手段。從電力系統(tǒng)發(fā)展歷程和面臨的問題出發(fā)，論述了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的意義，提出了實施策略和可能遇到的問題。為實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，風(fēng)電光電等可再生能源裝機(jī)容量不斷增加。這些能源的隨機(jī)性給電力系統(tǒng)的功率平衡造成巨大壓力，有時不得不棄掉一部分風(fēng)電光電。為了維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行、提高風(fēng)電光電的利用率，必須對可控負(fù)荷和分散式發(fā)電進(jìn)行控制。因此，需要用互聯(lián)網(wǎng)連接可控負(fù)荷和分散式發(fā)電，形成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。常規(guī)發(fā)電廠、大型風(fēng)電場、光電站等已經(jīng)和電力系統(tǒng)連接了，調(diào)度可以直接控制。因此，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)主要任務(wù)是連接負(fù)荷和分散式發(fā)電，尤其是可控負(fù)荷。電動汽車是可控負(fù)荷中最容易實現(xiàn)可控的，其次是熱水器、電熱鍋爐和空調(diào)等。

關(guān)鍵詞：泛在電力物聯(lián)網(wǎng)（UPIoT）;電力系統(tǒng);物聯(lián)網(wǎng);可控負(fù)荷;調(diào)峰;能源轉(zhuǎn)型

引言

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)不僅是技術(shù)創(chuàng)新，更是管理創(chuàng)新。建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以全面感知源網(wǎng)荷儲設(shè)備運行狀態(tài)和環(huán)境信息，用市場辦法引導(dǎo)用戶參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻，通過虛擬電廠和多能互補提高分布式新能源友好并網(wǎng)水平和電網(wǎng)可調(diào)容量占比，緩解棄風(fēng)棄光，促進(jìn)清潔能源消納。常規(guī)發(fā)電廠、大型風(fēng)電場、光電站等已經(jīng)和電力系統(tǒng)連接了，調(diào)度可以直接控制;泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的主要任務(wù)是連接負(fù)荷和分散式發(fā)電，尤其是可控負(fù)荷。利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，協(xié)同控制風(fēng)電光電、可控負(fù)荷、分散式發(fā)電等，可以提高風(fēng)電光電利用率，實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)。電動汽車是可控負(fù)荷中最容易實現(xiàn)可控的，其次是熱水器、電熱鍋爐和空調(diào)等。利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以組織可控負(fù)荷參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻。

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，以實現(xiàn)源網(wǎng)荷協(xié)同，減少棄風(fēng)棄光。

2常規(guī)發(fā)電廠與新能源發(fā)電廠協(xié)同運行

2.1風(fēng)電火電打捆輸送

風(fēng)電火電打捆輸送對減少棄風(fēng)、實現(xiàn)新能源遠(yuǎn)距離輸送具有重要意義。我國風(fēng)能開發(fā)主要集中在風(fēng)能資源豐富的三北地區(qū)，這些地區(qū)受電力負(fù)荷水平低、系統(tǒng)規(guī)模小、風(fēng)電就地消納能力不足的限制，大規(guī)模風(fēng)電必須送到區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)甚至其他區(qū)域電網(wǎng)消納。風(fēng)電年利用小時數(shù)低，單獨遠(yuǎn)距離傳輸經(jīng)濟(jì)性差，同時傳輸線路上的功率頻繁波動不利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，采取風(fēng)電火電打捆外送并對風(fēng)電火電的有功功率進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，能有效地減小線路功率的波動，有利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。風(fēng)火打捆外送已經(jīng)在西北獲得應(yīng)用。風(fēng)火打捆適用于風(fēng)電場和火電廠距離不太遠(yuǎn)，可以使用同一線路輸送的場合。

2.2風(fēng)電水電協(xié)同運行

風(fēng)力發(fā)電等隨機(jī)性可再生能源的接納是當(dāng)前電力系統(tǒng)面臨的基本問題。風(fēng)電的隨機(jī)性導(dǎo)致部分時間系統(tǒng)內(nèi)功率過剩，風(fēng)電場被迫關(guān)機(jī)或降低出力;而在其他時間系統(tǒng)有功功率不足，頻率降低或需要增加備用容量。風(fēng)電場具有能量輸出，水電廠具有容量保證，風(fēng)電和水電具有互補性。在保證系統(tǒng)安全運行條件下，考慮水電廠的水能儲備和風(fēng)電場功率預(yù)測，根據(jù)風(fēng)電場實時輸出功率，發(fā)揮水電機(jī)組的快速調(diào)節(jié)作用，目標(biāo)是保證協(xié)同運行的水電廠和風(fēng)電場向電力系統(tǒng)提供的有功功率之和按計劃輸出。從而將隨機(jī)電源轉(zhuǎn)化成能夠保證輸出功率的按計劃發(fā)電的電源，降低了含隨機(jī)電源的電力系統(tǒng)調(diào)度和運行的難度，減少了棄風(fēng)。這種運行方式叫做風(fēng)電和水電的協(xié)同運行（coordinatedhydroandwindpowergeneration，CHWG）。風(fēng)電水電協(xié)同運行機(jī)理及控制方法的理論研究，對揭示電力系統(tǒng)中隨機(jī)電源的獨立控制規(guī)律具有重要意義，為解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)運行提供了新的思路。

3可控負(fù)荷的有效控制

3.1可控負(fù)荷

電動汽車是可控負(fù)荷中最容易實現(xiàn)可控的，其次是熱水器、電熱鍋爐和空調(diào)等。利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)可以組織可控負(fù)荷參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻。當(dāng)然，可控負(fù)荷的控制應(yīng)該和被控用戶有協(xié)議，并且用戶可以獲得被控收益，實現(xiàn)控制與被控制的雙贏。

3.2電動汽車的充放電控制

電動汽車（EV）是一種非常特殊的負(fù)荷，因為電動汽車不僅可以作為負(fù)載，還可以作為發(fā)電機(jī)，對應(yīng)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(fù)荷，對其充電進(jìn)行控制可以達(dá)到在時間上移動負(fù)荷，調(diào)整負(fù)荷曲線和響應(yīng)新能源發(fā)電的目的。對于允許充電控制的汽車，給予電價優(yōu)惠。2）使用上達(dá)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(dāng)?shù)腣2G有助于維護(hù)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(shù)和經(jīng)濟(jì)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(fù)荷供電，車主可以獲得應(yīng)急支援的高額補償。因此，對電動汽車進(jìn)行聚類分析，分類適當(dāng)使用，將給電力系統(tǒng)和車主帶來雙贏。汽車的無線通信和網(wǎng)絡(luò)功能已經(jīng)成熟并得到廣泛應(yīng)用，基本具備控制條件。

3.3空調(diào)等可控負(fù)荷的控制

熱水器、電熱鍋爐和空調(diào)等可控負(fù)荷的控制比較復(fù)雜，首先要解決通信和網(wǎng)絡(luò)連接問題。因此，必須發(fā)展泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，把這些可控負(fù)荷有效組織和控制起來，參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻。

4風(fēng)險防范

1）泛在電力物聯(lián)必須保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行和對用戶的安全可靠供電，尤其是網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險的防范。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是信息物理系統(tǒng)（CPS），但其職能是在實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)的過程中提供安全可靠的電能。泛在電力物聯(lián)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(lián)同時設(shè)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(lián)網(wǎng)獲得社會認(rèn)可和積極使用的基礎(chǔ)。泛在電力物聯(lián)應(yīng)該為用戶帶來便利。不是根據(jù)實際需要的大規(guī)模建設(shè)和不成熟技術(shù)的廣泛推廣，都可能造成巨大的浪費。

結(jié)語

1）建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)的必要手段，發(fā)展風(fēng)電和光電是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)，減少棄風(fēng)棄光是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的一項主要任務(wù)。2）常規(guī)發(fā)電廠與新能源發(fā)電廠的協(xié)同運行可以減少棄風(fēng)棄光，提高新能源利用率。3）可控負(fù)荷的有效控制潛力巨大。用互聯(lián)網(wǎng)連接可控負(fù)荷和分散式發(fā)電，形成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)組織可控負(fù)荷參與電力系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)峰。電動汽車是可控負(fù)荷中最容易實現(xiàn)可控的，其次是熱水器、電熱鍋爐和空調(diào)等。4）泛在物聯(lián)的安全性、實用性、有效性是應(yīng)用的關(guān)鍵。

結(jié)語

參考文獻(xiàn)

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