泛在電力物聯網在北京經濟技術開發區的應用探索

金鑫城，孫浩睿

泛在電力物聯網在北京經濟技術開發區的應用探索

金鑫城，孫浩睿

（國網北京亦莊供電公司，北京市 大興區 100176）

泛在電力物聯網是物聯網在電力領域的具體體現，建設泛在電力物聯網是推進“三型兩網”建設的關鍵環節，也是實現能源轉型的必要手段。闡述了泛在電力物聯網的定義，從供電公司角度出發，根據北京經濟技術開發區實際情況，討論了依托地區特點的泛在電力物聯網實施策略和實際應用場景，分析了可能遇到的問題。得出結論：隨著泛在電力物聯網的深入建設，供電公司能夠為電力客戶提供多元化服務，提高客戶滿意度；地市供電公司能夠依托泛在電力物聯網開展更多電力相關業務；泛在電力物聯網的安全性、實用性、有效性是發展面臨的首要問題。

泛在電力物聯網(UPIoT)；智能電網；負荷控制

0 引言

建設泛在電力物聯網(ubiquitous power internet of things，UPIoT)是實現能源轉型的必要手段[1]，同時也是推進“三型兩網”建設的關鍵環節，國家電網有限公司于2019年1月正式提出建設泛在電力物聯網。“泛在電力物聯網”指的是應用移動互聯、人工智能、大數據、云計算等現代信息技術，實現電力系統各環節、電力公司、用電客戶萬物互聯、人機交互的智慧服務系統。通過數據收集、數據處理、數據共享，為發電、電網、用電客戶、研究人員和政府提供服務，充分利用電網樞紐特性，匯集各方面資源，為地區規劃建設、生產運行、經營管理、綜合服務提供強有力的信息和數據支撐[2-3]。

北京經濟技術開發區總體規劃總面積為 50.8km2，由科學規劃的產業區、高配置的商務區及高品質的生活區構成，是北京重點發展的3個新城之一，定位為京津城際發展走廊上的高新技術產業和先進制造業基地。

本文將根據北京經濟技術開發區實際情況，因地制宜、面向客戶，探索泛在電力物聯網在小區域內的實施策略，提出可能遇到的關鍵問題。

1 智能電網

智能電網是指以特高壓電網為骨架，各電壓等級的堅強電網為基礎，依托先進的信息通信技術、現代傳感技術和現代控制技術，高度集成、覆蓋城鄉的能源、電力、信息和綜合服務體系，實現“多網合一，全面覆蓋”的新型現代電網，擁有信息、能源的雙重載體[4-8]。智能電網結構如圖1所示，其主要具備如下優點：

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絡，供電可靠性高，基本避免了大面積停電風險。

3）覆蓋面積廣，傳遞能源及信息量大。

圖1 智能電網結構

2 泛在電力物聯網

泛在電力物聯網旨在將電力用戶及其設備、電網企業及其設備、發電企業及其設備、供應商及其設備以及人和物連接起來，產生共享數據，為用戶、電網企業、發電企業、政府和社會服務。以電網為樞紐，發揮平臺和共享作用，為全行業和更多市場主體發展創造更大機遇，提供價值服務。泛在電力物聯網將通過泛在感知、可靠通信和高性能信息處理及高級電力應用，實現電網各環節、全電壓等級的“能量流、信息流、業務流”一體化融合，提升系統安全性和運行效率[9-17]。同時匯集各方數據資源，通過應用大數據、云計算、物聯網、人工智能、互聯網+、區塊鏈等現代先進的信息技術和AI技術，實現“源、網、荷”通信網絡無縫連接，進而實現信息共享與 互操作，全面提升電力系統的安全運行能力和 資產管理、供電服務水平[18-21]。泛在電力物聯網總體體系架構分為感知層、網絡層、平臺層和應用層，如圖2所示。

圖2 泛在電力物聯網分層體系架構

3 地市公司應用探索

傳統電力公司在日常工作、研究中更多地傾向于維護和提高公司電力資產運行可靠性及效率。

1）發電方面。主要包括新能源發電技術、分布式電源并網技術等。

2）輸變送電方面。主要包括特高壓電網、遠距離輸電技術等。

3）配用電方面。主要包括智能調度技術、配網自動化技術等。

以上部分協同運行、數據處理更多存在于電力公司內部系統。隨著技術發展，電力公司越來越聚合，內部運行更智能化、自動化，但是對于外部政府、企業等用電客戶，還是過于封閉，堅強智能電網建設，使得電網自身的電能質量、供電可靠性、環保約束、市場化發展適應性等各方面達到了一個比較高的標準。國家電網公司適時推出了泛在電力物聯網建設，依托堅強智能電網，實現“源、網、荷、儲”達到“人-人、人-物、物-物”在任何時間、任何地點實時互聯，依托先進傳感技術、信息通信技術、先進控制技術等，充分滿足用戶電力需求，優化資源配置。

在地市供電公司層面，根據各區域不同情況，能夠完全實現或部分實現“源、網、荷、儲”全面感知，依托云計算、人工智能、邊緣計算等技術，實現客戶側數據的互聯互通，配合供電公司自身電網數據，通過大數據分析，及時給予電力客戶分析結論和節能建議，同時還能為用戶開展內部能效診斷，包括調整用能習慣、更換節能設備等方面的建議，提高整體用能水平。

北京經濟技術開發區地處北京東南部，受北京獨特的功能定位和政治因素影響，亦莊供電公司將發展重點放在了堅強的配電網建設和局屬資產維護上。傳統供電公司運營模式如圖3所示。

圖3 傳統供電公司運營模式

隨著泛在電力物聯網的提出和開發區大規模電動汽車的使用，亦莊供電公司將實現“網”運維到“網、荷、儲”的發展模式轉變，如圖4所示。數據中心將各方數據尤其是電力客戶相關信息匯總后，可以開展相關大數據分析工作[3]，如圖5所示。

圖4 基于泛在電力物聯網的供電公司運行模式

圖5 用戶用電行為分析框架

4 電動汽車作為可控負荷的可行性

電動汽車與電網的互動可以等效為移動儲能單元，儲能具有充放電功能，利用電動汽車這一特性與電網進行雙向互動的技術就是車輛到網(vehicle-to-grid，V2G)技術，V2G技術的出現使電動汽車不僅僅是作為可控負荷，而是作為獨立的儲能源參與電力競爭。文獻[22]將電動汽車作為小型分布式移動儲能單元，提出了一種優化控制方案。文獻[23]研究了電動汽車聚類分析組合問題，建立常規機組成本與換電站充電負荷方差的組合優化目標函數，同時考慮了電網互動的機組和電動汽車組合問題，對其經濟型進行了有效分析。文獻[24]研究了電動汽車充放儲一體化電站對電網的影響，通過PSCAD仿真驗證了電動汽車充放儲一體化電站對電網的削峰填谷作用。文獻[25]提出了計及電動汽車集群的雙層經濟調度模型，分析了電動汽車與電網互動策略，制定了合理的充放電計劃。

綜上所述，通過對用戶停駛習慣及充電特點進行大數據統計分析，并根據地區電網運行特點分類適當使用，結合經濟補貼或獎勵，能夠給地區電力系統和車主帶來雙贏，同時，基于電動汽車的無線通信功能已相對成熟且得到廣泛應用，基本具備控制條件。

5 風險防范

面向泛在電力物聯網的局部應用探索，必須以確保電網的安全穩定運行和用戶的可靠供電為前提。

1）泛在電力物聯網雖倡導萬物互聯、5G通信、云計算等前沿技術，但本質上依舊是提高清潔能源在電網中的比例，同時為客戶提供穩定可靠的電力供應。

2）泛在電力物聯網以數據、通信為核心，在傳統電網運行基礎上，需要重視網絡安全、工控設備安全、數據安全等新挑戰。

3）亦莊地區作為高新技術產業聚集地和科技成果轉化承載地，新能源汽車比重較高，大規模新能源汽車同時接入會對電網造成很大影響，電動汽車參與調峰調壓應慎重。

6 結論

1）建設泛在電力物聯網，是發展清潔能源，發揮電網在能源匯集傳輸和轉換利用中的樞紐作用，促進清潔低碳、安全高效的能源體系建設，為經濟社會發展和人民美好生活提供安全、優質、可持續的能源電力供應的必要手段。

2）隨著泛在電力物聯網的深入建設，屬地供電公司能夠為電力客戶提供多元化服務，提高客戶滿意度。

3）地市公司能夠依托泛在電力物聯網開展更多電力相關業務。

4）泛在電力物聯網的安全性、實用性、有效性是發展面臨的首要問題。

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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。

(責任編輯 辛培裕)