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(kāi)發(fā)區(qū)的應(yīng)用探索

金鑫城，孫浩睿

（國(guó)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(kāi)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(wèn)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?hù)提供多元化服務(wù)，提高客戶(hù)滿(mǎn)意度；地市供電公司能夠依托泛在電力物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)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(wèn)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(guó)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)?！胺涸陔娏ξ锫?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(hù)萬(wàn)物互聯(lián)、人機(jī)交互的智慧服務(wù)系統(tǒng)。通過(guò)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(hù)、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(yíng)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(kāi)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(kāi)發(fā)區(qū)實(shí)際情況，因地制宜、面向客戶(hù)，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(wèn)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(mǎn)足用戶(hù)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(hù)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(lái)，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，為用戶(hù)、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(guò)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(guò)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(wú)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(lái)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(hù)，還是過(guò)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(guó)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(mǎn)足用戶(hù)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(hù)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(guò)大數(shù)據(jù)分析，及時(shí)給予電力客戶(hù)分析結(jié)論和節(jié)能建議，同時(shí)還能為用戶(hù)開(kāi)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(kāi)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(yíng)模式如圖3所示。

圖3 傳統(tǒng)供電公司運(yùn)營(yíng)模式

隨著泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的提出和開(kāi)發(fā)區(qū)大規(guī)模電動(dòng)汽車(chē)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(hù)相關(guān)信息匯總后，可以開(kāi)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(hù)用電行為分析框架

4 電動(dòng)汽車(chē)作為可控負(fù)荷的可行性

電動(dòng)汽車(chē)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(chē)這一特性與電網(wǎng)進(jìn)行雙向互動(dòng)的技術(shù)就是車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)聚類(lèi)分析組合問(wèn)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(chē)組合問(wèn)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(chē)充放儲(chǔ)一體化電站對(duì)電網(wǎng)的影響，通過(guò)PSCAD仿真驗(yàn)證了電動(dòng)汽車(chē)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(chē)集群的雙層經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，分析了電動(dòng)汽車(chē)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(guò)對(duì)用戶(hù)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(lèi)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(chē)主帶來(lái)雙贏，同時(shí)，基于電動(dòng)汽車(chē)的無(wú)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(hù)的可靠供電為前提。

1）泛在電力物聯(lián)網(wǎng)雖倡導(dǎo)萬(wàn)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(hù)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(chē)比重較高，大規(guī)模新能源汽車(chē)同時(shí)接入會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成很大影響，電動(dòng)汽車(chē)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?hù)提供多元化服務(wù)，提高客戶(hù)滿(mǎn)意度。

3）地市公司能夠依托泛在電力物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)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(wèn)題。

[1] 陳麒宇．泛在電力物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施策略研究[J]．發(fā)電技術(shù)，2019，40(2)：99-106．

[2] 丁偉強(qiáng)，黃宏波，曹靜，等．面向泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的傳輸網(wǎng)發(fā)展分析[J]．浙江電力，2019，38(12)：50-56．

[3] 張亞健，楊挺，孟廣雨．泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能配電系統(tǒng)應(yīng)用綜述及展望[J]．電力建設(shè)，2019，40(6)：1-12．

[4] 孫宏斌．泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將成能源互聯(lián)網(wǎng)重要實(shí)踐[EB/OL]． (2019-04-04)[2019-04-21]．http://www.cpnn.com.cn/zdyw/201904/t20190404_ 1128211.html．

[5] Hongbin S，Qinglai G，Boming Z，et al．Integrated energy management system：concept，design，and demonstration in China[J]．IEEE Electrification Magazine，2018，6(2)：42-50．

[6] Yu J，Shen X，Sun H B．Economic dispatch for regional integrated energy system with district heating network under stochastic demand[J]．IEEE Access，2019(7)：46659-46667．

[7] Wang W L，Wang D，Jia H J，et al．Review of steady-state analysis of typical regional integrated energy system under the background of energy internet[J]．Proceedings of the CSEE，2016，36(12)：3292-3305．

[8] Wang D，Liu L，Jia H J，et al．Review of key problems related to integrated energy distribution systems [J]．CSEE Journal of Power and Energy Systems，2018，4(2)：130-145．

[9] Huang A Q，Crow M L，Heydt G T，et al．The future renewable electric energy delivery and management (FREEDM) system：the energy internet[J]．Proceedings of the IEEE，2010，99(1)：133-148．

[10] Su W，Huang A Q．A game theoretic framework for a next-generation retail electricity market with high penetration of distributed residential electricity suppliers[J]．Applied Energy，2014，119(C)：341-350．

[11] Zhou K，Yang S，Zhen S．Energy internet：the business perspective[J]．Applied Energy，2016，178：212-222．

[12] 艾芊，郝然．多能互補(bǔ)、集成優(yōu)化能源系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及挑戰(zhàn)[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2018，42(4)：2-10．

[13] 陳永波，湯奕，艾鑫偉，等．基于 LPWAN 技術(shù)的能源電力物聯(lián)專(zhuān)網(wǎng)[C]//電力行業(yè)信息化年會(huì)論文集．天津，2016：456．

[14] 陶莉，劉景祥，朱小光．基于 LPWAN 的電力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．電氣技術(shù)，2018，19(8)：110-115．

[15] 夏旭，朱雪田，梅承力，等．5G 切片在電力物聯(lián)網(wǎng)中的研究和實(shí)踐[J]．移動(dòng)通信，2019(1)：69-75．

[16] 程琳琳．5G 電力切片適配電網(wǎng)需求，未來(lái)將繼續(xù)加深合作[J]．通信世界，2018(21)：37．

[17] 程子華，陳鵬良，張銳，等．基于“五位一體”的電網(wǎng)資產(chǎn)實(shí)物“ID”建設(shè)及應(yīng)用[J]．管理觀察，2018 (30)：32-34．

[18] 寇偉．公司全面部署泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)[EB/ OL]． [2019-04-21]．http：//www.sgcc.com.cn/html/ sgcc_main/col2017021449/2019-03/09/201903091859 02979893183_1.shtml．

[19] 楊秀媛，裘微江，金鑫城，等．改進(jìn)K近鄰算法在風(fēng)功率預(yù)測(cè)及風(fēng)水協(xié)同運(yùn)行中的應(yīng)用[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2018，42(3)：772-778．

[20] 鄔曉韜.基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的電網(wǎng)能源智能調(diào)配應(yīng)用研究[J]．電網(wǎng)與清潔能源，2019，35(10)：23-27．

[21] 郝方舟，孫奇珍，沈超，等.基于高維隨機(jī)矩陣的配電網(wǎng)用戶(hù)側(cè)用電行為分析[J]．廣東電力，2019，32(11)：111-119．

[22] 李志偉，趙書(shū)強(qiáng)，劉應(yīng)梅．電動(dòng)汽車(chē)分布式儲(chǔ)能控制策略及應(yīng)用[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2016，40(2)：442-450．

[23] Martins J F，Pires V F，Gomes L，et al．Plug-in electric vehicles integration with renewable energy building facility-building vehicle interface[C]//IEEE Inter- national Conference on Power Engineering，Energy and Electrical Drives．Lisbon：Portugal，2009：202-205．

[24] Li Z，Yu F R，Bin N，et al．Stochastic charging management for plug-in electric vehicles in smart microgrids fueled by renewable energy sources[C]// IEEE Online Conference on Green Communications．New York：IEEE，2011：7-12．

[25] 劉超．計(jì)及電動(dòng)汽車(chē)最優(yōu)時(shí)空分布的分級(jí)調(diào)度模型研究[D]．重慶：重慶大學(xué)，2014．

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)