臧延斌

摘 要：目前，電力企業(yè)正經(jīng)歷著深刻的變革，構(gòu)建電力物聯(lián)網(wǎng)已成為電力企業(yè)研究的主題和經(jīng)營(yíng)方向。把握產(chǎn)品研發(fā)的正確方向，基于電力物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建新的多種經(jīng)營(yíng)服務(wù)，才能保證電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，而技術(shù)創(chuàng)新則是產(chǎn)品研發(fā)的活力與源泉。針對(duì)目前電力行業(yè)形勢(shì)進(jìn)行研究，分析目前電力市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)電力企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的發(fā)展方向進(jìn)行了初步探索。

關(guān)鍵詞：電力行業(yè);企業(yè)經(jīng)營(yíng);產(chǎn)品開發(fā);技術(shù)創(chuàng)新

1 背景及意義

《2020年互聯(lián)網(wǎng)專業(yè)工作要點(diǎn)》（國(guó)家電網(wǎng)互聯(lián)[2020]79號(hào)）表明，建立泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，電網(wǎng)采用“大云物移智”等先進(jìn)技術(shù)并與之結(jié)合對(duì)電網(wǎng)的智能性的提升有較為重要的意義。電力物聯(lián)網(wǎng)概念的提出對(duì)電網(wǎng)網(wǎng)架、電力設(shè)備基礎(chǔ)條件、電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集智能化等均提出更高要求。近年來(lái)，清潔能源發(fā)電被大力提倡，發(fā)電形式多元化，不僅限于傳統(tǒng)能源形勢(shì)，發(fā)電形式綠色化，國(guó)家政策的出臺(tái)以及大力倡導(dǎo)，使得能源轉(zhuǎn)換形勢(shì)不斷加快，能源轉(zhuǎn)型速度全力加速。2013-2018年光伏、風(fēng)電裝機(jī)容量數(shù)據(jù)如圖1所示。

發(fā)電形式多樣化和多元化，對(duì)電力系統(tǒng)保持運(yùn)行穩(wěn)定性有一定影響，在保持系統(tǒng)電能質(zhì)量的情況下如何促進(jìn)清潔能源并網(wǎng)是目前的研究熱點(diǎn)。因此“能源互聯(lián)網(wǎng)”的概念被逐漸提出并重視發(fā)展。主要內(nèi)容有以下兩點(diǎn)：①如何將能源主導(dǎo)形式轉(zhuǎn)移，將傳統(tǒng)能源回歸基本屬性，創(chuàng)造更大的價(jià)值;②如何通過(guò)改善電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，提高能源的共享性、能源分配效率和分配的合理性。

2 電力市場(chǎng)需求分析及電力企業(yè)經(jīng)營(yíng)的探索

電力行業(yè)的設(shè)備制造正在全方位國(guó)產(chǎn)化，以實(shí)現(xiàn)我國(guó)電力行業(yè)的主權(quán)。國(guó)外設(shè)備公司賺取高額服務(wù)費(fèi)，使得我國(guó)的電力企業(yè)受制約嚴(yán)重，為保證電力企業(yè)研發(fā)的自主性、獨(dú)立性與經(jīng)濟(jì)性，國(guó)家政策的支持必不可少。由于歷史的原因，我國(guó)某些地區(qū)火電機(jī)組趨于飽和，規(guī)模龐大，但電力基礎(chǔ)設(shè)施薄弱?，F(xiàn)正對(duì)電網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)進(jìn)行改造升級(jí)，如現(xiàn)行的增量配電業(yè)務(wù)，通過(guò)在新的工業(yè)園區(qū)建立獨(dú)立新型電網(wǎng)。農(nóng)網(wǎng)與城市電網(wǎng)差異大，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，正在不斷進(jìn)行農(nóng)網(wǎng)改造，優(yōu)化農(nóng)村電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)在的能源建設(shè)和發(fā)展方式已經(jīng)由傳統(tǒng)的煤炭石油向清潔、綠色、排放量少的綠色清潔能源轉(zhuǎn)化。電動(dòng)汽車充電樁，其保有量可達(dá)121.9萬(wàn)臺(tái)，其利用電站發(fā)電量的需求也在逐年上升。水電站、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿饶茉吹拈_發(fā)日程被逐步推進(jìn)，保證發(fā)電量的同時(shí)考慮環(huán)境成本，降低污染排放量，增強(qiáng)能源利用率與發(fā)電形式清潔性也是目前研究的重點(diǎn)。傳統(tǒng)能源帶來(lái)的高排量、高污染的現(xiàn)象能得到改善，就要更好的利用清潔能源發(fā)電，增強(qiáng)電網(wǎng)清潔能源消納能力。

發(fā)展智能電網(wǎng)，提高電網(wǎng)優(yōu)化配置能力、提升電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)置的智能性、供電質(zhì)量的安全可靠性就需要電力設(shè)備由機(jī)械式向智能化轉(zhuǎn)變。萬(wàn)物物聯(lián)的概念將電網(wǎng)與通信緊密結(jié)合，對(duì)特高壓的建設(shè)智能電網(wǎng)會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生需求，新能源并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用以及用電終端采集系統(tǒng)的大規(guī)模使用，為設(shè)備制造廠商帶來(lái)商機(jī)。建設(shè)全面的信息網(wǎng)絡(luò)，傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)是建設(shè)電力物聯(lián)網(wǎng)的必要條件。

當(dāng)今世界科技飛速發(fā)展，數(shù)字化的經(jīng)濟(jì)對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、信號(hào)傳輸、傳感器的布置與信息傳輸，智能化網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)都要有高度信息和技術(shù)的支持。智能電網(wǎng)通過(guò)對(duì)電氣信息及設(shè)備狀態(tài)的逐漸掌握，并通過(guò)遠(yuǎn)程對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行切換，避免異常工作區(qū)域擴(kuò)大，對(duì)故障部門進(jìn)行隔離。特高壓換流站雖造價(jià)高，但可減少用電走廊，非同步聯(lián)網(wǎng)，不受穩(wěn)定性限制，電暈干擾小，不受無(wú)功影響，無(wú)需進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，但是會(huì)產(chǎn)生大量諧波。特高壓工程目前正在逐步建立。如：由于湖北及華中地區(qū)長(zhǎng)期電力供需矛盾，為了解決這個(gè)問(wèn)題，截止2019年底，國(guó)家電網(wǎng)已累計(jì)建成“11交11直”特高壓工程。項(xiàng)目累計(jì)投資超過(guò)4300億元，近期開工的還有陜北到湖北±800千伏特高壓直流工程湖北段計(jì)劃2021年完成。

3 基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的電力新產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用探索3.1 加強(qiáng)配網(wǎng)側(cè)的設(shè)備智能化建設(shè)

智能配電的實(shí)現(xiàn)方面，主要依靠精確的負(fù)荷計(jì)算，潮流分布，自動(dòng)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程抄表以及在線電量檢測(cè)。提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益，減少配電損耗，降低配電網(wǎng)成本，提高供電可靠性，是通過(guò)智能管理和配電網(wǎng)參數(shù)分析。提高配電網(wǎng)的智能性以及電力企業(yè)對(duì)配電網(wǎng)的信息掌握，靠的是自動(dòng)控制測(cè)量技術(shù)。其主要工作電壓是10kV。

自動(dòng)控制測(cè)量技術(shù)的工作領(lǐng)域主要是城鄉(xiāng)10kV中壓配電網(wǎng)，通過(guò)智能設(shè)備管理和配電網(wǎng)參數(shù)采集分析，提高配電網(wǎng)的智能性以及電力企業(yè)對(duì)配電網(wǎng)安全運(yùn)行狀態(tài)的掌控性。自動(dòng)控制測(cè)量技術(shù)可以提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，減少配電網(wǎng)損耗，降低配電網(wǎng)成本，提高供電可靠性。為實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的智能化，傳統(tǒng)的占地面積大、笨重、能耗大的傳統(tǒng)設(shè)備開關(guān)已經(jīng)不能滿足實(shí)際生產(chǎn)要求，設(shè)備開關(guān)有必要進(jìn)行更新?lián)Q代，占地面積小、絕緣能力強(qiáng)、無(wú)油設(shè)備逐漸投入使用。大量的分布式電源、智能家居以及電動(dòng)汽車等使得配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)拓?fù)涓訌?fù)雜，使數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、物聯(lián)網(wǎng)終端數(shù)量復(fù)雜程度上升。

在配用電方面，雙方為降本增效、保證互聯(lián)共享，電力互聯(lián)網(wǎng)的向高度集成化發(fā)展是必要的。對(duì)于電力相關(guān)企業(yè)，如何配套精進(jìn)研發(fā)更輕型、小型的配電設(shè)備，通過(guò)智能化接入電網(wǎng)，形成良性控制機(jī)制與控制系統(tǒng)也是未來(lái)研究的方向與趨勢(shì)。

3.2 加速清潔能源充電樁建設(shè)

綠色發(fā)展的考慮，減少碳排放，國(guó)家積極倡導(dǎo)無(wú)污染的新能源汽車。為保證電動(dòng)汽車的普及，電動(dòng)汽車充電樁等基礎(chǔ)設(shè)施的普及是重要保障。智能充電樁能夠?qū)Τ潆娫O(shè)施進(jìn)行自動(dòng)通斷。

充電樁及基本運(yùn)行要求主要有以下幾個(gè)方面：①充電樁的安全運(yùn)行②充電樁的供電可靠性③供電快速性④充電樁對(duì)電池的保護(hù)性能，避免電池過(guò)度損傷。充電樁主要有兩種充電模式：“快充”即通過(guò)電網(wǎng)電能對(duì)其進(jìn)行直接充電;“慢充”則是通過(guò)中間環(huán)節(jié)對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。

充電樁結(jié)構(gòu)如圖2所示。充電樁接入電源一般為380V交流電，接觸器與電能表進(jìn)行連接后接入充電模塊，當(dāng)充電完全后，接觸器開關(guān)觸動(dòng)，自動(dòng)斷開電源。計(jì)量模塊計(jì)算其充電電量與智能模塊相連接后將數(shù)據(jù)傳輸至控制模塊。不能自動(dòng)充電時(shí)，通過(guò)充電控制按鈕驅(qū)動(dòng)模塊強(qiáng)制實(shí)現(xiàn)。當(dāng)有故障或充電危險(xiǎn)行為時(shí)，故障報(bào)警模塊報(bào)警預(yù)知危險(xiǎn)。

充電站進(jìn)行合理的選址便成政府和城市規(guī)劃者面臨的重要問(wèn)題。從政府規(guī)劃的角度分析，建設(shè)充電站往往是以最小化總成本為目標(biāo)來(lái)滿足出行者的充電需求。

充電站進(jìn)行合理的選址便成政府和城市規(guī)劃者面臨的重要問(wèn)題。從政府規(guī)劃的角度分析，建設(shè)充電站往往是以最小化總成本為目標(biāo)來(lái)滿足出行者的充電需求，總成本主要包括建設(shè)成本、土地成本、安全治理成本以及充電樁硬件設(shè)備成本等。電動(dòng)汽車的類型以及用電習(xí)慣的不同對(duì)于充電樁的選址也有一定影響。充電時(shí)間、續(xù)航公里數(shù)、日耗電量也會(huì)對(duì)交流充電樁的建設(shè)造成不同程度的影響。

3.3 加大智能變電站建設(shè)力度

國(guó)家電網(wǎng)公司在全國(guó)啟動(dòng)了智能變電站試點(diǎn)工程，智能變電站主要有以下特點(diǎn)：①數(shù)據(jù)采集智能化②系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊化③系統(tǒng)分層分布化④信息應(yīng)用集成化⑤設(shè)備操作智能化⑥信息應(yīng)用集成化。智能變電站“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)如圖3所示。

站內(nèi)實(shí)時(shí)通信是通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性，利用雙環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其性能指標(biāo)提升來(lái)實(shí)現(xiàn)的。智能變電站通信模式的改變對(duì)提高繼電保護(hù)的可靠性有重要作用，雙環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)站內(nèi)實(shí)時(shí)通信比以往通信模式。“三層兩網(wǎng)”，網(wǎng)絡(luò)層級(jí)較多，且使用交換機(jī)數(shù)量龐大，對(duì)設(shè)備智能程度要求高，系統(tǒng)拓展性差，而“兩層一網(wǎng)”系統(tǒng)架構(gòu)與“三層兩網(wǎng)”不同，由間隔層、站控層及站控層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。就地化保護(hù)、保護(hù)專網(wǎng)、智能管理單元三個(gè)部分構(gòu)成保護(hù)信號(hào)分析主體，利用三個(gè)模塊進(jìn)行分析后生成保護(hù)信號(hào)，利用電纜傳遞信號(hào)至一次設(shè)備對(duì)其進(jìn)行控制操作。相對(duì)于之前的“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，橫向減少互聯(lián)，減少中間環(huán)節(jié)，提高了保護(hù)裝置的可靠性、速動(dòng)性。其模塊結(jié)構(gòu)的變化是其保護(hù)性能提高的主要原因，分散處理能夠減少故障范圍，減少保護(hù)勿動(dòng)概率。

4 結(jié)論

主要論述了目前電力行業(yè)智能化發(fā)展重點(diǎn)，分析了智能電力物聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，對(duì)電力改革下未來(lái)企業(yè)經(jīng)營(yíng)進(jìn)行探索;闡述了電力物聯(lián)網(wǎng)概念，智能配電裝置、電動(dòng)汽車充電樁及智能變電站的基本原理，智能設(shè)備是智能電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必要條件。

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