泛在電力物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施策略研究

陳麒宇

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泛在電力物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施策略研究

陳麒宇

（中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司，北京市 海淀區(qū) 100192）

建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)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(wèn)題出發(fā)，論述了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的意義，提出了實(shí)施策略和可能遇到的問(wèn)題。為實(shí)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(shí)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(yùn)行、提高風(fēng)電光電的利用率，必須對(duì)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(chǎng)、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(dòng)汽車是可控負(fù)荷中最容易實(shí)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)，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(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)。

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；電動(dòng)汽車；調(diào)峰；能源轉(zhuǎn)型

0 引言

國(guó)家電網(wǎng)公司于2019年初提出了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念。泛在物聯(lián)是指任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人、任何物之間的信息連接和交互。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是泛在物聯(lián)在電力行業(yè)的具體應(yīng)用，是電力設(shè)備、電力企業(yè)、電力用戶、科研機(jī)構(gòu)等與電力系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備及人員之間的信息連接和交互；它將發(fā)電企業(yè)及其設(shè)備、電力用戶及設(shè)備、電網(wǎng)企業(yè)及設(shè)備、供應(yīng)商及其設(shè)備、設(shè)計(jì)院、科研單位等人和物連接起來(lái)，產(chǎn)生共享數(shù)據(jù)，為發(fā)電、電網(wǎng)、用戶、設(shè)備供應(yīng)商、科研、設(shè)計(jì)單位和政府提供服務(wù)；以電網(wǎng)為樞紐，發(fā)揮平臺(tái)和共享作用，為電力行業(yè)和更多市場(chǎng)主體發(fā)展創(chuàng)造機(jī)遇，提供價(jià)值服務(wù)。通過(guò)應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能、區(qū)塊鏈、邊緣計(jì)算等信息技術(shù)和智能技術(shù)，匯集各方面資源，為規(guī)劃建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行、經(jīng)營(yíng)管理、綜合服務(wù)、新業(yè)務(wù)新模式發(fā)展、企業(yè)生態(tài)環(huán)境構(gòu)建等各方面，提供充足有效的信息和數(shù)據(jù)支撐。建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是社會(huì)和科技發(fā)展的必然。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的提出受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注，尤其是信息及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)。該概念涉及的內(nèi)容包括了發(fā)電、輸電、配電、用電等方面的技術(shù)問(wèn)題和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。

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(chǔ)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和環(huán)境信息，用市場(chǎng)辦法引導(dǎo)用戶參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻，通過(guò)虛擬電廠和多能互補(bǔ)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(chǎng)、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(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)。電動(dòng)汽車是可控負(fù)荷中最容易實(shí)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。

本文從電力系統(tǒng)發(fā)展歷程和面臨的問(wèn)題出發(fā)，分析建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的意義及其實(shí)施策略，提出可能遇到的關(guān)鍵問(wèn)題。

1 三代電力系統(tǒng)的發(fā)展歷程

周孝信院士于2012年提出了三代電力系統(tǒng)的概念，得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的認(rèn)可[1-3]。

1.1 第一代電力系統(tǒng)

第一代電力系統(tǒng)(the first generation power system，F(xiàn)GPS)：20世紀(jì)前半期的電力系統(tǒng)，以小機(jī)組、低電壓、小電網(wǎng)為特征，是電網(wǎng)發(fā)展的興起階段；此時(shí)電網(wǎng)稱為一代電網(wǎng)。

第一代電力系統(tǒng)中，愛(ài)迪生1882年建立了第一個(gè)發(fā)電廠，因薩爾(Samuel Insull)建立了第一個(gè)電力系統(tǒng)，特斯拉發(fā)明了感應(yīng)電機(jī)和三相交流電。1880年愛(ài)迪生發(fā)明了第一臺(tái)電動(dòng)汽車，如圖1所示，實(shí)物保存在東京電力博物館。1898年建成了第一個(gè)電池儲(chǔ)能供電系統(tǒng)，如圖2所示。

圖1 愛(ài)迪生發(fā)明的第一臺(tái)電動(dòng)汽車

圖2 第一個(gè)電池儲(chǔ)能電站

第一代電力系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是交流輸電占主導(dǎo)，輸電電壓達(dá)到220kV等級(jí)；電網(wǎng)規(guī)模小，屬于城市電網(wǎng)、孤立電網(wǎng)和小型電網(wǎng)，發(fā)電單機(jī)容量不超過(guò)10萬(wàn)~20萬(wàn)kW。

1.2 第二代電力系統(tǒng)的發(fā)展及成就

第二代電力系統(tǒng)(the second generation power system，SGPS)：20世紀(jì)后半期的電力系統(tǒng)，以大機(jī)組、超高電壓、互聯(lián)電網(wǎng)為特征，標(biāo)志著電網(wǎng)進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展階段。第二代電力系統(tǒng)的成就主要體現(xiàn)如下：

1）大電網(wǎng)和遠(yuǎn)距離輸電。

第二代電力系統(tǒng)從開(kāi)始過(guò)渡到技術(shù)成熟的時(shí)間跨度大體上是從20世紀(jì)中期到20世紀(jì)末。在此期間，電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，形成了大型互聯(lián)電網(wǎng)；發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量達(dá)到30萬(wàn)~100萬(wàn)kW；建立了330kV及以上電壓等級(jí)的超高壓交流、直流輸電系統(tǒng)。第二代電力系統(tǒng)發(fā)展的里程碑如下：

（1）1952年，瑞典首先建成380kV超高壓輸電線路，全長(zhǎng)620km，輸送功率45萬(wàn)kW。

（2）1959年，蘇聯(lián)首次使用500kV輸電，距離1000km。

（3）1965年，加拿大首先建成735kV的輸電線路。1984年，蘇聯(lián)建成了750kV輸電線路。1969年，美國(guó)實(shí)現(xiàn)了765kV的超高壓輸電。

（4）1985年，蘇聯(lián)建成了1150 kV特高壓輸電線路；由于沒(méi)有輸電需求，降壓運(yùn)行。日本于1994年建成特高壓線路，主要用于設(shè)備實(shí)驗(yàn)。

（5）我國(guó)1971年建成330kV線路，1981年建成500kV線路，2005年建成750kV線路，2009年建成1000kV特高壓輸電線路。

大電網(wǎng)提高了供電可靠性，用戶停電成為小概率事件。供電經(jīng)濟(jì)性提高，電能成為人民生活中的必需品，大電網(wǎng)運(yùn)行、分析和控制技術(shù)得到發(fā)展。

2）風(fēng)電光電等可再生能源得到利用。

我國(guó)風(fēng)電和光電累計(jì)裝機(jī)容量統(tǒng)計(jì)分別如圖3、4所示。風(fēng)電和光電裝機(jī)容量分別占總裝機(jī)容量的10.6%和7.3%；其發(fā)電量分別是3057億kW×h和1182億kW×h，占總發(fā)電量的4.8%和1.8%。

圖3 風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量

圖4 光電累計(jì)裝機(jī)容量

3）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)初見(jiàn)端倪。

一個(gè)成功的物聯(lián)網(wǎng)雛形示例：1995年德國(guó)胡蘇姆風(fēng)電場(chǎng)全自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)人值班，風(fēng)電機(jī)組故障信息通過(guò)BP機(jī)直接發(fā)送到生產(chǎn)廠家和業(yè)主，接到信息后廠家直接維修。目前，風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行信息都可以傳到調(diào)度和生產(chǎn)廠家，風(fēng)電機(jī)組也可以被控制，易于實(shí)現(xiàn)泛在物聯(lián)。

1.3 第二代電力系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

1）能源轉(zhuǎn)型必須發(fā)展風(fēng)電和光電。

大量使用化石燃料嚴(yán)重威脅人類的生存環(huán)境，并且化石燃料在不斷減少；同時(shí)，人均用電量在不斷增加。為了保護(hù)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，必須進(jìn)行能源轉(zhuǎn)型。《巴黎協(xié)定》簽署之后，我國(guó)向國(guó)際社會(huì)鄭重承諾到2030年前后單位GDP二氧化碳排放較2005年下降60%~65%，碳排放于2025年前后達(dá)到峰值并力爭(zhēng)盡早實(shí)現(xiàn)。而發(fā)展新能源是我國(guó)能源轉(zhuǎn)型的基本措施，能源轉(zhuǎn)型中，我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)演化趨勢(shì)如圖5[2]所示，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)如圖6[2]所示。

圖5 我國(guó)一次能源消費(fèi)趨勢(shì)

預(yù)計(jì)到2030年風(fēng)電和光電裝機(jī)容量分別達(dá)到4.78億kW和5.73億kW，分別占總裝機(jī)容量的17%和20%。

2）棄風(fēng)和棄光。

隨著風(fēng)電和光電的迅猛增長(zhǎng)，由于這些可再生能源的隨機(jī)性和反調(diào)峰特性，導(dǎo)致電網(wǎng)峰谷差不斷加大，電網(wǎng)調(diào)峰壓力越來(lái)越大，因此，出現(xiàn)了棄風(fēng)棄光。棄風(fēng)、棄光情況分別如圖7、8所示，可以看出，2017年棄風(fēng)損失電量419億kW×h，棄光電量73億kW×h。

圖6 2020—2030我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)

圖7 棄風(fēng)電量和棄風(fēng)率

圖8 棄光電量和棄光率

當(dāng)風(fēng)電和光電占到一定比例時(shí)，棄風(fēng)和棄光將不可避免。風(fēng)電和光電發(fā)電量占系統(tǒng)電量的比例與裝機(jī)容量的關(guān)系如圖9所示。其中：w5%、w10%、w15%、w20%分別代表風(fēng)電光電發(fā)電量占比5%、10%、15%、20%；a是某省電網(wǎng)的平均負(fù)荷，max、min是該省電網(wǎng)的最大負(fù)荷和最小負(fù)荷的標(biāo)幺值，基值是a；wn是風(fēng)電光電總的裝機(jī)容量；w是風(fēng)電光電等效利用小時(shí)數(shù)。當(dāng)w=1750h，w=20%時(shí)，wn=a；此時(shí)，風(fēng)電光電裝機(jī)容量已經(jīng)等于平均負(fù)荷，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)風(fēng)電光電功率大于負(fù)荷的情況，棄風(fēng)棄光不可避免。

圖9 風(fēng)電光電發(fā)電量占比與裝機(jī)容量

3）小型隨機(jī)電源的分散接入。

隨著光伏和風(fēng)電成本的降低，分散式發(fā)電逐步興起。分散式發(fā)電通常由電力用戶建設(shè)，接入配電網(wǎng)。配電網(wǎng)將由原來(lái)的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)變成有源網(wǎng)絡(luò)，線路的潮流方向可能隨著電源出力發(fā)生變化，供電計(jì)劃方法也將發(fā)生變化，能夠適應(yīng)這種變化的配電網(wǎng)叫主動(dòng)配電網(wǎng)。

解決上述問(wèn)題，步入第三代電力系統(tǒng)。

1.4 第三代電力系統(tǒng)

第三代電力系統(tǒng)(the third generation power system，TGPS)：從21世紀(jì)初開(kāi)始建設(shè)并設(shè)想到2050年在世界范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)的電力系統(tǒng)，以非化石能源發(fā)電占較大份額和智能化為主要特征，是可持續(xù)發(fā)展的電力系統(tǒng)。此時(shí)電網(wǎng)稱為三代電網(wǎng)。智能電網(wǎng)(smart grid)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)屬于三代電網(wǎng)。第三代電力系統(tǒng)的使命將發(fā)生重大變化[2]：

1）大規(guī)模新能源電力的輸送網(wǎng)絡(luò)，具有接納大規(guī)模可再生能源電力的能力。

2）靈活、高效的能源配置和供應(yīng)系統(tǒng)，建立用戶需求響應(yīng)機(jī)制，分布式電源和儲(chǔ)能將改變終端用電模式，電能將在電網(wǎng)和用戶之間雙向流動(dòng)，大幅度提高終端能源利用效率。

3）安全、可靠的智能能源網(wǎng)絡(luò)，具有極高的供電可靠性，基本排除大面積停電的風(fēng)險(xiǎn)。

4）覆蓋城鄉(xiāng)的能源、電力、信息的物聯(lián)網(wǎng)和綜合服務(wù)體系，實(shí)現(xiàn)“多網(wǎng)合一”，成為能源、信息的雙重載體。

1.5 智能電網(wǎng)

智能電網(wǎng)以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)(中國(guó)的智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架，各電壓等級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ))，將現(xiàn)代先進(jìn)的傳感測(cè)量技術(shù)、通信技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)。它以充分滿足用戶對(duì)電力的需求和優(yōu)化資源配置，確保電力供應(yīng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，滿足環(huán)保約束，保證電能質(zhì)量，適應(yīng)電力市場(chǎng)化發(fā)展等為目的，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶可靠、經(jīng)濟(jì)、清潔、互動(dòng)的電力供應(yīng)和增值服務(wù)。智能電網(wǎng)貫穿發(fā)、輸、配、用全過(guò)程，建設(shè)智能電網(wǎng)，需要電力系統(tǒng)各領(lǐng)域的積極合作[4]。

智能電網(wǎng)主要具有堅(jiān)強(qiáng)、自愈、兼容、經(jīng)濟(jì)、集成、優(yōu)化等特性。智能電網(wǎng)主要體現(xiàn)在：1）科學(xué)經(jīng)濟(jì)的配網(wǎng)規(guī)劃；2）自適應(yīng)的故障處理能力；3）迅速的故障反應(yīng)；4）可靠的電力供給；5）更高的電能質(zhì)量；6）可靠經(jīng)濟(jì)的設(shè)備管理；7）支持分布式能源和儲(chǔ)能元件；8）與用戶的更多交互；9）允許用戶向電網(wǎng)提供多余的電力；10）根據(jù)用戶的信用控制電力的供給。

2 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(jià)值創(chuàng)造平臺(tái)，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(jiàn)，能源轉(zhuǎn)型是必須的。發(fā)展風(fēng)電和光電是實(shí)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(shí)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(wèn)題就是如何減少棄風(fēng)棄光，提高新能源利用率，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)。風(fēng)電場(chǎng)、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(lái)，以實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)荷協(xié)同，減少棄風(fēng)棄光。

下面重點(diǎn)介紹減少棄風(fēng)棄光的方法：1）常規(guī)發(fā)電廠與新能源電廠的協(xié)同運(yùn)行；2）可控負(fù)荷的有效控制。

3 常規(guī)發(fā)電廠與新能源發(fā)電廠協(xié)同運(yùn)行

3.1 風(fēng)電火電打捆輸送

風(fēng)電火電打捆輸送對(duì)減少棄風(fēng)、實(shí)現(xiàn)新能源遠(yuǎn)距離輸送具有重要意義。我國(guó)風(fēng)能開(kāi)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(shí)數(shù)低，單獨(dú)遠(yuǎn)距離傳輸經(jīng)濟(jì)性差，同時(shí)傳輸線路上的功率頻繁波動(dòng)不利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，采取風(fēng)電火電打捆外送并對(duì)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(dòng)，有利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。風(fēng)火打捆外送已經(jīng)在西北獲得應(yīng)用[5-7]。

風(fēng)火打捆適用于風(fēng)電場(chǎng)和火電廠距離不太遠(yuǎn)，可以使用同一線路輸送的場(chǎng)合。

3.2 風(fēng)電水電協(xié)同運(yùn)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(wèn)題。風(fēng)電的隨機(jī)性導(dǎo)致部分時(shí)間系統(tǒng)內(nèi)功率過(guò)剩，風(fēng)電場(chǎng)被迫關(guān)機(jī)或降低出力；而在其他時(shí)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(chǎng)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(bǔ)性。在保證系統(tǒng)安全運(yùn)行條件下，考慮水電廠的水能儲(chǔ)備和風(fēng)電場(chǎng)功率預(yù)測(cè)，根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)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(yùn)行的水電廠和風(fēng)電場(chǎng)向電力系統(tǒng)提供的有功功率之和按計(jì)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(jì)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(yùn)行的難度，減少了棄風(fēng)。這種運(yùn)行方式叫做風(fēng)電和水電的協(xié)同運(yùn)行(coordinated hydro and wind power generation，CHWG)。風(fēng)電水電協(xié)同運(yùn)行機(jī)理及控制方法的理論研究，對(duì)揭示電力系統(tǒng)中隨機(jī)電源的獨(dú)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(yùn)行提供了新的思路[8-10]。

協(xié)同運(yùn)行原理如圖10所示，以較少的水電能量協(xié)同較大的風(fēng)電能量。協(xié)同運(yùn)行原理同樣適用于可以深度調(diào)節(jié)的火電機(jī)組和風(fēng)電場(chǎng)。

圖10 風(fēng)電水電協(xié)同運(yùn)行原理圖

3.3 熱電廠的棄風(fēng)蓄熱

東北西北等地區(qū)冬季風(fēng)資源較好，此時(shí)需要供熱，熱電機(jī)組“以熱定電”必須發(fā)出一定的電功率，造成棄風(fēng)。為了調(diào)峰需要，允許供熱電廠建設(shè)電蓄熱裝置，棄風(fēng)加熱、存儲(chǔ)熱能，增加電網(wǎng)負(fù)荷谷值，從而為風(fēng)電上網(wǎng)留出更大空間，提升風(fēng)電消納率，降低熱電機(jī)組熱負(fù)荷峰值，且能為整個(gè)電熱聯(lián)合系統(tǒng)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)收益。熱電廠蓄熱儲(chǔ)能原理如圖11所示。其特點(diǎn)是風(fēng)電場(chǎng)減少了棄風(fēng)，部分收益分配給熱電廠，熱電廠用棄風(fēng)電能是獲得收益的；而對(duì)社會(huì)的回饋是減少了煤炭的使用，為保護(hù)環(huán)境做出了貢獻(xiàn)[11-12]。

圖11 熱電廠蓄熱儲(chǔ)能原理圖

4 可控負(fù)荷的有效控制

4.1 可控負(fù)荷

電動(dòng)汽車是可控負(fù)荷中最容易實(shí)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(shí)現(xiàn)控制與被控制的雙贏。

4.2 電動(dòng)汽車的充放電控制

電動(dòng)汽車(EV)是一種非常特殊的負(fù)荷，因?yàn)殡妱?dòng)汽車不僅可以作為負(fù)載，還可以作為發(fā)電機(jī)，對(duì)應(yīng)充電(G2V)和放電(V2G)模式。適用條件如下：

1）電動(dòng)汽車屬于可控負(fù)荷，對(duì)其充電進(jìn)行控制可以達(dá)到在時(shí)間上移動(dòng)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(duì)于允許充電控制的汽車，給予電價(jià)優(yōu)惠。

2）使用上達(dá)不到最佳充放電周期的電動(dòng)汽車或者長(zhǎng)時(shí)間閑置不用時(shí)，也會(huì)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(shí)車主可以獲得收益。但是頻繁的V2G模式會(huì)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(dòng)汽車可以作為分布式儲(chǔ)能，保證就近的1級(jí)負(fù)荷供電，車主可以獲得應(yīng)急支援的高額補(bǔ)償。

因此，對(duì)電動(dòng)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(lái)雙贏。汽車的無(wú)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[13-15]。

4.3 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(wèn)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(lái)，參與電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻。

5 風(fēng)險(xiǎn)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(yùn)行和對(duì)用戶的安全可靠供電，尤其是網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險(xiǎn)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(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型目標(biāo)的過(guò)程中提供安全可靠的電能。泛在電力物聯(lián)的同時(shí)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(shí)設(shè)計(jì)、同時(shí)施工、同時(shí)投入運(yùn)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(huì)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(lái)便利。不是根據(jù)實(shí)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(fèi)。

6 結(jié)論

1）建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)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(shí)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(xiàng)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(yùn)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(dòng)汽車是可控負(fù)荷中最容易實(shí)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(shí)用性、有效性是應(yīng)用的關(guān)鍵。

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Research on Implementation Strategy of Ubiquitous Power Internet of Things

CHEN Qiyu

(China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China)

Building ubiquitous power internet of things (UPIoT) is a necessary means to achieve the goal of energy transformation. Starting from the development history and problems of power system, the significance of UPIoT was discussed, and the implementation strategies and possible problems were put forward. In order to realize the energy transformation, the installed capacity of renewable energy such as wind, photovoltaic (PV) and so on is increasing. The randomness of these sources of energy causes tremendous pressure on the power balance of power systems, sometimes having to abandon part of electricity from wind farms and PV. In order to maintain the stable operation of power system and improve the utilization rate of wind power and photoelectricity, it is necessary to control controllable load and decentralized generation. Therefore, it is necessary to connect controllable load and decentralized power generation with the internet to form a UPIoT. Conventional power plants, large-scale wind farms, PV stations have been connected to dispatching center, and can be directly controlled. Therefore, the main task of UPIoT is to connect load and distributed generation, especially controllable load. Electric vehicles are the easiest controllable loads, followed by water heaters, electric boilers and air conditioners. Utilizing the UPIoT, coordinated control of wind power and PV, controllable load, decentralized power generation, etc., can improve the utilization rate of wind power and PV, and achieve the goal of energy transformation.

ubiquitous power internet of things (UPIoT); power system; internet of things; controllable load; electric vehicle; peak load shaving; energy transformation

10.12096/j.2096-4528.pgt.19059

2019-04-01。

陳麒宇(1986)，男，博士后，主要研究方向?yàn)樾履茉醇半娏ο到y(tǒng)分析與規(guī)劃，chenqiyu@epri.sgcc.com.cn。

陳麒宇

(責(zé)任編輯 車德競(jìng))