泛在电力物联网要以应用驱动为导向

　　泛在电力物联网的概念一经提出，便受到了业界的广泛关注，尤其是信息及其相关产业。其实，泛在电力物联网是泛在物联在电力行业的具体应用，它涉及到发电、输电、配电、用电等方面的技术问题和经济问题，是电力设备、电力企业、电力用户、科研机构等与电力系统相关的设备及人员之间的信息连接和交互。它将发电企业及其设备、电力用户及设备、电网企业及设备、供应商及其设备、设计院、科研单位等人和物连接起来，产生数据共享，为发电、电网、用户、设备供应商、科研、设计单位和政府提供服务；以电网为枢纽，发挥平台和共享作用，为电力行业和更多市场主体发展创造机遇，提供价值服务。通过应用大数据、云计算、物联网、移动互联、人工智能、区块链、边缘计算等信息技术和智能技术，汇集各方面资源，为规划建设、生产运行、经营管理、综合服务、新业务新模式发展、企业生态环境构建等各方面，提供有效的信息和数据支撑。可见，建设泛在电力物联网是社会和科技发展的必然要求。

　　泛在电力物联网必须是应用驱动，根据应用需求，建立商业模式和价值回收路径。泛在电力物联网不仅是技术创新，更是管理创新。建设泛在电力物联网可以全面感知源网荷储设备运行状态和环境信息，用市场办法引导用户参与电力系统调峰调频，通过虚拟电厂和多能互补提高分布式新能源友好并网水平和电网可调容量占比，缓解弃风弃光，促进清洁能源消纳。当前，常规发电厂、大型风电场、光电站等已经和电力系统连接，调度可以直接控制；泛在电力物联网主要任务是连接负荷（尤其是可控负荷）和分散式发电。利用泛在电力物联网，协同控制风电光电、可控负荷、分布式发电等，可以提高风电光电利用率，实现能源转型目标。

　　能有效控制可控负荷

　　可控负荷是在供电部门要求下，按合同可以控制用电时间的特定用户的负荷。电动汽车（EV）是一种非常特殊的负荷，因为电动汽车不仅可以作为负载，还可以作为发电机，对应充电（G2V）和放电（V2G）模式。2018年底，我国已有电动车达到200万辆，预计2030年将达到8000万辆。而海南省在规划中提出“2030年起，全面禁止销售燃油车”。大量的电动车接入电网，将对电网产生极大的冲击。尤其是下班归来的电动汽车集体充电带来的负荷量更是非常巨大，而且电动汽车充电也如新能源发电一样具有不确定性，无法精准地预测负荷。目前，家用充电桩的功率是7-10kW的，快充直流充电桩可以达到300kW，例如特斯拉的超快充。若1000万辆车同时充电，其功率将达到1亿kW，比江苏省全省最大负荷还要高。对电动汽车充电和放电的优化控制是必须的，泛在电力物联网技术是最优控制电动汽车充放电的有力支撑。

　　电动汽车充放电控制有三个适用条件。首先，电动汽车属于可控负荷，对其充电进行控制可以达到在时间上移动负荷，调整负荷曲线和响应新能源发电的目的。对于允许充电控制的汽车，给予电价优惠；其次，使用上达不到最佳充放电周期的电动汽车或者长时间闲置不用时，也会减少电池的使用寿命，适当的V2G有助于维护电池的寿命，同时车主可以获得收益，但是频繁的V2G模式会降低电池寿命，技术和经济上都是不可行的；最后，在紧急情况下，电动汽车可以作为分布式储能，保证就近的一级负荷供电，车主可以获得应急支援的高额补偿。

　　对电动汽车进行聚类分析，分类适当使用，将给电力系统和车主带来双赢。汽车的无线通讯和网络功能已经成熟并得到广泛应用，基本具备控制条件。对电动汽车的充放电优化控制，需对用户的行为模式进行分析，也需电动汽车和局域电网调度或智能发电厂的信息互通，这些都是泛在电力物联网需要解决的问题。

　　促进实现分布式发电

　　随着光伏和风电成本的降低，分散式发电逐步兴起。分布式发电通常由电力用户建设，接入配电网。配电网将由原来的无源网络变成有源网络，线路的潮流方向可能随着电源出力发生变化，供电计划方法也将发生变化，主动配电网及智能发电厂等需要依托泛在电力互联网的相关技术来实现，合理优化的调配分布式能源和可控负荷。

　　用户可以从消费者变成产消者，自己安装分布式发电，例如屋顶光伏、自发自用、余电上网，参与到电力市场中来。

　　大量的分布式发电接入到配电网中，将给电网的安全稳定运行带来更大的挑战，市场模式也要作出相应的调整，以适应更多随机分布式能源。智能发电厂是把一个区域内常规电厂与分散式发电集合成一个利益体，总体协调规划的一种技术，将减少分布式发电给电网带来的冲击与调度困难问题。

　　综合能源系统也是分布式发电的一种协调控制手段，把燃气轮机、制冷制热等发电及可控负荷结合在一起协调控制。综合能源系统是指一定区域内利用先进的物理信息技术和创新管理模式，整合区域内煤炭、石油、天然气、电能、热能等多种能源，实现多种异质能源子系统之间的协调规划，它可以有效地提升能源利用效率，促进能源可持续发展。而泛在电力物联网的辅助，是该系统实现运行的必要条件。

　　可减少弃风弃光

　　《巴黎协定》签署之后，我国向国际社会郑重承诺：到2030年前后，单位GDP二氧化碳排放较2005年下降60%-65%，碳排放于2025年前后达峰并力争尽早实现。为此，我国发布《能源生产和消费革命战略(2016—2030)》，提高新能源占比，力争非化石能源占比达到50%。

　　目前，风电和光电装机容量分别占总装机容量的10.6%和7.3%，发电量分别是3057kW·h和1182亿kW·h，占总发电量的4.8%和1.8%。而我国弃风弃光现象频发，2016年我国弃风率达到17%，弃光率达到了11%，2018年由于我国省间交易壁垒消融，弃风弃光都有所减少，分别为277亿kW·h和54.9亿kW·h，各占发电量的7%和3%，但当新能源占比达到一定的时候，弃风现象仍将存在。预计到2030年，风电和光电装机分别达到4.78亿kW和5.73亿kW，分别占总装机容量的17%和20%，发电量各占10% ，此时，新能源的装机容量接近电力系统的平均负荷。除非大规模储能技术及废旧电池处理在经济上与技术上有实质性的突破，否则，弃风和弃光将难以避免。

　　实现能源转型目标，是泛在电力物联网主要解决的一大问题。风电场、光电站、火电厂、水电厂和大型用户等已经和调度连接，通过智能电网的优化协同运行技术，让大规模能源间协调互补平抑随机能源波动，改善电能质量。泛在电力物联网连接用户和分散发电，尤其是可控负荷用户。把可控负荷和分布式发电有效控制起来，以实现源网荷协同，减少弃风弃光。当弃风弃光出现时，调动可控负荷吸纳新能源，当新能源功率出现缺口时，紧急情况下可短时间暂停慢充电动汽车的充电，暂停一些可停机的可控负荷，同时调动参与V2G的电动汽车与分布式储能向电网输送电能。

　　泛在电力物联网的初心是实现能源及社会的可持续发展。以需求为驱动，以技术为依托，培养可行性商业模式，泛在电力物联网潜力巨大，未来可期。(陈麒宇　作者供职于中国电力科学研究院有限公司)