仪器仪表

泛在电力物联网建设思考与在电动汽车行业探索与实践

泛在电力物联网建设思考与在电动汽车行业探索与实践

泛在电力物联网将产生什么影响?听听22位专家怎么说

2019年5月27日

2019年4月11日

能源转型是一个系统化的社会工程,未来美好社会的发展离不开电力系统的能源支撑。当前,能源革命与数字革命融合发展,清洁能源高质量、高效率、经济化生产与利用势在必行,居民和一般工商业用电与电网互动需求迫切。国家电网公司创新性提出全面推进“三型两网”
世界一流能源互联网企业的战略部署,标志着公司在建设坚强智能电网建设运营模式的同时,逐步向泛在电力物联网建设运营模式转化。泛在电力物联网和坚强智能电网互相促进,互相融合,共同构成世界一流能源互联网的基础,将进一步推动中国能源革命和世界经济转型。

泛在电力物联网将电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备、供应商及其设备,以及人和物连接起来,产生共享数据,为用户、电网、发电、供应商和政府社会服务;以电网为枢纽,发挥平台和共享作用,为全行业和更多市场主体发展创造更大机遇,提供价值服务。

一、建设泛在电力物联网的必要性

(来源:国家电网报 ID:stategridnews)

为什么要建设泛在电力物联网?从能源供给方式看,我国能源革命从煤电结构转向清洁绿色发展,并与物联网、大数据等新科学技术革命和应用互相融合,电网供电方式已经从以特高压为主的大动脉式转向与以分布式为主的毛细血管方式并存模式,这是主动顺应能源革命和数字革命融合发展趋势的需要和必然。从全球视野来看,欧美已经开始示范建设泛在电力物联网项目,旨在通过信息通信技术网络对可再生能源和电网进行控制;而我国也需要从战略层面对清洁能源实现高质量、高效率、经济化的生产和利用,来贯彻落实能源革命的战略部署。从电网供电方式看,随着清洁能源技术进步与经济适用性的增加,居民和一般工商业用电由以往对电网参与度不多的情况转向迫切需要同电网进行互动。从国家政策角度看,响应党中央国务院为企业降低用能成本,降低一般工商业电价的要求,国家电网公司既要让渡部分利润支持社会经济发展,践行社会责任,又应兼顾适应电力体制改革和国企改革向纵深推进,更要不断发展壮大以提高公司的盈利能力。

建设泛在电力物联网是历史使命

二、泛在电力物联网的内涵与特征

孙宏斌

内涵。泛在电力物联网就是围绕电力系统各环节,充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术,实现电力系统各环节万物互联、人机交互,是具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧能源服务系统。其包含感知层、网络层、平台层、应用层四个完整环节。它以电网为枢纽,通过智慧能源调度和交易系统,将各种与能源生产、消费等相关的电力行业及用户连接起来,形成共享数据,为各类用户提供能源服务,为各类商户提供更多机遇,更大限度带动产业链上下游共享发展成果。它是一个兼容开放、和谐友好、智能互动、机会均等、利益共享的平台,是能源互联网的重要组成部分。

清华大学教授、IEEE电力与能源协会能源互联网技术委员会主席

特征。一是基于互联网技术实现更广范围、更大空间能源共享;二是支持超大规模分布式能源系统与储能系统随时接入与退出;三是实现可再生能源在一次能源占比逐年递增,电网要有能掌控一定额度的备用储能系统,能够平移清洁能源发电对电网系统的波动;四是支持并满足电动汽车等智能交通的电气生态化。泛在电力物联网的本质特征既不是在大数据、云平台、AI技术或业务层面的竞争,也不是在某细分市场或局部的技术竞争,而是生态平台和版图的竞争,是生态体系对生态体系的竞争。这种竞争比拼的是网络效应的规模优势。

泛在电力物联网不仅仅是一个技术概念,而是一场从理念到技术、管理的彻底变革。这个概念的提出体现了国家电网公司的使命感。这是一种责任和担当。

商业模式。与传统智能电网是以赚取电费价差为主要经营模式不同,泛在电力物联网的商业模式则完全采用成本加合理收益的模式。即通过现代信息通信技术与电力系统深度融合,来促进通道共享、设施共用、终端共建和平台集成,以打造新的跨界生态圈,来提高效率和效益,属于网络协同加数据驱动模式。依靠能源网络、数据和流量等,基于市场价格响应,提供的数字化服务,形成数字经济,来推动公司利润再上新台阶。其中储能峰谷价差、电量聚合交易、产品打包销售、数据加工变现、网络技术服务、平台金融服务、系统运营维护及广告增值等都是泛在互联网商业模式的具体表现。

绿色高效电力的必然选择

三、泛在电力物联网建设的目标、原则、内容及条件

符杨上海电力大学副校长

建设目标。计划分三步走:第一步,战略目标突破期。从2019年到2021年,经过3年时间初步建成泛在电力物联网,以适应社会发展需要,打造行业生态,支撑电网业务与新兴业务融合发展。第二步,巩固目标提升期。在初步建成基础上,进一步巩固、充实、提高、完善,争取到2024年基本建成泛在电力物联网,支撑“三型两网”世界一流能源互联网企业建设。第三步,完全目标建成期。到本世纪中叶建国一百周年,完全建成现代化的泛在电力物联网,与智能电网一起构成完整的世界领先的能源互联网生态圈。

随着移动互联、5G通信、云计算、人工智能等技术蓬勃发展,原有电力物联网技术的应用存在可靠性低、标准多样、兼容性差等缺陷。结合当前形势需求,国家电网公司提出建设泛在电力物联网,对提升电网整体技术水平,构建新型电力物联网领域的产业链、生态圈具有重要意义。

建设原则。四个原则:一是用户至上的原则。开发软件、硬件要真正站在用户角度考虑,一切以用户懂与不懂、满不满意、方不方便、操作简不简单为出发点,来设计、建设和改造系统,真正把以用户为中心落到实处,而不是站在管理者的角度去研发系统或空喊口号不落实。二是标准统一的原则。系统建设首先做到数据统一、标准统一、接口统一、应用统一,确保泛在电力物联网系统的前端、中台、后台数据贯通,内外部系统通道连贯,数据共享使用。三是本着经济的原则。在用户需求明确、内部管理需要的前提下,根据轻重缓急,仔细评估项目投资,合理安排建设时序,系统建设真正做到经济实用、操作简便、易于推广、收益共享,而不是年年修补,甚至重复建设。四是创新应用的原则。在少量已有成果的基础上,继续加大重点项目、重点领域、关键产品、急需部件的研发投入,鼓励多方创新,吸收采用国内乃至全球最新产品和技术用于泛在电力物联网建设,争取做到经济技术兼顾,效果效益双显。

同时,泛在电力物联网的提出对我校的学科、科研发展也具有重要的指导意义。泛在电力物联网中的多项关键技术涉及电气、自动化、通信、计算机等领域前沿知识的深度交叉与融合。在科研方面,我校临港校区已建成覆盖整个校园的新能源微电网示范平台。下一步围绕泛在电力物联网建设思路,依托该平台,我们可以结合态势感知技术实现状态的全面感知,结合5G通信技术和AI实现真正的人机交互,结合大数据和移动互联实现校园的智能终端集成和新能源消纳。

建设内容。一是在感知层和网络层实现设备物理互联。在现有电网控制系统的基础上,将多种能源设备(风电、光伏、地热、天然气等)通过智能芯片、智能传感器/智能终端、一体化通讯网络连接起来,形成全时连接、全域覆盖、万物互联的物联网生态圈,实现多种能源设备的实时互联、在线监测和故障处理。这些新能源机器的接入,都需要变流器等电力电子设备。二是在平台层实现电力交易互联。构建一个全球统一的泛在电力物联网平台,犹如用户通过手机APP参与股市交易系统一样的平台,平台具备智能互动、开放共享、经济高效、安全可控等特征,能够实现在任何时间、任何地点、任何人、任何电力互联,向用户提供各种能源交易管理、调度供需、自动交易、实时结算等功能,满足各类用户电力设施接入退出及多元化需要。三是在应用层实现数字经济互联。泛在电力物联网平台能汇集发供用等各方需求,进行智能分析和交易;能提供参与各方的数字经济资信证明,提供全链条电力参考信息,提供产供需等多种服务并改进,以大幅提高工作效率,减少无效经营成本,实现多用户、多层次、高等级、大范围的经济共享,促进电力行业可持续发展。

建设泛在电力物联网 可满足更多个性需求

建设条件。第一是外部技术要有实质性进步。泛在电力物联网的建设,受制于储能技术进步、光伏技术进步、人工智能计算进步、电池技术进步、5G大规模应用、充放电次数增加、能量存贮损失率降低、设备能量转化效率增高、电池光伏充换电设施储能风力发电等设备价格降低,新能源上网电价成本低于火力发电价格等因素,上述技术要有明显进步,成本要有断崖式下降。第二是内部技术要有创新性突破。涉及到电网需要自主研发的电力调控技术、储能设施调度能力、电力芯片和传感器的研发和应用、大功率充放电技术研究和设备研发、虚拟同步机等新能源发电并网关键技术研究与应用、大容量海底电缆等重点技术装备研究、特高压柔性直流输电攻关、电力交易平台技术研发和建设、智慧车联网平台技术研发和建设等,要加大研究力度,早出创新性成果,并具备经济实用和推广价值,以提高泛在电力物联网的稳定灵活调节水平和用户智慧互动能力。做好整体网络安全防护体系,有效防范外部网络攻击。第三是人才激励等措施要迅速落地。建设泛在电力物联网,关键在人。一方面要充分调动全体员工的积极性和主动性,把业绩和奖惩结合,把成效与利润挂钩,真正做到多劳多得,按劳分配,打破以前按级别按职务平均分配薪酬的做法,打破以前工资总额与正式员工编制挂钩的做法;另一方面,根据需要注重引进各领域各方面各层级人才,充分发挥个人的聪明才智和专业优势,让其价值在建设泛在电力物联网的过程中得以体现,破除身份编制的种种限制,激发归属认同感,齐心合力建设泛在电力物联网。

杨秀上海电力大学教授

四、建设泛在电力物联网需要注意的关系与防范的风险

建设泛在电力物联网,一是可以利用物联网技术、5G通信技术、电力无线网打造电力设备基础信息采集平台,通过统一规划设计和标准,全方位、多维度快速接入电力系统各环节终端采集信息,全面实现电力设备及用户的实时状态感知,更敏捷地响应业务需求。

建设泛在电力物联网需要处理的关系。第一是处理好智能电网向泛在互联网融合并转化的关系,打造两网命运共同体。智能电网虽然建设多年,但发展不均衡不充分的矛盾依然突出,特别是中西部地区电网的智能化水平亟需提高。相比而言,建设泛在电力物联网体量巨大且资源众多,在外部建设能力有限情况下,坚持依法合规、依据充分、名义合适、取费准确的前提下,迫切需要通过加大转移支付力度,集中力量支持泛在电力物联网建设,合力打造命运共同体。这需要统一共识,形成最大公约数。在可预见的30年内,两网会相辅相成、融合发展,共同构成能源流、业务流、数据流、资金流“四流合一”的能源互联网,形成强大的价值创造能力。第二是处理好不断变化的电力需求与电网动态调节能力的关系,确保电网稳定。由于分散式或集中式风力光伏发电具有很强的随机性和波动性,其大规模、大范围并入泛在电力物联网,对电网的适应性、调节灵活性和调频调压能力建设均提出了更高要求。这就需要泛在电力物联网统筹协调好集中式与分布式发电、传统能源与新能源、电力需求侧管理与多样化用电服务等关系,特别是服务好电动汽车、电锅炉采暖等客户侧用电负荷规模化增加的需求。既要不断创新电网电力调控技术,适应用户不断变化的电力需求,引导协调用户有序充电;又要具备统一调度储能设施的能力,增强电网动态调节能力,缓解电网运行压力,最大发挥储能设施特性价值,实现用户与电网双赢。第三是处理好守正与创新的关系,确保行稳致远。建设“三型两网,世界一流”能源互联网企业的战略目标,既要在守正中创新,也要在创新中守正。不断创新,守正才能获得活力源泉和动力根基;坚持守正,创新才能有明确的立场和指向。守正就是要继续建设运营好以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网,不断提升能源资源配置能力和智能化水平,满足人民群众日益多样的服务需求,这是公司发展的根基,必须坚持不懈、加快发展。创新就是要建设泛在电力物联网,为电网安全经济运行、提高经营绩效、改善服务质量、培育发展战略性新兴产业提供强有力的数据资源支撑,为管理创新、业务创新和价值创造开拓一条新路,这是公司发展的新动力。其他关系也要处理好,譬如技术研发与资金投入,确保量力而行;项目投资与产品生产,确保合理回报;政府监管与公司定价,争取收费自主;业务创新与试点先行等。

二是可以利用云平台技术、大数据技术,充分处理多系统、多源数据,对多源、异构数据进行建模处理,为应用服务提供统一的数据平台支撑,形成“一体化联动”的能源互联网生态圈、“一站式服务”的智慧能源综合服务平台。

需要防范的风险。第一是技术及应用场景变化的风险。当前对于泛在电力物联网的定义及应用尚在摸索中,5G等信息通讯技术的变化或应用环境的变化,则可能带来发展方向的不确定性。第二是清洁能源或储能设施投运不及预期的风险。分布式或集中式风力、光伏等新能源发电,以及电动汽车、电锅炉采暖、电化学储能设施受技术或成本的影响,投资和收益不及预期,可能会影响后续泛在电力物联网的建设。第三是平台运行核心竞争力不及专业互联网公司的风险。公司打造的泛在电力物联网是一个包容开放的生态圈,在平台生态圈的建设及场景应用方面,技不如人,可能会受到专业互联网公司的直接冲击。

三是利用移动互联网技术、人工智能技术,实现应用服务和数据解耦,推动新应用服务或业务的快速上线,满足客户服务多样化的要求、提升客户体验个性化的需要,打造电力信息服务平台,满足政府、企业、居民等不同客户的差异化服务需求,在提升服务质量的同时吸引更多社会投资、更广泛的终端客户参与到能源互联网的建设中来。

五、泛在电力物联网在电动汽车行业的探索与实践

打造万物互联的智能世界

电动汽车公司处于泛在电力物联网新兴业务的战略前沿,以服务电动汽车充电为己任,运营着国家电网公司投资建设的10万个充电桩,运营区域覆盖19个省150多个城市,涵盖了“十纵十横两环”3.7万公里高速公路和“两纵一横”港口码头,是全世界最大的充电设施运营商。国网电动汽车公司通过建设一流智慧车联网平台,将充电桩、电动车、电动轮船、电池储能设施等接入车联网平台,大力开展在线智慧充电、智慧出行、智慧能源业务,推进泛在电力物联网在智慧车联网平台率先落地应用。第一是实施智慧充电。充电桩作为连接电动汽车、用户和电网的数据端口,是电动汽车数据、用户数据、能源数据交互的关键枢纽,具有典型的物联网终端特征,是泛在电力物联网客户侧的重要入口。电动汽车公司通过智慧车联网平台对充电进行远程充电,实现电流、信息流、资金流的统一。第二是进行有序充电。通过平台将电动汽车等客户侧储能设备与电力交易系统协调控制,实现了以台区为单位的削峰填谷,将研发的有序充电技术落地应用。第三是服务社会出行。在19个省购置电动汽车并根据需要配备司机,并与滴滴出行、曹操专车、首汽新能源合作,通过平台为社会提供全方位电动汽车出租或出行服务,真正实现一机在手,走遍神州。第四是提供清洁能源。在高速公路服务区建设光充储一体化电站,光伏发电首先满足服务区用电和电动汽车充电,多余电力再上网;在高速公路两侧建设光伏电站,向电网提供清洁能源。第五是聚合电量交易。通过平台汇总电动汽车实时充电需求及功率,再与电网动态最优匹配,充分发挥电网柔性调节能力,实现智能化的绿色电力交易,有效促进清洁能源消纳。第六是开展电能替代。在城市商业区或公园,建设磷酸铁锂电池储能电站,利用峰谷价差向用户提供电力服务,满足用户能源需求。第七是打造网络生态。通过平台将平台沉淀的业务、数据、技术等能力资源向全国充电设施运营商全面开放,并与其深度互联,推动实施全方位融合,共享大数据增值服务,支撑电动汽车服务生态体系建设。

孙秋野东北大学信息科学与工程学院副院长

六、结论

在国家电网有限公司2019年发布的1号文件中,排在年度重点工作首位的就是着力构建能源互联网,让承载电力流的坚强智能电网与承载数据流的泛在电力物联网共同构成能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网。

综上所述,能源转型是一个系统化的社会工程,未来美好社会的发展,离不开电力系统提供必须的能源支持。国家电网公司继续发挥行业引领和主导作用,通过将电力系统与人工智能、大数据、物联网、5G等现代信息通信技术和控制技术深度融合,来建设“目标清晰、布局科学、结构合理、智能高效”的泛在电力物联网,以实现电能的清洁化、高效率、高质量、经济化生产和利用,来满足用户的各种用能需求,进一步推动中国能源革命和世界经济转型。

能源互联网背景下的泛在电力物联网体现在“人-机-信-物-环”等多主体多类型要素的分层分区互联。

鉴于泛在电力物联网目标远大,任务繁重,领域宽广、难点众多,没有数轮甚至十几轮的迭代、构建、精化、淘汰、再构建,很难建成。但只要发挥“一万年太久只争朝夕”的精神,只要树立“功成不必有我”的境界,从我做起,从现在做起,带头推动能源科技行业转型升级,就可以真正重塑未来三年乃至三十年的能源互联网生态,为共同建设三型两网、世界一流能源互联网企业而努力奋斗!来源:中国电力新闻网

泛在电力物联网的优化控制方面表现为不同管理优化层级的泛在分布自治和云端互联。能源互联网和泛在电力物联网的有机结合将实时连接能源生产、传输、消费各环节的设备、客户、数据、市场,全面承载多类型企业运营、客户服务、新型业态等全业务,体现在物理架构终端泛在接入、态势感知数据平台开放共享、优化计算云雾协同、跨行业数据驱动业务和个性化应用随需定制等多方面,打造万物互联的智能世界。

建设泛在电力物联网将拉动产业聚合发展

刘云鹏华北电力大学电力工程系主任

国家电网公司提出的泛在电力物联网有着非常深刻的意义,体现了国家电网公司的社会性、平台性和共享性,也是其深化国有企业改革的重要举措。

从概念上来说,泛在电力物联网是运用新一代信息技术,将电力客户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备、电工装备企业及其设备连接起来,通过信息广泛交互和充分共享,以数字化管理大幅提高能源生产、能源消费和相关装备制造的安全水平、质量水平、先进水平、效益效率水平。

我的理解是,泛在电力物联网建设不仅仅包含电网,还囊括了整个产业链的上下游,向上接入了清洁能源发电和消纳,向下包括了智能家居、智慧能源、智慧城市的建设。这是一个基于信息流的泛在的物联网,与坚强智能电网相辅相成,共同构成能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网,可以拉动产业的聚合发展,进而形成能源互联网发展的产业生态圈。

建设泛在电力物联网具有深远意义

辛焕海浙江大学电气工程学院电机系主任、教授、博士生导师

建设泛在电力物联网,不仅仅是国家电网公司自身的需求,更是服务国家战略的需要。中央经济工作会议明确,要加强人工智能、工业互联网、物联网等新型基础设施建设。工信部也出台了推动互联网、大数据、人工智能与制造业深度融合的文件。以前电网企业主要是利用第二次工业革命的技术和理念发展业务。现在,电网企业要把信息化、人工智能技术和理念引入到企业发展中。这符合国家的战略需求,也对带动提升我国经济发展有深远意义。

他说,泛在电力物联网建设也在助力电网企业寻找新的业务增长点。展望未来,与电相关的服务也许远远超出我们现在的想象。

更多观点,点击文末阅读原文(对话|泛在电力物联网,浙江大学“午餐会”教授们的热词)

泛在电力物联网将颠覆电力行业传统生态

高峰清华大学能源互联网创新研究院副院长

我认为推动泛在电力物联网建设,会颠覆整个电力行业的传统生态。能源行业实现更高效率、更高质量、更加公平、更可持续的发展,远期看是完全可以实现的。

泛在电力物联网体现了以客户为中心的思维方式转变。这意味着电网企业需要去构建产业生态圈,跳出以往采购的思维模式,改为与合作方共同推进项目,满足政府行业机构、能源客户、供应商、行业伙伴的各类需求,实现互利共赢。

虽然短时间内泛在电力物联网很难带来重大改变,但从长远来看,它与5G技术、能源互联网、智慧能源等新技术的结合,将会带来许多新的变化。从综合能源系统的规划设计到建设运营,支撑智慧城市和城市治理,再到支撑国家能源转型的政策制定,泛在电力物联网都有可能发挥积极作用。

泛在电力物联网是现代电网发展的科学之路

何正浩华中科技大学教授、博士生导师

过去的电力设备在线监测技术不断地被应用到电力系统中,但只是实现了部分设备的状态监测,远没有达到数据化和智能化的水平。泛在电力物联网通过现代网络技术,包括移动互联技术,将电力系统各环节的信息包括人和物的信息连接起来,利用数据共享和大数据分析等先进手段,实现电网与人机状态信息全面感知、人机交互便捷灵活高效、电网运维高度数据化和智能化。泛在电力物联网将是现代信息技术、监测控制技术、人工智能技术和现代管理等技术深度融合于电力系统的时空泛在网络。

泛在电力物联网的建设,将实现电网的泛在物联、信息互动和网络智能,将极大地提升电网运维水平,提高能源利用效率,是现代电网发展的科学之路。

泛在电力物联网建设将带来众多福祉

鲁斌华北电力大学计算机系主任

泛在电力物联网是应用于电网的工业级物联网,将与坚强智能电网相辅相成并融合发展,在线连接能源生产与消费各环节的人、机、物,状态全面感知,信息高效处理,应用便捷灵活,承载贯通电网生产运行、企业经营管理和对外客户服务的数据流和业务流,与能源流共同构成“三流合一”的能源互联网。

泛在电力物联网将在提升服务水平、提升电网安全经济运行水平、促进清洁能源消纳、提供智慧能源综合服务、构建能源生态体系等方面给社会带来福祉。它提升用电服务质量和水平,进一步提升客户满意度,并创造新的业务增长点;它提前预知电网缺陷,优化配置检修资源,大幅减少停电时间,提高居民、工厂、企事业单位的安全等级和生产水平;它进一步提升清洁能源消纳水平,助力打赢蓝天保卫战。

泛在电力物联网对能源产业发展有重要意义

王忠峰中国科学院沈阳自动化研究所研究员

国家电网有限公司结合自身发展需要,作出了建设泛在电力物联网的工作部署,对我国能源产业的发展具有重要的意义。

电网是国家重要的能源动脉,源端是各种形式的发电厂、新能源电站,网端包括了输电线路、变电站、配网,荷端包括工业用户、居民用户以及各类商业用户,整个链条涵盖了规模庞大的电力装备和终端。这些电力装备和终端的运行状态对于电网的安全运行至关重要。以统一的标准实现终端泛在接入、状态全面感知,是提升电网安全运行、实现业务协同和贯通的基础。

泛在电力物联网的建设将全面提升电网装备和终端设备数字化和智能化能力,通过数据共享彻底打破能源生态体系的数据壁垒,为大数据、云计算、边缘计算以及人工智能等信息处理技术的应用和发展提供更为广阔的空间,进而衍生出规模庞大的“泛在应用”和“泛在服务”。基于泛在电力物联网,现有的能源供给和消费模式将会发生重大转变,能源产业将得到升级重构,实时电价、需求侧管理、微电网等技术,将真正呈现为可行技术形态并得到广泛应用。

高校应加强泛在电力物联网研究

邰能灵上海交通大学电气工程系主任、教授

泛在电力物联网不仅仅关注传统电力的发输变电环节,而且充分融合了大数据、云计算、区块链、人工智能等现代技术,将能源、信息和通信等有机融合,实现能源流、业务流和数据流的“三流合一”。泛在电力物联网建设将突破当前困扰电网发展的几大瓶颈,如电网数据缺乏完全互通性、业务信息缺乏共享性、通信互联网络存在局限性等,从而有效实现区域间电力能源资源灵活调度和精细化管理。

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

相关文章

网站地图xml地图