一、配電網的發展需求
從大的背景來看,我們國家明確提出傳統能源體系向低碳、清潔、高效的轉變。電網在其中承載的功能從技術特征來說是打造新一代電力系統;從功能形態上來說,是傳統電網轉型發展為能源互聯網。
配電網,這里重點介紹的是中低壓配電網,即10千伏及以下的配電網。配電網是能源轉型發展里面非常重要的環節,我國配電網有如下特點:
從配電網共性特點來說,目前的配電網已經變成能源生產和消費的一個節點,既承擔能源生產,也承擔能源消費,承載著能量的雙向流動;同時,它直接面向客戶,影響客戶體驗;現在的配電網變成了一種為客戶提供公平發展機會,不僅僅是傳統的可靠性發展保障;最后,配電設備點多、面廣,但是單點信息價值點比較低。
對于我國配電網來說,配電網也有其自身的一些特點。
第一,管理模式有變革的需求,靠人員數量來支撐我們配電網高效管理的模式,是不可持續的。
第二,發展的不平衡和不充分。城市配電網和農村配電網差距非常大,即使大型城市里面不同區域配電網的發展情況也是差別非常大,有些市中心,比如上海、北京完全可以達到國際一流水平,但是不同城鄉接合部和一些地方配電網的水平可能相對來說薄弱一些,所以不能一概而論配電網整體達到什么樣的水平。
第三,中國目前市場化建設不完備,這就直接導致市場化建設過程中,電網公司和客戶、設備廠商等所承擔的義務及權利不清晰。
還有一點,我國配電網發展速度較快,如何面向快速增長的配電網進行信息化、精益化的管理,是我國面臨的一個特殊的挑戰。
二、配電物聯網的構建
基于我國目前配電網的情況和能源轉型發展的需求,構建配電物聯網是一種急需的、對配電網一種本質性的提升。
我們將配電物聯網總體架構分為四個層次。上層是云,云化的主站;中間是管,即管理通信通道;再下一層是邊,即邊緣計算,將云計算等向邊緣延伸;最后為終端,各類型的智能終端,實現配電網的感知,整體構建云管邊端的配電物聯網架構。配電物聯網本質就是將信息化和工業化進行深度的融合,通過信息化力量將原有配電網的生產力進一步的釋放,實現質的飛躍。
以下為配電物聯網基于配電架構的實際案例:
下面這張圖是傳統配電自動化里面的終端,它的存在至少在10年以上,并不是一個新型設備。傳統工業體系或者自動化體系里面分三個層次,主站、通訊和終端,對于終端來說畫紅圈這個地方,它對象是比較單一的配電變壓器,而且功能也比較單一,設計之初就已在這個自動化體系里面預設好了。
配電物聯網眼中的配電終端與傳統配電自動化里面的終端面對的終端和整體架構是完全不同的。配電物聯網眼中的配電終端面向的不僅僅是配電變壓器,還面向整個配電臺區、電壓側設備,以及信息通訊整體管理,并融入了邊緣計算。
我們按照配電物聯網架構來重新做的智能終端,整體按照硬件平臺化和軟件APP化來設計。因此智能配電終端不僅僅是一個終端,基于配電物聯網架構,它的上層還設計有一個APP應用中心,中間是新一代主站,底層智能配電終端。
從APP應用中心來看,實現了未來軟件應用功能的測試、發布、管理、運維,讓各省市開發的APP可以在標準化的情況下通用。在新一代主站中把原有自動化主站云化,增加APP管理和通訊管理的功能。底層才是終端,通過硬件平臺化和軟件APP化,實現新型軟件定義方式的終端。
智能配變終端基于我們現有的架構來說,具備的功能在理論上是有無限多種可能的。其實從本質上來說,智能配變終端最大的改變是將原有的生產決定需求方式改變為由需求決定生產的方式。
因為電力行業里面以前沒有這個例子,我們可以拿手機進行類比。我們以前的手機可能就是手機廠商做什么,我們就用什么。現在的手機是我們需要它是什么,它就是什么,打電話覺得它是手機,需要照相時候它是相機,需要聽歌時候它是MP3,最終手機有什么是用戶決定的。智能配變終端基于配電物聯網架構的架構,變為需求驅動生產,這是它本質性的變化。
以下是智能配變終端帶來的一些具體應用:
比如用戶的停電智能研判。原有的終端把信息往上送,主站判斷,主站收集到很多誤報信息,判斷的效率和通信資源浪費比較多。現在終端先進行邊緣計算,研判的準確度和通信資源的利用程度都有了一個明顯的提升。
還有用戶關系與相位識別。中國配電網發展非常快,其拓撲變化也非常快,但是拓撲又是很多應用分析的基礎,所以如何保持一個高準確度的拓撲信息比較困難,如果全憑人一條條識別,整天進行校對非常困難。那就這就需要一種數字化的方法,基于物聯網架構的終端就可以提供這種方法。
此外,基于電動汽車的有序充電。通過配電物聯網,可以將用戶側的電動汽車充電方面的資源與配電網運營資源進行整合,達到資源利用的整體最優化的效果。
還有多協議管理。中國目前配電網領域開放度比較高,設備應用的廠家也是非常多,但是經過我們了解,其實任何兩家設備直接通信或者互聯。通過我們智能配電終端建立協議庫方式,最大限度利用已有設備提升我們達到互聯互通的目的,不用對原有的設備進行大范圍的改造。
三、配電物聯網的展望
我們現在所做的工作,主要是要打造配電物聯網的生態系統。
而關于配電物聯網的生態系統,又有以下幾個重點需要把握:
第一,配電物聯網建設時間一定比較長,這個很難說今年提出來,我們明年就會能夠建設或者等等,生態的建設不是一年、兩年,至少三五年或者五到十年時間。
第二,一定要多方參與其中的工作,不可能一兩方廠家把生態打造起來,這個過程中需要各個廠家和各個不同行業參與。
第三,需要自生長的機制,隱含的關鍵技術問題要解決,還有管理模式的創新,確保每一方生態里面健康成長,達到閉環螺旋式的上升。
此外,對于現階段配電物聯網理解,第一,我們知之甚少。主要體現在配電物聯網它的內容非常多、非常豐富。第二,它自身仍在快速的發展,在自生長。每年是在往年的基礎上賦予了新的技術和內容。
其次,一切僅僅是開始。配電物聯網里面有很多另人驚奇的方面。從產業角度來講,我們所做的試點對所有行業,包括相關的廠家都需要進行改變或者做一些升級的工作,沒有說不進行升級工作可以完美適應,只是升級工作量大小不同。從科研的角度來講,其實配電物聯網對于科研來說是注入了新的維度,我們可以用新的視角來看配電網的運行分析管理,對原有的應用理論可以創新性再梳理和再分析。應該說在科研的空間上,配電物聯網可研究的空間是非常大的。
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原文標題:獨家|中國電科院王鵬:現階段配電物聯網的構建及展望
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