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摘要：建设泛在电力物联网是实现能源转型目标的必要手段。从电力系统发展历程和面临的问题出发，论述了泛在电力物联网的意义，提出了实施策略和可能遇到的问题。为实现能源转型，风电光电等可再生能源装机容量不断增加。这些能源的随机性给电力系统的功率平衡造成巨大压力，有时不得不弃掉一部分风电光电。为了维持电力系统的稳定运行、提高风电光电的利用率，必须对可控负荷和分散式发电进行控制。因此，需要用互联网连接可控负荷和分散式发电，形成泛在电力物联网。常规发电厂、大型风电场、光电站等已经和电力系统连接了，调度可以直接控制。因此，泛在电力物联网主要任务是连接负荷和分散式发电，尤其是可控负荷。电动汽车是可控负荷中最容易实现可控的，其次是热水器、电热锅炉和空调等。
关键词：泛在电力物联网（UPIoT）;电力系统;物联网;可控负荷;调峰;能源转型
引言
泛在电力物聯网不仅是技术创新，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。常规发电厂、大型风电场、光电站等已经和电力系统连接了，调度可以直接控制;泛在电力物联网的主要任务是连接负荷和分散式发电，尤其是可控负荷。利用泛在电力物联网，协同控制风电光电、可控负荷、分散式发电等，可以提高风电光电利用率，实现能源转型目标。电动汽车是可控负荷中最容易实现可控的，其次是热水器、电热锅炉和空调等。利用泛在电力物联网可以组织可控负荷参与电力系统调峰调频。
1泛在电力物联网的使命
智能电网和泛在电力物联网相辅相成、融合发展，形成强大的价值创造平台，共同构成能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网。从三代电力系统发展历程可见，能源转型是必须的。发展风电和光电是实现能源转型目标的必要手段。风电光电比例增加导致了弃风弃光，为了实现能源转型目标，必须减少弃风弃光。泛在电力物联网要解决的主要问题就是如何减少弃风弃光，提高新能源利用率，实现能源转型目标。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了，泛在电力物联网主要是连接用户和分散发电，尤其是可控负荷用户。把可控负荷和分散发电有效控制起来，以实现源网荷协同，减少弃风弃光。
2常规发电厂与新能源发电厂协同运行
2.1风电火电打捆输送
风电火电打捆输送对减少弃风、实现新能源远距离输送具有重要意义。我国风能开发主要集中在风能资源丰富的三北地区，这些地区受电力负荷水平低、系统规模小、风电就地消纳能力不足的限制，大规模风电必须送到区域电网内甚至其他区域电网消纳。风电年利用小时数低，单独远距离传输经济性差，同时传输线路上的功率频繁波动不利于系统的安全稳定运行，采取风电火电打捆外送并对风电火电的有功功率进行协调控制，能有效地减小线路功率的波动，有利于系统的安全稳定运行。风火打捆外送已经在西北获得应用。风火打捆适用于风电场和火电厂距离不太远，可以使用同一线路输送的场合。
2.2风电水电协同运行
风力发电等随机性可再生能源的接纳是当前电力系统面临的基本问题。风电的随机性导致部分时间系统内功率过剩，风电场被迫关机或降低出力;而在其他时间系统有功功率不足，频率降低或需要增加备用容量。风电场具有能量输出，水电厂具有容量保证，风电和水电具有互补性。在保证系统安全运行条件下，考虑水电厂的水能储备和风电场功率预测，根据风电场实时输出功率，发挥水电机组的快速调节作用，目标是保证协同运行的水电厂和风电场向电力系统提供的有功功率之和按计划输出。从而将随机电源转化成能够保证输出功率的按计划发电的电源，降低了含随机电源的电力系统调度和运行的难度，减少了弃风。这种运行方式叫做风电和水电的协同运行（coordinatedhydroandwindpowergeneration，CHWG）。风电水电协同运行机理及控制方法的理论研究，对揭示电力系统中随机电源的独立控制规律具有重要意义，为解决大规模风电并网运行提供了新的思路。
3可控负荷的有效控制
3.1可控负荷
电动汽车是可控负荷中最容易实现可控的，其次是热水器、电热锅炉和空调等。利用泛在电力物联网可以组织可控负荷参与电力系统调峰调频。当然，可控负荷的控制应该和被控用户有协议，并且用户可以获得被控收益，实现控制与被控制的双赢。
3.2电动汽车的充放电控制
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。适用条件如下：1）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。2）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。3）在紧急情况下，电动汽车可以作为分布式储能，保证就近的1级负荷供电，车主可以获得应急支援的高额补偿。因此，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。汽车的无线通信和网络功能已经成熟并得到广泛应用，基本具备控制条件。
3.3空调等可控负荷的控制
热水器、电热锅炉和空调等可控负荷的控制比较复杂，首先要解决通信和网络连接问题。因此，必须发展泛在电力物联网，把这些可控负荷有效组织和控制起来，参与电力系统调峰调频。
4风险防范
1）泛在电力物联必须保证电力系统的安全稳定运行和对用户的安全可靠供电，尤其是网络安全风险的防范。泛在电力物联网是信息物理系统（CPS），但其职能是在实现能源转型目标的过程中提供安全可靠的电能。泛在电力物联的同时必须考虑安全防范措施，做到安全措施与泛在电力物联同时设计、同时施工、同时投入运行。2）提高效率和使用方便是泛在电力物联网获得社会认可和积极使用的基础。泛在电力物联应该为用户带来便利。不是根据实际需要的大规模建设和不成熟技术的广泛推广，都可能造成巨大的浪费。
结语
1）建设泛在电力物联网是实现能源转型目标的必要手段，发展风电和光电是实现能源转型的基础，减少弃风弃光是泛在电力物联网的一项主要任务。2）常规发电厂与新能源发电厂的协同运行可以减少弃风弃光，提高新能源利用率。3）可控负荷的有效控制潜力巨大。用互联网连接可控负荷和分散式发电，形成泛在电力物联网。利用泛在电力物联网组织可控负荷参与电力系统调频调峰。电动汽车是可控负荷中最容易实现可控的，其次是热水器、电热锅炉和空调等。4）泛在物联的安全性、实用性、有效性是应用的关键。
结语
参考文献
[1]周孝信，陈树勇，鲁宗相，等.能源转型中我国新一代电力系统的技术特征[J].中国电机工程学报，2018，38（7）：1893-1904，2205.
[2]周孝信，陈树勇，鲁宗相.电网和电网技术发展的回顾与展望——试论三代电网[J].中国电机工程学报，2013，33（22）：1-11，22.
[3]周孝信，鲁宗相，刘应梅，等.中国未来电网的发展模式和关键技术[J].中国电机工程学报，2014，34（29）：4999-5008.
关键词：泛在电力物联网（UPIoT）;电力系统;物联网;可控负荷;调峰;能源转型
引言
泛在电力物聯网不仅是技术创新，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。常规发电厂、大型风电场、光电站等已经和电力系统连接了，调度可以直接控制;泛在电力物联网的主要任务是连接负荷和分散式发电，尤其是可控负荷。利用泛在电力物联网，协同控制风电光电、可控负荷、分散式发电等，可以提高风电光电利用率，实现能源转型目标。电动汽车是可控负荷中最容易实现可控的，其次是热水器、电热锅炉和空调等。利用泛在电力物联网可以组织可控负荷参与电力系统调峰调频。
1泛在电力物联网的使命
智能电网和泛在电力物联网相辅相成、融合发展，形成强大的价值创造平台，共同构成能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网。从三代电力系统发展历程可见，能源转型是必须的。发展风电和光电是实现能源转型目标的必要手段。风电光电比例增加导致了弃风弃光，为了实现能源转型目标，必须减少弃风弃光。泛在电力物联网要解决的主要问题就是如何减少弃风弃光，提高新能源利用率，实现能源转型目标。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了，泛在电力物联网主要是连接用户和分散发电，尤其是可控负荷用户。把可控负荷和分散发电有效控制起来，以实现源网荷协同，减少弃风弃光。
2常规发电厂与新能源发电厂协同运行
2.1风电火电打捆输送
风电火电打捆输送对减少弃风、实现新能源远距离输送具有重要意义。我国风能开发主要集中在风能资源丰富的三北地区，这些地区受电力负荷水平低、系统规模小、风电就地消纳能力不足的限制，大规模风电必须送到区域电网内甚至其他区域电网消纳。风电年利用小时数低，单独远距离传输经济性差，同时传输线路上的功率频繁波动不利于系统的安全稳定运行，采取风电火电打捆外送并对风电火电的有功功率进行协调控制，能有效地减小线路功率的波动，有利于系统的安全稳定运行。风火打捆外送已经在西北获得应用。风火打捆适用于风电场和火电厂距离不太远，可以使用同一线路输送的场合。
2.2风电水电协同运行
风力发电等随机性可再生能源的接纳是当前电力系统面临的基本问题。风电的随机性导致部分时间系统内功率过剩，风电场被迫关机或降低出力;而在其他时间系统有功功率不足，频率降低或需要增加备用容量。风电场具有能量输出，水电厂具有容量保证，风电和水电具有互补性。在保证系统安全运行条件下，考虑水电厂的水能储备和风电场功率预测，根据风电场实时输出功率，发挥水电机组的快速调节作用，目标是保证协同运行的水电厂和风电场向电力系统提供的有功功率之和按计划输出。从而将随机电源转化成能够保证输出功率的按计划发电的电源，降低了含随机电源的电力系统调度和运行的难度，减少了弃风。这种运行方式叫做风电和水电的协同运行（coordinatedhydroandwindpowergeneration，CHWG）。风电水电协同运行机理及控制方法的理论研究，对揭示电力系统中随机电源的独立控制规律具有重要意义，为解决大规模风电并网运行提供了新的思路。
3可控负荷的有效控制
3.1可控负荷
电动汽车是可控负荷中最容易实现可控的，其次是热水器、电热锅炉和空调等。利用泛在电力物联网可以组织可控负荷参与电力系统调峰调频。当然，可控负荷的控制应该和被控用户有协议，并且用户可以获得被控收益，实现控制与被控制的双赢。
3.2电动汽车的充放电控制
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。适用条件如下：1）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。2）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。3）在紧急情况下，电动汽车可以作为分布式储能，保证就近的1级负荷供电，车主可以获得应急支援的高额补偿。因此，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。汽车的无线通信和网络功能已经成熟并得到广泛应用，基本具备控制条件。
3.3空调等可控负荷的控制
热水器、电热锅炉和空调等可控负荷的控制比较复杂，首先要解决通信和网络连接问题。因此，必须发展泛在电力物联网，把这些可控负荷有效组织和控制起来，参与电力系统调峰调频。
4风险防范
1）泛在电力物联必须保证电力系统的安全稳定运行和对用户的安全可靠供电，尤其是网络安全风险的防范。泛在电力物联网是信息物理系统（CPS），但其职能是在实现能源转型目标的过程中提供安全可靠的电能。泛在电力物联的同时必须考虑安全防范措施，做到安全措施与泛在电力物联同时设计、同时施工、同时投入运行。2）提高效率和使用方便是泛在电力物联网获得社会认可和积极使用的基础。泛在电力物联应该为用户带来便利。不是根据实际需要的大规模建设和不成熟技术的广泛推广，都可能造成巨大的浪费。
结语
1）建设泛在电力物联网是实现能源转型目标的必要手段，发展风电和光电是实现能源转型的基础，减少弃风弃光是泛在电力物联网的一项主要任务。2）常规发电厂与新能源发电厂的协同运行可以减少弃风弃光，提高新能源利用率。3）可控负荷的有效控制潜力巨大。用互联网连接可控负荷和分散式发电，形成泛在电力物联网。利用泛在电力物联网组织可控负荷参与电力系统调频调峰。电动汽车是可控负荷中最容易实现可控的，其次是热水器、电热锅炉和空调等。4）泛在物联的安全性、实用性、有效性是应用的关键。
结语
参考文献
[1]周孝信，陈树勇，鲁宗相，等.能源转型中我国新一代电力系统的技术特征[J].中国电机工程学报，2018，38（7）：1893-1904，2205.
[2]周孝信，陈树勇，鲁宗相.电网和电网技术发展的回顾与展望——试论三代电网[J].中国电机工程学报，2013，33（22）：1-11，22.
[3]周孝信，鲁宗相，刘应梅，等.中国未来电网的发展模式和关键技术[J].中国电机工程学报，2014，34（29）：4999-5008.