专栏评述：泛在电力物联网

随着新能源和储能技术的进步、“云、大、物、移、智、链”等互联网技术的应用,电力系统正逐步向以“横向能源互补,纵向源–网–荷–储协调”为主要特征的综合能源系统进一步发展,同时,电力零售市场开放,社会资本进入配售环节,用户选择性增强,使得电网公司将以产品为中心的传统能源供给模式逐步转变为以客户为中心的新型能源服务模式。为了应对挑战,国家电网有限公司提出了“三型两网”的战略目标,泛在电力物联网（Electrical Internet of Things,EloT）是落实该战略目标、建设能源互联网的主要内容和重要支撑,对促进国家能源结构变革、实现源–网–荷–储的智能协调优化、提升用户用能体验起到至关重要的作用。 EIoT充分运用云计算、人工智能、大数据、物联网等互联网技术,将发电企业、电网公司、售电公司、电力用户和相关设备连接起来,实现了电力系统各环节万物互联、人机智慧交互,具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活的特点。其中,电网公司发挥枢纽与平台作用,生成覆盖能源生产、传输、交易、消费各个环节共享的电力大数据。在中国已开展的电力物联网建设涉及2.4万个系统节点（110 kV及以上）、1 200万套高压计量设备、0.8亿台配网终端和故障指示器、4.7亿台电能表,目前采集数据日增量已达60 TB。EIoT的系统架构主要分为感知层、网络层、平台层和应用层等四层架构,如图1所示。其中：感知层是EIoT的物理基础,使用智能电表等一系列数据采集装置对电力系统的各个环节进行数据采集;网络层通过5G等新技术实现电力大数据的高效传递;平台层将数据进行统一汇集管理,打破各环节的数据壁垒;应用层则协同综合能源服务体系的建设,向系统主体提供更加智能化、人性化的电力普遍服务,体现信息价值。 基于此背景,依托2019年“四川大学泛在电力物联网研究中心”的成立,发起了泛在电力物联网专栏。专栏邀请了多位国内外同行撰写稿件,由期刊编辑部组织论文审稿,经严格审稿、修改等环节,最终录用发表了7篇学术论文,作者分别来自四川大学、上海交通大学、厦门大学、湖北工业大学、国网眉山供电公司、国网淮安供电公司、国网郑州供电公司、国网厦门供电公司等单位。其中：刘东等介绍了国内外先进虚拟电厂的发展状况,全面阐述虚拟电厂在协调控制、优化调度、参与电力市场交易三个方面的研究现状,指出泛在电力物联网下虚拟电厂的关键技术问题与发展前景。李华强等考虑能源互联网与综合能源服务的协同发展,从市场组织形式、服务商业模式和数据业务化三个角度出发,构建了能源互联网与综合能源服务协同发展的市场运营模式。肖先勇等采用多粒度属性与知识发现方法对泛在电能质量检测数据进行分析挖掘,实现了电压暂降产生原因的识别、传播规律刻画和影响程度评估等不同层面的知识规则提取。刘继春等基于社会发展、电动汽车规模、充电桩数量、建设成本等多维因素,并综合考虑充电服务网在泛在电力物联网定位及多主体关系,建立了充电服务费定价的系统动力学模型,得到充电服务费价格未来的变化趋势,并分析了不同因素对充电服务费价格的影响,为未来充电服务网运营与规划提供了参考。周步祥等研究了一种基于假设检验的快速事件检测算法,对智能电表采集到的总功率信号进行分析建模,进而实现了开关事件的精确识别,解决了传统非侵入式负荷监测数据处理量大、涵盖面不全、鲁棒性差的问题。孟超等提出了多站融合模式下变电站、数据中心站与储能电站协同运行架构体系,建立了融合站协同优化与数据迁移调度模型,并给出了降低数据处理成本和电力成本的方案。汪繁荣等研究了一种负荷分解方法,显著提高了对负荷特性信息的挖掘能力和分解辨识能力,解决了传统非侵入式负荷监测与分解方法耗时长、辨识精度低的问 题,将对用电设备运行状态辨识准确率提高至86%。 专栏所发表的7篇论文分别采用理论分析、模型建立、数值计算以及综述介绍等方式对泛在电力物联网的相关问题进行了研究,所提出的技术方法有较好的参考价值。但由于泛在电力物联网是一个超大型系统,所涉及的问题众多且极为复杂,还有更多值得研究或探讨的问题并未在本专栏中体现,例如,全面智能感知技术、面向电力物联网的信息传输及信息安全技术、在电力物联网背景下的新型商业模式的探讨等。     

基于泛在电力物联网的二次设备全景信息感知系统设计

泛在电力物联网(UPIoT)是2019年国家电网公司提出的在电力系统各个环节中应用移动互联、人工智能等先进技术,实现万物互联、人机交互的全景信息高效处理网络系统.文章通过分析并设计具有中国特色的基于泛在电力物联网的二次设备全景信息感知系统,从而为下一代二次系统的升级改造提供必要的大数据和信息载体,探索了其应用于变电二次专业大数据应用与分析的可行性,为实现"碳达峰、碳中和"提供更为精准的能源调配信息系统.     

泛在电力物联网下虚拟电厂的研究现状与展望

可再生能源的规模化接入与应用是泛在电力物联网的基础性特征之一,其固有的不确定性一方面会给电网的安全稳定运行带来影响,另一方面导致其无法直接加入电力市场运营。虚拟电厂作为一种多能源的聚合模式,可对分布式可再生能源进行协同控制,并以一个集合体的形式参与电力市场,对于实现泛在电力物联网建设内容中提升电网安全经济运行水平以及促进清洁能源消纳具有重要意义。国内外对虚拟电厂的研究由来已久,欧洲FENIX项目虚拟电厂以实现分布式电源可靠并网和电力市场运营为目标,而北美的虚拟电厂主要基于需求响应计划,所以虚拟电厂聚合了大量可控负荷。在中国,国网冀北电力公司虚拟电厂示范工程兼顾考虑"源–网–荷–储"的互动,将泛在可调资源聚合为可与电网柔性互动的互联网电厂。在此基础上,首先分析了虚拟电厂在协调控制、优化调度、参与电力市场交易3个方面的研究现状。虚拟电厂的协调控制对象主要包括各种分布式电源、储能系统、可控负荷以及电动汽车,协调控制方式主要分为集中式控制和分散式控制。在集中式控制下,虚拟电厂的全部决策由中央控制单元制定;在分散式控制下,虚拟电厂的决策由各个代理系统取代。虚拟电厂的优化调度是指在满足各机组出力约束和网络约束的前提下,以收益最大化、运行成本最小、碳排放最小为目标,对自身内部多个电源的容量配置或出力进行优化调度,或者将虚拟电厂作为一个整体参与电网调度。此外,虚拟电厂利用其先进的通信技术在参与电力市场交易时能够快速响应市场电价变化、负荷需求变化,对促进电力市场自由化、增加市场灵活度、引导用户调峰调频等方面起到重要的作用。其次,详细阐述了泛在电力物联网下虚拟电厂的关键技术,包括"边缘–云"计算架构、区块链技术和大数据技术。"边缘–云"计算架构,一方面,通过云主站对虚拟电厂内部参与需求响应的负荷进行选择;另一方面,通过边缘计算感知用户用电行为,使得虚拟电厂在制定投标策略时能够更加精准。区块链技术去中心化和透明化的特点与虚拟电厂在地域上的分散性和调度过程中的协调控制有一定的相似之处,同时区块链技术也可保证虚拟电厂参与电力市场交易时的公平性和信息安全。大数据技术一方面可用于对各分布式电源的出力进行更为精确的预测;另一方面也可用于处理虚拟电厂内部的各种信息,提高各单元数据交换与处理的速度与精度。最后,对泛在电力物联网下虚拟电厂的研究进行了展望。考虑了全成本节点电价下虚拟电厂的模型与优化调度方法以及虚拟电厂的信息物理安全问题与对策。     

多能互补综合能源电力系统的建设模式初探

全球能源转型正处于关键阶段,发展多能互补综合能源电力系统是实现能源转型的重要途径。在此背景下,首先针对不同场景探讨多能互补综合能源电力系统的建设模式,并分别以城市级大系统和园区级小系统为载体,结合各自能源结构特点,提出适用于各场景下的综合能源电力系统建设模式。接着,对这些建设模式的投资效益和能源综合利用效率进行测算。最后,对人工智能在综合能源电力系统中的潜在应用,和泛在电力物联网的发展对综合能源电力系统建设的影响进行简要展望。     

特约稿：泛在电力物联网下虚拟电厂的研究现状与展望

可再生能源的规模化接入与应用是泛在电力物联网的基础性特征之一,其固有的不确定性一方面会给电网的安全稳定运行带来影响,另一方面导致其无法直接加入电力市场运营。虚拟电厂作为一种多能源的聚合模式,可对分布式可再生能源进行协同控制并以一个集合体的形式参与电力市场,对于实现泛在电力物联网建设内容中提升电网安全经济运行水平以及促进清洁能源消纳具有重要意义。国内外对虚拟电厂的研究由来已久,欧洲FENIX项目虚拟电厂针对实现分布式电源可靠并网和电力市场运营的目标,而北美的虚拟电厂主要基于需求响应计划,所以虚拟电厂聚合了大量可控负荷,在我国,国网冀北电力公司虚拟电厂示范工程兼顾考虑“源网荷储”的互动,将泛在可调资源聚合为可与电网柔性互动的互联网电厂。在此基础上,首先分析了虚拟电厂在协调控制、优化调度、参与电力市场交易三个方面的研究现状。虚拟电厂的协调控制对象主要包括各种分布式电源、储能系统、可控负荷以及电动汽车,协调控制方式主要分为集中式控制和分散式控制,在集中控制下,虚拟电厂的全部决策由中央控制单元制定,在分散控制中,虚拟电厂的决策由各个代理系统取代;虚拟电厂的优化调度是指在满足各机组出力约束和网络约束的前提下,以收益最大化、运行成本最小、碳排放最小为目标,对自身内部多个电源的容量配置或出力进行优化调度或虚拟电厂作为一个整体参与电网调度;此外,虚拟电厂利用其先进的通信技术在参与电力市场交易时能够快速响应市场电价变化、负荷需求变化,对促进电力市场自由化,增加市场灵活度,引导用户调峰调频等方面有着重要的作用。其次,详细阐述了泛在电力物联网下虚拟电厂的关键技术,包括“边缘-云”计算架构、区块链技术和大数据技术。“边缘-云”计算架构,一方面通过云主站对虚拟电厂内部参与需求响应的负荷进行选择,另一方面通过边缘计算感知用户用电行为,使得虚拟电厂在制定投标策略时能够更加精准;区块链技术去中心化和透明化的特点与虚拟电厂在地域上的分散性和调度过程中的协调控制有一定的相似之处,同时区块链技术也可保证虚拟电厂参与电力市场交易时的公平性和信息安全;大数据技术一方面可用于对各分布式电源的出力进行更为精确的预测,另一方面也可用于处理虚拟电厂内部的各种信息,提高各单元数据交换与处理的速度与精度。最后,对泛在电力物联网下虚拟电厂的研究进行了展望。考虑了全成本节点电价下虚拟电厂的模型与优化调度方法以及虚拟电厂的信息物理安全问题与对策。     

基于电力物联网建设的数据中心能耗管理研究

电力物联网的建设支撑了电网业务与新兴业务的发展,并将进一步全面形成共建、共治、共享的能源互联网生态圈。依托电力物联网建设,数据中心可实现在线设备的实时监测和科学化的统一能耗管理,改善传统数据中心存在的设备分布不合理、监测设备冗杂等问题。通过对数据中心的能耗问题进行梳理,构建了基于电力物联网建设的数据中心,实现了数据中心整体设备的互联互通,降低了数据中心的整体能耗。最后对新型数据中心的发展进行了分析和展望。     

物联网演进路线的探究

分析研究物联网的起源及发展路线,并从人和物二个角度探讨网络的技术特征,给出物联网的演进模型。分析结果显示,虚拟世界与物理世界对信息通信的探索将会融合,物联网发展的终极目标是网络的泛在化。据此结论,从公共物联网和系统应用角度对我国物联网的发展与研究提出两点建议。     

售电公司应对新电改的运营策略对电源容量配置的影响

随着新一轮电力市场改革和泛在电力物联网的发展,售电公司根据其拥有的资源不同,逐渐发展成综合能源服务商.在此背景下,针对新电改背景下发电侧电源容量配置问题,建立考虑售电公司运营状况的电源容量配置的双层模型,下层优化对象为包含风机、光伏电池、微燃机和可控负荷的综合能源服务商,上层以发电商电源投资成本最低为优化目标.双层规划模型通过运用非线性规划工具进行求解.算例结果验证该方法的有效性.在该文算例中,售电公司从新能源消纳增长和需求侧响应削减峰荷2个方面对发电商电源容量规划产生影响.     

临港新片区城市能源互联网实现路径研究

随着能源的生产和消费呈现多元化显著特征,亟需尽快提升多种形式能源系统互联互通、互惠共济的能力,城市能源互联网的提出和实现成为解决这一问题的有效途径。以临港新片区为例,结合城市能源互联网的概念和特征,深入分析了城市能源互联网发展的核心能力,构建3层城市能源互联网总体架构,建立了临港城市能源互联网体系架构。依托临港城市互联网的业务场景,描绘建设蓝图,为临港城市能源互联网的实现提供了有益的借鉴及思路。     

基于自然语言处理和互信息的电力物联网技术协同创新研究

电力物联网建设尚处于起步阶段,为寻找关键技术突破点和创新路径提出基于自然语言处理和互信息的电力物联网技术协同创新研究方法。从电力系统和物联网两个方面将电力物联网划分为8个技术子领域,包括电力"源-网-荷-储"以及物联网感知层、网络层、计算层、应用层,并收集与子领域相关的Web of Science文献数据。基于自然语言处理技术提取文献中关键技术术语,构建术语-领域共现矩阵。在此基础上,采用互信息理论研究电力物联网技术子领域间协同关系。所提方法解析出了突现型、渐缓型、波动型和增长型四类电力物联网创新技术,研究发现电力源-储端、源-应用层互动强度最高,攻关新能源发电、储能以及物联网关键技术,创新领域交叉新兴技术应用是电力物联网建设的重点,研究结论为电力物联网技术创新发展提供了借鉴。     

物联网:概念、架构与关键技术研究综述

物联网涉及众多领域,首先解析了物联网的基本概念和特征,对比分析了物联网与传感器网络、泛在网络、 机器对机器通信以及计算物理系统等概念的关系;其次介绍了国际电信联盟（ITU）提出的泛在传感器网络 (USN)体系结构,提出了物联网体系架构的研究建议;然后归纳了物联网涉及的关键技术,给出了物联网 技术体系模型;最后总结了物联网标准化发展现状,并提出了物联网化发展建议.       

泛在网络研究综述

泛在网络在新时期下强调面向应用的特征,因此有必要对泛在网络的研究内容和技术体系进行梳理.本文基于对泛在计算与泛在网络起源、概念与特征的理解,辨析了泛在网络与传感网、物联网之间的关系,提出了泛在网络的分层架构与概念模型,分析了泛在网络挑战和关键技术,并提出研究及发展建议.     

浙江省能源数字治理能力发展现状及对策建议

能源数字治理能力是支撑新形势下能源清洁低碳转型、安全高效保障的有效措施。本文全面分析了浙江省能源数字治理发展现状和存在短板,提出了浙江省以清洁能源示范省建设为契机,加快能源基础设施智能化升级和能源互联网形态下的多元融合高弹性电网建设,完善绿色电力证书和辅助服务市场等体制机制,不断挖掘能源大数据衍生应用场景等对策建议,为科学编制浙江省能源"十四五"发展规划以及提高省域能源治理能力提供重要参考。     

“一带一路”背景下全球能源互联网运行机制构建

随着清洁能源的大力发展与智能电网技术的不断成熟,特高压技术解决了超远距离电力传输调度问题,在当今全球化进程中全球能源互联已成为现阶段急需解决的重大问题,也是实现全球经济与能源可持续发展的重要战略规划。全球能源互联需要世界各国在能源领域进行全方面合作,打破不同发展水平国家间的能源准入壁垒,将世界各国的资源及能源性企业联合起来,形成一套互信互惠的能源交易运行机制,并探索适用于全球能源互联的商业模式,以保障全球能源互联网的建设有序开展。通过现阶段“一带一路”发展战略对全球能源发展现状及全球能源互联网现阶段取得成果的分析,对全球能源互联网发展过程中的新型投融资机制、市场机制、协同创新机制以及组织保障机制的建设进行了探索,旨在提出全球能源互联运行当中面对的各种问题,为全球能源互联运行机制建设提供可行性方案,推动“一带一路”与构建全球能源互联网两大战略的耦合与互动。     

电力节能措施与电气新能源的开发研究

随着经济的发展和社会的进步,电力能源已经成为了社会发展中不可或缺的重要能源,而人们对于电力能源的需求日益增大,电力紧缺问题已经成为了影响人们生活和工作的重要问题。基于以上,本文简要分析了电力节能的措施,研究了电气新能源的开发,旨在为缓解电力能源压力,促进能源多样化发展提供参考。     

全国物联网相关检测资源颁情况调查与研究

当前,很多地方政府都在做物联网产业发展规划,物联网公共测试服务平台建设也进入了高潮。物联网是新一代信息技术的重要组成部分,指的是“物物相连的互联网”,将与媒体互联网、服务互联网和企业互联网一道,构成未来互联网。     

物联网背景下优化电力物资寄售管理

随着近几年我国科学技术的快速发展,物联网技术得到了飞速发展,并且已经在很多行业得到了广泛应用。基于此,本文就对物联网背景下,电力物资寄售管理的优化措施进行深入分析和研究,以便能够在最大程度上提高我国电力物资库存管理,进而为相关行业的学者和工作人员在今后研究和工作过程中提供一定的帮助。     

基于可信平台模块的能源互联网新型统一安全架构

从逻辑和拓扑两个层面对能源互联网的网络体系结构进行了分析,并且将现有能源互联网安全研究归类为安全需求驱动法、安全模型法和系统论方法,采用逼近理想解排序法(TOPSIS)对现有安全防护方法进行分析和比较。针对已有安全机制普遍存在的孤立性和欠缺整体统一方案的问题,提出了基于可信平台模块(TPM)的能源互联网统一安全架构。给出了该方案的安全模型和典型的消费层通信协议并进行了安全性分析。结果表明:新的安全架构能够很好地满足安全需求,有利于安全、可靠地大规模应用能源物联网技术。     

可运营管理的通用物联网体系结构研究

讨论物联网概念的由来和发展,对比分析物联网、传感器网络、机器到机器(M2M)、以及泛在网之间的差异和关系;在研究泛在网、M2M结构模型的基础上,提出一种可运营、管理的通用物联网体系结构模型,并给出一个基于该结构的企业物联网的应用实例。     

我国未来清洁电力发展趋势研究

作为重要的能源消耗及污染物排放行业,电力清洁、绿色、低碳发展意义重大。此文以我国经济社会发展为准入点,对我国电力需求的空间进行了理论分析,预测2030年将是我国电力需求的拐点;结合我国资源禀赋情况、各品类电源特点,对我国应重点关注的清洁电力品类进行了排序,顺序依次为太阳能、风电、核电、气电和煤电,并对能源互联网给电力发展所带来的颠覆性变化进行了分析;最后对各个电力品类未来的发展方向进行了全面梳理。