属于电力物联网发展的远景形态

电力物联网发展的远景形态：总结了泛在电力物联网发展作用和价值体现，智能电网各个环节概述了物联网技术在电力领域的已有研究和应用基础，智能电网、透明电网和零边际成本电网3个阶段的技术发展趋势，为泛在电力物联网建设的深化提供一些思路，提出泛在电力物联网的若干技术挑战，为泛在电力物联网的未来研究。

所谓“三型”，是要建设成枢纽型企业、平台型企业、共享型企业，这是能源互联网企业的基本特征。枢纽型企业，体现了产业属性。除了这种传统意义上的连接枢纽外，在能源清洁化、低碳化、智能化发展的形势下，电网作为枢纽的内涵更加丰富，主要表现在两个方面：一个是协调电源、电网、负荷、储能的枢纽；另一个是电能与冷、热、气、氢能、化学能等各种能源转换利用的枢纽。所以说，电网在现代能源体系中的枢纽地位日益突出。平台型企业，体现了网络属性。打造平台型企业，主要是要打造能源配置平台、综合服务平台、新业务新业态新模式发展平台，汇聚各类资源，促进供需对接、要素重组、融通创新。共享型企业，体现了社会属性。建立平台型企业，最终目标就是实现共享。国家电网公司打造共建共治共赢的能源互联网生态圈，让全社会共享企业改革发展红利，满足人民美好生活需要。

“两网”是实现“三型”的基础。“两网”是要建设坚强智能电网和泛在电力物联网，这是建设能源互联网企业的重要物质基础。建设坚强智能电网，就是一种新型现代化电网，它以特高压为骨干网架，具有信息化、自动化、互动化的特征，还具备智能响应能力、系统自愈能力。建设泛在电力物联网，是应用于电网的工业级物联网，是指任何时间、任何地点能够把用户及其设备、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等和电力相关的“物”都连接起来，进而实现信息连接和交互。坚强智能电网与泛在电力物联网，相辅相成、融合发展，共同构成能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网。

总体规模和市场份额均位居全球前列，整体发展态势良好。

《“十四五”现代能源体系规划》提出，创新电网结构形态和运行模式，加快构建现代能源体系。加快配电网改造升级，推动智能配电网建设，提高配电网接纳新能源和多元化负荷的承载力和灵活性。积极发展以消纳新能源为主的智能微电网，实现与大电网兼容互补。

未来随着全球能源环境的变化，环保要求日益严格，电力企业需要更加注重节能减排，以及发展清洁能源，如风能、太阳能等。另一方面，随着智能电网和新能源技术的发展，电力企业需要更加注重科技创新和数字化转型，以提高效率和竞争力。

当今中国的电力企业正逐渐向数字化转型，数字孪生电网是数字化转型中的一个重要趋势之一。通过对虚拟对象或过程进行模拟、分析和优化，以提高现实世界中的效率和质量。电力企业的生产过程中涉及大量的设备，设备数字孪生可以通过虚拟仿真的方式，对设备的运行情况、性能参数、故障检测等进行实时监测和预测。通过设备数字孪生，电力企业可以实现对设备的远程管理和控制，减少人为干预和运行停顿的可能性，并实现对电力需求和供应的实时监控和调节，提高供电可靠性和能源利用效率。

为传统发电厂的控制管理，调度升级等业务功能做可视化转型，提供智慧虚拟电厂负控可视化解决方案。图形引擎强大的渲染功能、高性能的 WebGL 技术，多维度、实时的、动态呈现虚拟电厂接入的各类负荷资源运行实时状态与技术参数变化趋势；展示虚拟电厂运营调度过程以及评估指标信息展示虚拟电厂各类负荷资源技术参数变化趋势，以可视化技术全面支撑虚拟电厂经营决策。

上述得负控管理系统是一个着眼于全面加强电力信息管理的，集负荷控制、远程抄表、电量数据分析和监测以及电力营销管理等多种功能于一体的综合性分析与处理系统。数字孪生技术利用大数据、云计算、人工智能等数字技术对分布式资源物理实体的特征、行为、过程和性能等进行虚拟建模，是实现虚拟电厂、负荷系统运行优化的理想途径。

未来能源企业需要更加注重绿色低碳发展，以满足市场需求和政府要求。智能电网和新能源技术的发展将促进电力企业数字化转型，提高生产效率和服务水平建立多元化的能源供应链，以适应市场需求和应对风险。

再以变电站日常维护来说：需要大量的巡检人员对设备进行检查，不仅效率低下也十分危险，且高温、暴雨、大雾等严酷天气频发，为人工巡检带来许多阻碍。

配合户外巡视机器人的智能巡检系统代替人工巡视，实现变电站的自主监测、监控预警和数据远程集控管理，使得巡检更安全、更精益且更及时。通过智能的巡检系统，根据报警设备发出报警信息，第一时间到达目标位置，能够实时查看巡检视频及报警信息，工作人员可及时知晓并作出相应的处理。智能巡检的运用，不仅提高了工作效率，减轻运维人员劳动强度，降低运维成本，同时，有效提高了无人值守变电站的安全监控管理。

数字孪生和数字化技术在电力企业中的应用，可以实现对设备、电网和运营管理等方面的优化和提升，提高生产效率和质量，降低成本和风险，进而实现电力企业的可持续发展。通过Hightopo三维虚拟仿真的变压器组装动画，介绍变压器设备的工作原理以及装配过程，直观展示变压器主要部件的构成及安装位置，配以文字说明介绍其主要特性，逼真且具有科技感带入。由 HT 自主研发的这套 3D 可视化系统，可作为变压器现场安装及维护工作的仿真培训资料，高效而又灵便的实现新员工的变压器工作原理教学。

三维可视化系统将多种复杂的管理系统信息聚集在虚拟仿真环境下，搭建电力环境全场景的呈现，通过智能数据分析，人工智能巡检、实时监控告警等功能的结合，使运维人员更高效的集中监控管理，有效减少电力系统负面安全影响和经济损失，而且能够为变电站进一步的智能化做好积极准备，实现站内设备连续性数据统计，揭示数据规律变化，深度挖掘数据，并科学精准地安排运维工作。

通过3D可视化，将变电站的整体结构、设备分布情况进行立体化呈现，同时提供鸟瞰、漫游、自动巡检等多种演示方式，满足多样化展示需求，可以将真实环境形象逼真的展现在眼前。

实现对变电站管理规模的扩大化、管理工具的多样化、管理信息和管理数据的海量化展示，助力变电站多维数据的深度挖掘及智能分析。

将生产实际业务无缝融合到平台中，使得对日常的管理工作做到标准化、精细化、自动化，实现企业智能化、专业化管理。

同事，在新型电力系统下，电网运行逐渐呈现智能化、数字化的特点。发展“源网荷储一体化”运行急需“云大物移智链边”其中的云计算、大数据、电力物联网、边缘计算等技术手段，让电网系统配备拥有海量数据处理分析、高度智能化决策等能力的云端解决方案。从而实现各类能源资源整合、打通能源多环节间的壁垒，让“源网荷储”各要素真正做到友好协同。

法律分析：电力行业是国民经济的基础产业、支柱产业和战略产业，而发展电力信息化、智能电网及电力物联网等产业是实现我国能源生产、消费、技术和体制革命的重要手段。为此，发改委、国家能源局等部门颁布了多项意见规划。2019年3月国家电网颁发《泛在电力物联网建设大纲》，明确“三型两网、世界一流”的战略目标；提出要抓住2019年至2021年这一战略突破期，通过三年攻坚，到2021年初步建成泛在电力物联网；再通过三年攻坚，到2024年基本建成泛在电力物联网。

法律依据：《中华人民共和国电力法》 第五条 电力建设、生产、供应和使用应当依法保护环境，采用新技术，减少有害物质排放，防治污染和其他公害。

国家鼓励和支持利用可再生能源和清洁能源发电。

“2020年是泛在电力物联网建设的攻坚年，要继续以新能源消纳、电网质效提升、多元要素互联共享、互联网运营为主线，持续加大电网关键装备、大电网运行控制、5G、人工智能等两网融合核心技术攻关。”近日，在国网能源互联网技术研究院行动计划研讨会上，中国电力科学研究院总经理、国网能源互联网技术研究院院长王继业指出。这表明，新能源消纳同样是泛在电力物联网应用的重要方向。

进入“十 三五 ”以来，我国新能源装机持续快速发展，但也面临着区域发展不均衡等问题。为准确有效地贯彻执行新能源优先调度，提前评估电力系统新能源消纳能力，准确定位消纳瓶颈，中国电力科学研究院研发了新能源消纳能力协同计算平台（以下简称“协同计算平台”），旨在分析新能源发电对电网运行影响、优化运行方式和新能源装机时序，为电网调度运行和 政府 出台相关政策提供科学依据。

装机增长叠加消费放缓

新能源消纳仍面临较大压力

数据显示，截至2019年底，我国风电、光伏发电并网装机容量突破41亿千瓦，占电源总装机的比例超过21%。 风电与光伏总装机容量超过1000万千瓦的省份已占到全国的一半以上 。

“我国新能源发展速度非常快，由于缺乏科学的新能源消纳能力分析评估手段， 难以量化分析已有的电网运行方式对新能源消纳产生的影响 ，难以对并网时序、电网检修、常规电源运行等环节进行优化，影响新能源消纳水平的进一步提升。”中国电力科学研究院首席专家刘纯表示。

依托数据平台

深化运行消纳分析

针对新能源消纳难题，中国电力科学研究院研发的协同计算平台， 基于新能源时序生产模拟仿真模型 ，可实现新能源出力序列随机模拟、新能源消纳能力时序生产模拟和案例批量计算等功能，可用于分析新能源并网对电网运行的影响、新能源优化布局开发等问题。协同计算平台还通过国家电网调度数据网信息管理大区泛在互连，实现国-分-省（国家电力调度中心-调控分中心-各省电力调控中心）数据共享、数据远程同步管理以及计算结果远程校验。

“协同计算平台已成功应用到国家电网公司国调中心、华北分中心、东北分中心、西北分中心，山西、吉林、蒙东、青海、宁夏、湖南等19个省级电网， 可较为准确地评估新能源消纳能力 ，有效助力调度部门优化运行方式。”中国电力科学研究院新能源研究中心调度室主任黄越辉介绍，目前，协同计算平台的底层系统——新能源生产模拟系统，已通过中国电力企业联合会组织的产品鉴定，认为新能源生产模拟系统中风电/光伏发电时间序列建模、时序生产模拟方面达到国际领先水平。

国家电力调度控制中心水新处相关负责人表示：“通过新能源消纳能力协同计算平台的统一建设， 首次实现各省新能源消纳情况回溯及对未来2-3年新能源消纳情况的测算 ，有利于准确分析各省新能源消纳瓶颈，对症施策。此外，协同计算平台中‘国-分-省’三级协同互联消纳能力计算管理模式，可以实现硬件分布式部署、任务分层级实时下达、数据及计算结果统一管理，兼顾流程规范性与计算效率，精准挖掘提升新能源消纳水平的各项措施，有效助力电网优化运行。”

技术引领

为新能源发展提供科学规划

目前，在国家电力调度控制中心的组织下，中国电力科学研究院与各省级电网调度运行人员一起，利用协同计算平台开展新能源消纳能力量化分析计算，指明新能源消纳能力提升的具体努力方向。

“ 利用协同计算平台对重点地区的新能源消纳能力开展全方位评估 ，量化分析阻碍新能源消纳的关键因素，提出火电机组深度调峰、扩大新能源省间交易规模、旋转备用共享等具体措施。并向 政府 部门提出引导新能源装机有序并网，新能源新增装机逐步向中东南部地区转移等建议。” 黄越辉表示， 政府 部门高度重视并落实出台了风电/光伏发电投资监测预警政策，对风光红色预警区域，停止并网申请，仅允许平价和扶贫项目并网。在国家政策的引导下，新疆、甘肃等消纳矛盾突出的地区积极努力，采取一系列举措持续提升新能源消纳水平，消纳水平显著提高。2017年至2019年，我国风电和光伏发电利用率逐年提升，新能源消纳矛盾得到明显缓解。

“由于影响新能源消纳的因素众多，各因素之间又互相影响，而大数据的核心价值就在于揭示事物之间相关性，利用大数据挖掘可以有效量化各影响因素之间关联关系。” 黄越辉强调。

“未来，协同计算平台将在现有基础上，结合电网调度运行需求不断优化分析计算模型， 满足未来分布式电源、储能、需求侧响应的大规模发展需求 。” 黄越辉表示。

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责编 | 李慧颖

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