融合新技术 用能更智慧——走进国网天津综合能源服务中心,驱动电网从传统的工业系统向平台型转化

以更开放的姿态推动泛在电力物联网建设——访中国电力科学研究院副院长、国网能源互联网技术研究院院长王继业

充电设施在线计量测试技术研究通过国家重点研发计划初审

融合新技术 用能更智慧——走进国网天津综合能源服务中心

2019年6月18日

2019年6月13日

2019年5月14日

今年年初,国家电网有限公司正式确立了“三型两网、世界一流”的战略目标。要实现战略目标,需凝聚社会各方创新资源,攻克泛在电力物联网等技术“无人区”的问题。那么,公司泛在电力物联网的建设进展如何?科研布局和创新方向如何规划的?又该如何发挥好公司系统的科研技术优势呢?本报记者就此专访了中国电力科学研究院副院长、国网能源互联网技术研究院院长王继业。

近日,由安徽省计量院国家新能源汽车储供能产品产业计量测试中心申请的“充电设施在线计量测试技术研究”成功通过战略性国际科技创新合作项目的初审。
该项目基于B/S结构建充电设施远程在线计量测试网络平台,拟解决数据交互问题、在线计量测试模块设计、车载式充电设施检定/检测系统研制问题。最终研究目标为开发基于物联网充电设施在线计量测试平台,包括现场计量测试模块、数据处理及通信模块等,研制两套车载式充电设施检定/检测系统,既满足JJG
1148-2018,JJG1149-2018,又满足标准NB/T
33008.2到货验收检验测试项目要求,并提出充电设施在线计量方法标准、交、直流计量测试模块技术条件等国际标准制订计划。
该项目联合中国科学院合肥物质科学研究院以及多家行业领先的新能源充电设施企业共同合作,该项目的实施将有效促进我国新能源充电设施运营商服务平台走向世界,有利于我国新能源汽车产业健康有序地发展。

两条机械臂将引流线传入穿刺线夹,向上举升到作业位置,随后拧紧螺栓,将引流线与主行线搭接在一起,带电接引流线的模拟操作流程就完成了。

记者:公司提出“三型两网”战略已有一段时间,您能否介绍下目前泛在电力物联网的建设情况?

5月9日,在国网天津综合能源服务中心二层展厅,“改革先锋”、“时代楷模”、天津滨海供电公司职工张黎明带领团队自主研发的“创享2号”人工智能配网带电作业机器人正在进行演示。

王继业:建设泛在电力物联网,通过与智能电网的“两网融合”,将实现电网的数字化、网络化和智能化。通过对能源和电力系统的全面感知,用数据驱动和人工智能的方法改变电网传统的运营模式,把电网打造成源网荷储全程在线、设备和装置全程在线、产业与生态全程在线的平等互联的平台,使电网成为能源输送和转换的枢纽,经济社会和民众需求的共享平台。驱动电网从传统的工业系统向平台型转化,支撑供给侧和消费侧的连动,开放共享并高效地实现供需匹配。

这栋位于天津滨海新区中新天津生态城生态科技园的五层建筑里,正展示着国网天津市电力公司运用“大云物移智”等技术与能源电力深度融合的最新成果。

泛在电力物联网提出以来,引起社会各界强烈反响和资本市场广泛认可。公司全面推进泛在电力物联网建设,发布《泛在电力物联网建设大纲》,编制形成2019年建设方案,明确了全年建设任务,并启动创新研究和示范建设,涉及6大方面、57项创新建设任务,25项大型综合示范工程。

新方案让用能更高效

制定泛在电力物联网关键技术研究框架,凝练出10大科研方向,聚焦智能芯片、智能传感及智能终端、物联网平台、人工智能等20余项基础性、前瞻性、战略性关键技术,以及“国网芯”、能源路由器、多站融合成套设备等10余项核心产品,集中力量开展攻关研究。今年启动泛在电力物联网科技项目49个。

未来,你或许将购买到更为轻薄的电视、笔记本电脑,更轻便的电磁炉、微波炉。其实,这些产品形态的变化,并不仅仅是产品设计师的功劳。

打造5个源网荷储协同服务(电动汽车及分布式新能源、家庭智慧用能、社区多能供应、商业楼宇能效提升、工业企业及园区能效提升)和5个能源互联网生态圈(电动汽车、分布式光伏、综合能效、能源电商、大数据商业化)。

为了满足我国目前民用220伏交流电电源要求,这些由直流电能驱动的电器都在设备内部设置了整流器,将交流电能再次转换为直流使用。未来,它们可以直接从家中获得直流电能,电器内部也就不再需要整流器,设备自身的体积和成本都将进一步下降。

创新开展基于人工智能的配网带电作业,推进不停电作业,压降停电时间。创新移动抢修APP作业模式,缩短抢修到达时间,居民用户通过“掌上电力”和其他互联网平台参与供电、用电互动。深挖智能电表数据价值,结合配电自动化建设,大幅减少配网故障带来的停电影响。

令家庭用户直接获得直流电能的,正是国网天津电力自主研发的八端口柔性多状态开关站。

当前正在开展的重点攻关领域包括芯片、边缘计算、人工智能、数据融合、网络安全、智能终端融合、新一代信息通信网、能源转换、能源综合利用与优化、新能源高比例消纳等。例如营配贯通的终端合一、数据平台的内外数据融合与共享、新型网络安全防御体系等领域的问题。开展新一代GIS、数字基建、物资智慧物联等场景性的泛在物联设计和金融、电商、电动汽车等业务创新;同时正在进行互联网运营、新型交易、电网资源运营、数据运营、综合能源服务等模式创新及产业生态在线互联的平台设计。此外,技术标准的研究与制定也在重点攻关。

这一开关站集变压、换流功能于一身,可输出不同电压等级的交直流电能,相当于在家庭之外的箱式变压器环节完成了电器内部的整流过程,省去了电器自身的交直流转换环节。开关站还可直接接入分布式光伏、风力发电机产生的直流电进行传输,减少交直流相互转换的次数,降低能源转换过程中的浪费。

总的来说,泛在电力物联网关键技术研发攻关正在开展,创新试验已经启动,大型综合示范正在铺开,有省、市、园区多个层级的综合示范,也有县乡的业务创新(如河南兰考、河北正定、冀北北戴河等),有新能源、电动汽车、大数据价值、综合能源、互联网业务等多种类型的模式创新。今年是一个试验示范、研究开发的探索攻坚期,将为明年的推广和2021年的基本建成奠定基础。

“八端口”是多状态开关站的最大亮点,意味着该站可以接入更多不同类型和电压等级的电能,同时根据客户类型和需要输出不同电压等级的交直流电能,实现更加灵活、柔性的电能转换。

记者:您能否介绍一下泛在电力物联网科研布局及模式创新?

“减少转换环节、提高用能效率,这一定是未来的发展趋势。”负责承建综合服务中心的国网综合能源服务有限公司总工程师卢欣说。

王继业:关于泛在电力物联网科研布局及模式创新,在能源技术的创新研究领域,包括多能转换、储能、能效、新能源、电网安全的新方法等技术。

八端口柔性多状态开关站计划于明年9月前在天津北辰大张庄小镇试点应用。未来,这里将作为两个智慧能源小镇之一,成为国网天津电力打造智慧能源服务平台、落实泛在电力物联网建设的对外突破点。

在信息感知与智能处理技术领域主要包括四个方面:全面感知主要研究传感、感知、量测等数字化转换方式,实现对电网系统、用户用能和需求的全面感知;泛在网络主要研究以5G、光纤和卫星等综合利用的高速、动态、灵活、智能的下一代通信网络和应用;统一平台主要研究统一物联管理、数据融合共享、企业中台、互联网运营平台等,支撑海量物联数据统一接入、存储与处理;智能应用主要研究数据自动分析与理解、数据与知识融合的人工智能等核心技术,数据驱动的电网安全稳定与能源平衡、电网资源的综合利用与优化、用户与电网的智能互动。

相较于众多还处于研发阶段的技术创新,二层展厅另一端的虚拟电厂,已经有了两年的实践经验。

模式创新和业态创新是当前更重要的任务,变革原有的能源产供销、发输配变用的利用模式,形成多种要素互联、用户广泛参与、积极互动的能源体系。形成平台型模式,扩展多元业态,建立覆盖能源产业、用能用户,延展到全社会的互联网生态圈,带动产业链上下游共同发展,形成全社会多行业互利共享的生态体系。

2017年,虚拟电厂的蓝本——天津市能源供需互动服务平台上线运行。目前,该平台共开展2次春节填谷和1次夏季削峰需求响应,累计降低参与企业用能成本2000余万元。

下一步,公司将围绕上述科研领域、攻关方向全面开展科研创新和模式创新,重点开展试点示范工程,为进行大规模建设奠定基础,以技术和模式创新为驱动,带动形成能源电力领域的质效提升和业态变革。

去年夏季,74户企业参与需求侧响应,实现避峰负荷29.5万千瓦。今年春节通过竞价参与模式,抬高负荷33.6万千瓦,有效缓解了热电矛盾。未来,虚拟电厂的投运将进一步助力天津市需求响应工作的开展。

记者:泛在电力物联网的建设对经济发展能起到哪些积极作用?

所谓虚拟电厂,是通过调控、通信等电网技术,把分布式电源、储能以及工业用户、商业用户、电动汽车等可控负荷整合起来,作为一个特殊电厂,参与电网运行和调度。

王继业:对国家经济发展而言,泛在电力物联网至少有六个方面积极作用:

目前,国网天津综合能源服务中心所在的中新天津生态城正在建设中的2万千瓦规模虚拟电厂,投资成本仅为传统火电机组的十分之一。国网天津电力计划2020年在全市建成40万千瓦城市级虚拟电厂,可开展常态化负荷资源调节,实现用户侧削峰和填谷两个方向的资源灵活调动。

一是将有力支撑经济战略转型。建设泛在电力物联网就是为了实现能源互联网。在新一轮工业革命的背景下,工业互联网建设是我国经济发展战略转型的重要抓手。能源互联网是工业互联网的重要组成,是能源电力体系和互联网体系深度融合而形成的全面感知、全程在线、全要素互联的能源电力新业态,它体量大、覆盖广、动能强,将成为工业互联网在行业落地的典范和带动与支撑。

新技术助力用能管理

二是提高新能源的消纳能力,促进新能源发展。以感知智能的科学方法,提高可再生清洁能源发电占比,实现我国能源结构变革,提高能源安全和绿色水平。建设泛在电力物联网是推进新能源高比例利用的必然路径。

2020年,我国电动汽车保有量将达到500万辆,大规模集群放电功率可达2000万千瓦,接近三峡水电站装机容量。但若想真正利用电动汽车中的电能,使其成为电网的潜在移动能源库,反向充电技术的推广应用必不可少。

三是将降低全社会的能耗。通过能源体系各环节的全面感知,能源供给和消费的全面在线,实现优化配置。

在国网天津综合能源服务中心的电动汽车与电网互动系统展台上,电动汽车无线大功率充放电技术正在展示。埋于地面下的供电导轨以高频交变磁场的形式,将电能传输给在地面上一定范围内的车辆接收端电能拾取机构,给车载储能设备供电,是汽车无线充电的技术要点。

四是这将是一张全国最大的物联网,把所有与电相关的物全面连接起来,将助力国家互联网与物联网的建设与融合,驱动新一轮的互联网经济。

“目前这一无线充电装置的功率可达22千瓦,是当前国内先进水平的两倍。不仅如此,它还可以实现车辆向电网侧送电,使移动侧储能成为现实。”国网综合能源服务有限公司技术工程部主任吴明雷介绍说。

五是它不仅是能源电力工业的基础支撑,也是科技创新的载体。泛在电力物联网建设的核心是数字化、网络化和智能化,是将大量应用先进的传感、感知及芯片、5G等先进技术的泛在通信网络平台,也将大量应用人工智能的技术与算法。这将从应用角度促进核心技术在我国的成熟与进步。

在无线充电过程中,系统可以智能感知电网与电动汽车状态,实现双向互动。当负荷临近最大值时,系统将自动降低充电功率,缓解台区负荷压力;当出现配网故障停电时,若台区负荷降为零,系统将控制电动汽车反向送电,保障台区内重要设备的短时平稳运行。目前已投入使用的大规模有线充电桩,同样可以实现上述功能。

六是基础规模大,覆盖范围广,渗透能力强,不仅将带动电工电气产业发展,还能以互联网效应来带动众多产业和经济社会发展,同时成为我国数字化建设的重要基础设施,为经济高质量发展提供新动能。

对用户而言,系统能够记忆用户的充电习惯,根据峰谷电价变化情况,给出最经济合理的充电建议,引导用户在谷段电价较低时充电,减轻电网负载,实现更加智能的用能管理。

当然,泛在的电力设施资源、泛在电力物联网还是智慧城市和数字乡村的有力的支撑,其丰富的感知信息、电表数据等可挖掘巨大的价值。基础设施功能复用也是一个重点,比如杆塔利用,可作为基站、环境、交通、治安、地理信息等多用;变电站的多站合一,可作为储能充电,可作为数据中心,解决大数据基础设施资源的瓶颈问题,能耗、传输成本高的问题,还能用于与5G公众网配合的边缘计算、本地互联网交易区块链等。

同样主打智慧用能理念的还有新型智能电能表,只要家中有电器在使用,电表就可以根据电流和电压数据智能辨识正在运行的电器类型,并实时显示用能数据。

记者:对于普通民众而言,能感受到哪些变化呢?

所获取的用能数据经过汇总整理,将为客户提供准确、可信的分项电费账单,通过定制个性化的节能策略,帮助客户降低用能费用。

王继业:从民众角度看,能源互联网将变革传统电网工业体系,以客户为中心,面向社会开放共享,开展To
C服务。

以某一客户为例,当月他所在小区家庭在空调这一电器上的平均用电是100度,而这位客户的用电达到150度,供电公司就会在月电费账单中做出提示,建议客户适当调整温度或减少空调使用时间。随着生活电气化水平的逐步提高,负荷辨识技术将成为客户的节电帮手。

一是泛在电力物联网通过与电气的互联感知,提升能效,实现节能,通过用户互动,智慧用电,节约成本降低电费。二是进一步推进清洁绿色能源高效利用,推进电能替代、促进我国电气化水平提升,有助于民众生活质量的提升和环境的优化。三是用能者和电网公司形成在线互联,进行用能方式的选择,包括时间、价格等,参与能源交易,还将享受到更为丰富的互联网服务内容。

吴明雷介绍,第一批新型智能电表已于5月7日安装在中新天津生态城智能公寓中,明年9月前还将有600块新型智能电表在生态城内投入使用。

今年,实施泛在电力物联网已初见效果,我们看到平均停电时间得到缩短,居民通过“掌上电力”更加便捷地与电网互动,电动汽车充电更加方便,通过光伏云网,用户的发电效率得到提高。未来,用户将通过泛在电力物联网深度与电网之间进行互动,用户的参与度与获得感将大大提升。

基于精准感知的配电物联网、5G创新应用、智慧能源工厂、绿色能源公建……仅国网天津综合能源服务中心二层展厅就有13个展项可供参观者观看和互动。

记者:5月28日,公司发布了加强科技创新开放合作八大举措,其中不少举措涉及到科研院所。您是如何看待泛在电力物联网合作共赢的?

不止于研发和展示,展厅中的技术创新将于今明两年首先应用在天津智慧能源小镇的建设之中,未来还将根据实际使用情况进行改进和推广。

王继业:“八大举措”是公司“开门搞创新”广泛利用全社会资源来开展科研攻关的重要改革,体现了开放合作的现代创新发展理念和生态与互联网的思维方法。泛在电力物联网建设是一项开放、复杂、宏大的社会工程,需要社会各方的广泛参与,共同构建创新生态。泛在电力物联网有两个关键,一是创新,二是互联。一方面在创新的过程中,需要社会的科技、产业,各方的创新力量来协同,共同进行创新生态的建设;另一方面,将把全社会与电有关的物全面连起来,需要用能的用户、电器和家电制造商广泛的参与,与电网共赢互惠。

“让坚强智能电网‘心有灵犀’,让综合能源服务‘尽在掌握
’,是我们做技术研发和应用的最终目的。”卢欣说。来源:国家电网报

公司将通过技术攻关、项目研究、标准制定、资本合作、特别是在模式创新方面与全社会的创新力量进行合作。

公司与清华大学、西安交通大学和华北电力大学共同建设联合研究机构,共同开展关键技术研发和高端人才培养,与多所高校科研院所开展了项目和课题的研究。

芯片领域国家地方联合工程研究中心启动,在中国通信学会和中国人工智能学会成立了能源互联网专业委员会,成立了泛在电力物联网产业生态联盟,建立了相关的标准组织。

公司与阿里、腾讯、百度、京东、华为、中联通等22家互联网企业和有关央企进行35次交流座谈,借鉴外部经验做法,共商合作共赢大计。与运营商开展了5G应用的联合测试。

公司成立了“一部两院一中心”的管理和技术支撑体系,国网能源互联网技术研究院是泛在电力物联网建设支撑体系的核心机构之一,将作为对外合作、创新开放的平台和窗口。我们真诚希望与社会各界开展多种形式的联合创新。来源:国家电网报

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