推动能源转型,泛在电力物联网还能做些什么

国网公司泛在电力物联网建设蹄疾步稳全面推进

颜红卫在电脑上点开110千伏金鸡湖变电站无人巡检系统,5分钟后,系统显示界面出现异常,通过调取相应点位摄像机远程操控,发现1号主变散热片下方地面上有些许油渍,便立即将此处列入后期巡检的重点复检比对区域。

5月7日,张北可再生能源柔性直流电网试验示范工程张北换流站施工现场一派火热景象。在进入场地的关键通道,施工人员、监理人员有序通过现场人员管控系统。该系统通过无线射频识别技术自动识别人员信息,结合人脸识别功能,杜绝代刷卡现象,有效提升现场安全管理水平。 国网冀北电力有限公司将“大云物移智”技术渗透到基建施工现场,为提升基建数字化管理水平、开展基建全过程综合数字化管理平台建设奠定了基础。 国网冀北电力瞄准企业运营和生产提升、基础设施完善、新兴业务发展等目标,充分挖掘各类资源优势,在推动能源转型、助力绿色冬奥、提升电网效能等方面作出了积极探索,形成了具有冀北特色的泛在电力物联网建设经验。 业态创新 推动能源转型 3月14日,冀北虚拟电厂示范工程建设正式启动。国网冀北电力支撑国家电网有限公司泛在电力物联网建设重点任务——“虚拟电厂运营”迈出了关键一步。 随着泛在电力物联网建设方案落地,虚拟电厂示范工程已经成为国网冀北电力落实公司“三型两网、世界一流”战略目标的重要抓手,并升级成加快推动能源转型、促进智能电网和泛在电力物联网相互融合、保障新能源消纳的冀北方案。冀北电力交易有限公司总经理杨威介绍,此项工程示范的关键是通过业态创新,提高分布式新能源友好并网水平和电网可调控容量占比,促进清洁能源消纳和能源转型。 对于虚拟电厂示范工程,杨威透露了三个关键词——“一个平台”“两张网络”“多方应用”。 “一个平台”即虚拟电厂智能管控平台,集成能源运行管理、交易、服务功能,整合优化各类分布式资源与电力交易平台、调度系统对接;“两张网络”包括以电力为核心、多能协同的能源互联网以及源-网-荷-储协同的泛在电力物联网,进一步打通能源流和数据流,促进综合能效提升和可再生能源消纳;“多方应用”是指对内与营销、调控、交易等专业对接,对外鼓励能源生产与供应企业、工商业和居民客户等多方参与,吸引更多社会资本和各类市场主体参与虚拟电厂建设和价值挖掘。 目前,国网冀北电力已在秦皇岛启动工程一期试点建设,通过配置移动储能设备、分布式光伏,融入即插即用、可充放电充电桩等,实现对多元化电力负荷的协调控制,促进区域新能源消纳,为全域示范提供样板。 能源互联 助力绿色冬奥 全力以赴保障2022年冬奥会供电安全,实现保电智慧、绿电交易等典型场景上线,全方位、多层次展示国家电网服务冬奥供电保障、科技支撑绿色冬奥、“三型两网”建设等方面成就,不仅是国网冀北电力服务冬奥电力保障的履责承诺,也是以冬奥泛在电力物联网综合示范为突破口,加快泛在电力物联网关键技术应用实践的核心目标。 2018年,国网冀北电力以服务冬奥为契机,提出“一网一平台”(泛在电力物联网综合示范及全景全息智慧指挥平台)架构设想,完成了相关顶层设计研究和关键技术验证。当前,该公司依托“一网一平台”,以全面支撑冬奥电力保障、冬奥能源互联网创新示范工作为重点,加快推进顶层设计落地。 “构建‘一网一平台’,可以实现对冬奥专区电力输、变、配、用各环节的全面感知和精准控制,满足冬奥保电智慧全景实时感知、智能分析预警、多级协同指挥等业务需求。”国网冀北电力科信部智能处处长徐彭亮说。 “全景感知”“智慧指挥”“绿色电力”是“一网一平台”建设的三个重点。“全景感知”通过应用智能传感等技术,实现对环境、电网状态等的全景感知和实时监测,形成张家口冬奥区域电网状态和各类保障资源全景展示;“智慧指挥”是指通过深度融合“大云物移智”技术,实现对电力设备健康状态的综合评价、智能诊断、预测预警、辅助决策和智慧指挥,保障冬奥核心区域供电安全;“绿色电力”是指基于电力物联网集成电网调度交易数据,通过应用多能互补智能调度等先进技术,实现冬奥核心区100%清洁电力供应。 国网冀北电力将在服务绿色冬奥的同时,努力形成终端泛在接入、数据高效共享、应用构建灵活的泛在电力物联网典型应用方案,为全业务泛在电力物联网推广贡献经验。 “智慧运检” 提升电网效能 在设备巡检工作中,工作人员只需在集控中心轻点鼠标,便可控制分布在线路上、工程车上、变电站中的各类智能设备,轻松完成长达数千千米线路、几十座变电站的巡检工作。这样一个构想,如今凭借“龙巢时代”变成了现实。 由国网冀北电力自主研发的“龙巢时代”智能巡检管控平台,是一种集能源补给、智能控制于一体的无人机指挥、控制、维护作业平台。平台引入人工智能技术,实现工作全过程的无人机化,最大程度优化现场作业效能。这一成果也成为国网冀北电力推动泛在电力物联网建设落地,以“智慧运检”提升电网效能的重要基础。 无线专网建设也为国网冀北电力智慧运检夯实了基础。2018年,国网冀北电力以唐山、承德为试点,实现电力无线专网规模化应用,建设无线基站22座,覆盖范围450平方千米,成功接入配电自动化、配电抢修、用电信息采集、输变电在线监测等7大类业务,实现了管理、生产类业务的综合接入,打通了智能电网建设通道“最后一公里”。 “智慧运检”已经渗透到国网冀北电力运检体系的方方面面。在秦皇岛地区,北斗终端成功应用于配电网故障远程监控和信息采集,可精确获取故障实时位置信息,极大提高配网抢修效率;在北戴河重要政治保电区域,供电保障指挥中心高效运转,打造出“零距离”供电保障新模式,实现供电保障能力的新升级。 今年,国网冀北电力将聚焦提高电网效能,推动实现输变电、配用电设备广泛互联、信息深度采集,提升故障就地处理、精准主动抢修和区域能源自治水平,探索开展5G技术在无人机巡检、移动式现场作业管控等方面的应用研究和关键技术验证,努力形成一批有创新带动效果的泛在电力物联网项目。

2019年7月8日

颜红卫是苏州供电公司湖西变电运维班班长。日前,第一财经记者见证了他操作的这一幕。目前,该变电站33种变电巡检作业卡、468项巡检内容已全部实现无人作业——这是苏州供电公司在变电站巡检作业领域探索推进泛在电力物联网建设的一次实践。传统变电站巡检将由此向泛在物联、全面感知、无人巡检转变。

国家电网有限公司以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,坚决贯彻落实习近平总书记关于国家能源安全发展的“四个革命、一个合作”战略,创造性地提出“三型两网、世界一流”战略目标,其中,打造泛在电力物联网备受关注。今年以来,公司全面部署泛在电力物联网建设,建设项目试点工作有序实施、稳步推进。截至目前,公司已发布泛在电力物联网建设大纲,编制形成泛在电力物联网2019年建设方案,明确了全年建设任务,以及省、地市、县、园区4个层级、25项大型综合示范工程。

如何破解电网规模快速增长与变电运维人员紧缺的矛盾?随着泛在电力物联网建设的纵深推进,类似无人巡检系统的“新一代电力工人”将在越来越多领域涌现,并深刻影响电网的运维管理形态。

运用先进信息技术推进电力系统万物互联

多功能人工智能“劳力”

泛在电力物联网就是运用新一代信息技术,将电力客户及其设备、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连接起来,通过信息广泛交互和充分共享,以数字化管理大幅提高能源生产、能源消费和相关装备制造的安全水平、质量水平、先进水平、效益效率水平。

苏州电网是全国规模最大的地市级城市电网,有220千伏变电站102座、110千伏变电站347座、35千伏变电站79座。目前变电站的运维管理,还难以实现状态实时可知可控,人工巡视依然是必要的手段。按照国家电网有限公司定员标准,至少需要843名值班巡检人员。而苏州供电公司仅有值班员415人。

从架构上看,泛在电力物联网包含感知层、网络层、平台层、应用层。在感知层,国网江苏电力南京供电公司选取溧水、江北新区等区域,开展了输电、变电、配电设备智能传感器、巡检机器人等79种感知元件部署工作。

当地变电运维室算了一下,在传统巡检方式下,每座110千伏变电站每周巡检1次,每次派出至少2名工作人员巡视468个点位,耗时约1~2小时,加上路途往返约1.5个小时,占用了大量人力。

在溧水110千伏南门变电站,主变、组合电器和开关柜上装有局部放电、温湿度、智能巡检机器人等感知元件。这些感知元件以低功耗、高可靠性、智能化为目标,实现电网设备运行状态的深度感知,提升设备运检智能化信息化水平,提高运检效率和设备运行可靠性。

无人巡检系统在变电站现场利用各类先进的前端采集设备替代人的感官,用智能分析平台替代人的大脑,以变电站标准作业卡的内容作为智能分析平台判断准则,分析判断设备运行工况。“系统具有全视野、全覆盖、全智能的特点,让人工智能替代人工作业成为可能。”苏州供电公司运检部项目管理人员蒋昊松称。

通过对电网设备的深度感知,数据采集问题得到解决,而如何应用这些数据是接下来要解决的问题。南京供电公司运维检修部专职朱雷说:“开展设备主动预警、状态评价、故障定位等功能研究与应用,是为了实现核心设备的‘可测量、可感知、可预警、可互动’。”

在颜红卫看来,无人巡检系统的成功上线,不但能以最少的人力成本完成标准化任务,还能额外增加几位能干的“劳力”,大幅提升变电站巡检水平。

国网江苏电力110千伏南门变电站开展智能巡检机器人自主巡检工作,有效提升设备运行可靠性。

该系统对变电站环境状况进行设定,当温湿度、安防、灯光、水位等情况发生显著变化时,会立即生成异常信息并告警,提醒运检人员进行确认和处理。这相当于在变电站安排了一位永远在岗的巡检员。

夏季是城市用电的高峰期,供电安全直接关系着市民生活的方方面面,应用泛在电力物联网直接保障了夏季用电高峰的电网安全,成为今年迎峰度夏的新亮点。国网天津电力通过应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术,泛在电力物联网实现了将电力系统各环节万物互联、人机交互。其中清洁能源的综合开发利用、基于虚拟电厂的负荷需求响应、主动配电网等将在夏季负荷高峰期间电力平衡、设备运维、隐患排查、态势感知等多个方面,以更快速度做出响应,能够有效缓解电网运行压力。

主变异响是判断变压器故障的重要依据。无人巡检系统对所有异常告警均经过多重算法校验,对历史声音做特征匹配,重复对比多种音源参数,对多种异响做出准确告警。

如何构建强大的交叉技术体系,为泛在电力物联网建设和应用提供强大基础支撑,是现阶段的重要任务。为此,国网浙江电力从感知层、网络层、数据层、平台层、安全防护层等着手,认真分析基础支撑现状,梳理了大规模采集处理能力、边缘计算能力、数据共享、数据承载能力、物联网管理服务能力及面向泛在电力物联网的综合安全防护体系等几个迫切需要改善的方面。

与此同时,这个系统还是一台实时在线的“预警机”——对异常出现的多维度数据进行统计、清洗和筛选后,开展数据挖掘,根据不同类型设备出现异常的时间区间和概率,给出趋势预警。在故障发生时,系统还能对接调度告警信息,自动对当前设备及关联设备进行状态分析,核实设备状态,为故障、告警处理提供快速辅助决策依据。

目前,国网浙江电力累计接入智能电能表2747.3万只,采集、测控终端300余万台,视频终端1万台,移动作业终端14362台;云平台服务器总规模超500台,完成全业务统一数据中心分析域建设,接入各类业务系统75套,数据存储总量超700T,基本形成了数据统一存储、处理和服务机制。

“无人巡检系统利用电力物联网手段可实现各类告警信息整合,调度系统跳闸信息联动巡检,大数据分析比对,提高了人力资源效率、生产效率、故障处置效率及巡检质量,解放了大量劳动力。”苏州供电公司运检部主任汤峻称。

国网浙江电力员工开展5G无人机巡检工作,借助先进信息技术保障电网安全。

有待尖端技术加持

深入挖掘大数据价值 让能源生产消费更智能

除了无人巡检之外,综合能源管控也是泛在电力物联网落地的体现。

数据贯通是泛在电力物联网建设最基础的一环。国网湖南电力运用新一代信息技术,通过信息广泛交互和充分共享,以数字化管理大幅提高能源生产、能源消费和相关装备制造的安全水平、质量水平、效益效率水平,推进泛在电力物联网建设落地实施。

在天津北辰商务中心大楼,7台风机、整齐排列的光伏板,与外部电网、储能设备共同满足大楼的用电需求。3台地源热泵机组不间断地将地热能转换成大楼的冷热供给和生活热水。这种“地源热泵 风光储能”的综合能源服务方式,使可再生能源占这座商务中心能源消费比例的36%以上。

国网湖南电力于2018年启动数据“治理—共享—创新”的大数据建设三年行动计划。推进泛在电力物联网建设后,该公司从数据源头逐字段清查,确保现场、档案、系统数据一致。目前,该公司着力解决了数据仓库源端数据与目标端数据不一致等技术问题,数据的准确性、完整性、及时性、一致性大幅提升。

这里的工作人员告诉第一财经记者,应用综合能源管控平台,北辰商务中心大楼的能源应用实现了供能与节能。通过不同的控制策略综合调配能源供给,最大程度降低能耗,实现节能减排。

国网辽宁电力大连供电公司建成了市级区域边缘计算中心。由此,泛在电力物联网正式具备了为客户提供广泛服务的‘中枢大脑’。例如“房屋空置率”微应用,随机对大连市区内某一区域用电数据进行抓取,通过对微用电量智能表的筛查,准确判断出无人居住的房屋数量。这项数据对于政府部门和相关企业在城市规划、建设、管理等方面的决策,具有极其重要的参考价值。

以园区级综合能源服务为基础,更广阔的市场平台正在形成。国网天津电力为加快泛在电力物联网建设,已经与49个园区签订了绿色能源智慧园区建设合作协议。

边缘计算中心的作用不止于此。它通过不同微应用的开发所能提供的服务超出了人们的想象。在泛在电力物联网试点开发领域,利用智能电表采集的用户分时用电曲线数据,深入分析用户作息习惯与用电偏好,可让供电服务人员方便快捷地根据相关信息,为用户提供能耗分析、节能建议等增值服务。

泛在电力物联网,即围绕电力系统各环节,充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术,实现电力系统各环节万物互联、人机交互,具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统,包含感知层、网络层、平台层、应用层四层结构。

智慧能源综合利用积极服务经济社会发展

泛在电力物联网通过与智能电网的融合,将实现电网的数字化、网络化和智能化。通过对能源系统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行模式,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,社会经济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,高效连接新能源、各类储能、电动汽车、电能替代、能效互动等元素和服务,开放共享并高效地实现供需匹配。

智慧能源支撑着智慧城市建设,这些都是以泛在电力物联网为基础。

据第一财经记者了解,自今年3月提出泛在电力物联网后,国家电网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、能源转换、能源综合利用与优化、新能源高比例消纳等。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建设。

在国网天津电力综合能源服务中心的智慧能源小镇展示中心,一台智能量测系统显示屏幕右侧展示着人才公寓5栋2单元701室的监控画面,左边则是居民用户能效分析图,其中清晰地标注着当天此用户的空调日耗电量占比18.5%,对应电费支出为0.6元,电热水器日耗电量占比44.68%,对应电费支出为1.623元,通过智能测量系统,用户对自家不同电器的日耗电量、周耗电量、月耗电量和其对应电费账单一目了然。

那么,连接家家户户的电网还是原来那张网吗?泛在电力物联网今后会对老百姓的生活产生什么变化?

在智慧能源小镇中,国网天津电力部署了新型智能电表,可以获得每个用户不同设备的实时功率和运行曲线。安装智能电表可以帮助用户了解分项用电的情况,从而降低家庭电费支出。

国家电网相关负责人对第一财经记者称,泛在电力物联网将电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备、供应商及其设备,以及人和物连接起来,产生共享数据,为用户、电网、发电、供应商和政府社会服务;以电网为枢纽,发挥平台和共享作用,为全行业和更多市场主体发展创造更大机遇,提供价值服务。也就是将没有连接的设备、客户连接起来,把没有贯通的业务贯通起来,没有共享的数据即时共享出来,形成跨专业数据共享共用的生态,把过去没有用好的数据价值挖掘出来。

国网青海电力紧抓泛在电力物联网建设机遇,编制完成2019年泛在电力物联网建设方案,从对内业务、对外业务、数据共享、基础支撑、技术攻关、安全防护6个方面确定了77项建设内容,并围绕高海拔智能运维、数据共享融通、清洁能源消纳、精准扶贫四大领域,精选基于区块链的共享储能在内的十项示范工程,构建以电网为主导的能源互联网生态圈和产业集群,全面推动泛在电力物联网在青海落地实践。

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。

目前,国网青海电力新能源大数据创新平台已应用集中监控、功率预测等22类业务,为入驻企业提供“数据公寓式”服务。平台累计接入11家发电企业121座电站,占全省新能源总装机容量的33%;试点实现5家企业21座电站“无人值班”,降低电站运维成本普遍超过40%,初步形成覆盖新能源全产业链的生态圈。该平台被评为国家2018年新能源行业工业互联网示范平台。

国网青海电力能源大数据中心工作人员正在对功率预测系统进行数据对比。

今年,国网河南电力将大数据中心纳入泛在电力物联网任务清单,目前已建成配网大馈线停电识别、项目建设进度、市县经营评价、业扩报装监测分析等8类应用场景。4月1日,大数据中心发布平台正式上线,各级单位相关管理岗位取得查询使用权限,进入数据应用的实质阶段。

同时,国网河南电力积极探索通过整合能源数据资源服务全省经济高质量发展。在河南省政府明确依托国网河南电力建设河南省能源大数据应用中心的背景下,该公司提出,要实现煤、电、油、气等能源数据与政府、重要客户数据的集成融合,大力构建省级能源大数据发展生态圈,有力支撑河南省能源生产和消费革命。

“目前我们已完成建设方案评审,6月底前将完成4项场景主体功能开发。”参与河南省能源大数据应用中心建设的国网河南电力工作人员告诉记者。很快,该中心将在河南省能源监测预警、新能源规划、“互联网 ”办电便民服务、新能源汽车服务等方面发挥作用。

泛在电力物联网试点建设正在稳步推进,7月1日召开的夏季达沃斯论坛上,就有不少展品是泛在电力物联网建设从理论构想向实践成果转化的最新成果,这些产品在为客户提供更好体验的同时,也为传统的电网带来了革命性的变化。可以预期的是,这些种子终将在不远的将来结出硕果。来源:国家电网公司

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