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4 面向配电网运营商的能源服务业务拓展
传统配电网设备运行条件简陋、设备种类和数 量繁多、分布广泛但运维人员极为缺乏,物联网概念 的引入将引领新一代“万物互联”配电网的快速发 展。中国增量配电网的放开更是从市场层面催生了 一大批能源服务的潜在对象——配电网运营商[66]。 能源服务商可以凭借已有的电网建设运维经验,为 其提供能源增值服务,作为能源服务在服务对象上 的一种拓展,图 4 给出本章对于配电网运行与管理 的 3 个方面展望。
4. 1 实时数据采集下的在线设备运维检修
配电网资产总量庞大、分布广泛、运行特性各 异,新增配电网运营商缺乏管理经验,很难对其进行 有效的统一管理。对于运维检修,若其采用传统配 电网定期进行的人工巡检、保电巡检等巡检方式,会 造成严重的人力资源浪费。物联网背景下,能源服 务商可为配电网运营商提供以下服务。
1)实时设备健康诊断
智能终端的普及使在线采集设备运行数据成为 可能[4]。基于实时获取的设备运行数据,帮助配电 网运营商对设备的健康状态实时做出评价,一旦评价结果进入预警状态,立刻提醒配电网运营商安排 针对性的现场勘查,即保证电网的安全运行,也可避 免不必要的重复现场运维。
2)电力资产物联网
借鉴物联网中“万物互联”的思想与技术,助力 配电网运营商实现以资产身份唯一编码为基础,以 资产状态全面感知为依据,形成资产管理过程中的 多码联动和信息贯通,打造资产-资产、资产-环境紧密结合的电力资产物联网[67]。
4. 2 智能在线网络重构
大规模不确定性因素的接入给配电网的运行与 控制带来了巨大挑战[68]。配电网运营商对于管辖 区域内电网的故障恢复、网损优化、电压调节等相关 控制问题,若依然采用传统方法[69],则存在求解时 间长、操作时间长、保护与控制方式不够灵活等问 题[70-71],难以达到物联网下的精度与速度标准。为 了提高市场竞争力,配电网运营商可向能源服务商 寻求相关综合性能源服务。 能源服务商基于智能终端技术,可助力配电网 运营商实现区域内不依赖主站的分布式控制模式, 如图 5 所示。
图中,智能终端(STU1至 STU6)是具 备数据处理能力且能够自主控制开关(K11至 K62)动 作的保护单元[72],可根据网络状态的实时变化自动 改变相关控制策略,从而实现智能化在线的网络重 构,DG1和 DG2表示分布式电源。基于人工智能技 术,可考虑研究以数据为驱动的方法,实现网络重构 问题的快速求解。例如可以采用迁移强化学习的思 想,提高求解速度与质量[73-74];也可以考虑基于深度 学习,建立模型输入与优质解之间的高维非线性映 射关系,在实际处理问题时可避免重复的潮流计算, 以实现在线问题高精度的快速求解。
4. 3 广域量测下电能质量管理
对于配电网中日益严重的电能质量问题,配电 网运营商由于缺乏量测数据支持,电能质量治理的 方式趋于简单粗略,在面对多种不确定因素时,往往 无法实现有效治理。这一背景下,能源服务商可为 配电网运营商提供电能质量管理服务,通过在其网 络区域内布置智能终端,为其电能质量治理提供 支撑。
1)电能质量治理系统
基于智能终端,帮助配电网运营商建立其网络 区域内的电能质量治理系统,利用现场可编程门阵 列(FPGA)和 ARM 芯片作为电能质量治理终端设 备的主控制器,对电网的无功电流、谐波电流、不平 衡电流进行治理,并通过移动端应用软件和服务器 应用软件实现终端设备的远程监控,同时使用云服 务器、通用分组无线业务(GPRS)无线通信技术、 TCP/IP 通信协议、MODBUS 通信协议等物联网技 术实现安全可靠的远程通信[75]。通过在线的数据 监控,实现快速精准的电能质量治理。
2)电能质量管理机制
基于终端设备采集的量测数据,可进一步帮助 配电网运营商建立“谁污染谁负责”的电能质量管理机制,以区分供用电双方责任,协调纠纷[76]。发生 突发电能质量污染事件时,能够快速找到污染源头 进行治理并给予一定的惩罚,同时在一般情况下也 能够有效约束用户的违规用电行为,改善配电网整 体电能质量。
4. 4 数据中台下的业务支撑与拓展
大数据的概念提出已久,但配电网运营商想要 真正实现其在配电网中的应用与实践仍存在较多阻 碍。首先是效率问题,配电网服务项目中的信息化 资产未有效积累,系统中业务和数据的复用化程度 低;其次是协作问题,各项目组形成以各自为中心的 单体应用,导致较严重的数据壁垒;最后是能力问 题 ,数 据 的 处 理 与 维 护 需 要 较 稀 缺 的 专 业 人 士 完成[77]。
为支撑配电网运营的数据采集与处理工作,能 源服务商可帮助配电网运营商搭建数据中台,然后 由配电网运营商自行管理。数据中台最早是由阿里 巴巴网络技术有限公司在 2015 年提出的“大中台, 小前台”战略中延伸出来的概念,其通过数据技术, 对海量数据进行采集、计算、存储、加工,统一标准和 口径,形成标准数据,并存储为大数据资产层,进而 为客户提供高效服务。基于数据中台,配电网运营 商可以更好地对网络进行管控运维、项目开发等,对 其他形式的能源服务有着重要的支撑作用,其整体 架构如图 6 所示。图中,API 表示应用程序编程接 口;SCADA 表示数据采集与监控。
将数据中台技术应用于配电网海量量测数据的 管理,其优势如下。
1)适应网络环境的多变性
分布式电源、可中断负荷等因素的加入使得配 电网环境具有高度多变性,基于数据中台中的标准 化数据,配电网运营商能够以尽可能快的速度响应 网络环境的变化,做到灵活管理与控制。
2)数据的共享与协作
通过建立共享的数据中台,打破配电网不同能 源服务项目组内部的数据墙,在保证数据安全的基 础上,实现数据对配电网项目相关者的开放,加速项 目进程。
3)提供配电网项目统一开发平台
数据中台通过接入内部运行数据、外部环境数 据为配电网综合性能源服务项目建立统一数据服务 接口,并提供可视化、拖拽式自主开发与分析平台, 提高其分析测试便捷性。
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