陈皓勇：加快发展面向新型能源体系的电力物联网

加快发展面向新型能源体系的电力物联网

——访华南理工大学电力学院电力经济与电力市场研究所所长陈皓勇

本刊记者 王睿佳

当前，加快规划建设新型能源体系，推进能源绿色低碳转型的任务非常紧迫，促进能源电力行业数字化转型势在必行。电力物联网是物联网在智能电网中的应用，能够有效整合通信基础设施资源和电力基础设施资源，提高电力系统信息化水平，改善电力系统现有基础设施利用效率。自2016年“国家泛在智能电网”概念首次提出以来，能源与互联网融合的进程加快，电力物联网迎来快速发展时期。

电力物联网作为支撑能源电力行业数字化发展的关键基础设施，对我国加快建设新型能源体系有哪些重要作用？发展建设过程中，有哪些值得关注的技术？还面临哪些挑战？为此，本刊记者采访了华南理工大学电力学院电力经济与电力市场研究所所长陈皓勇。

《中国电业与能源》：

党的二十大报告指出，“加快规划建设新型能源体系”。在构建新型能源体系中，电力物联网在扮演怎样的角色？

陈皓勇：电力物联网作为物联网的一种具体形态，从不同学科视角来看，具有三个方面的含义，也因此在新型能源体系中扮演不同的角色，并发挥相应作用。

一是从自动化科学视角看，电力物联网扮演着“物联网+电力”的角色，即物联网技术，如低功耗广域网络（LPWAN）、5G等在电力行业的应用。作为传统电力信息化、自动化的延伸，其主要作用是获取传统信息化、自动化系统未覆盖的边缘数据，并应用于电力系统规划、运行与控制。

二是从数据科学视角看，电力物联网扮演着“电力+物联网”的角色，即以用电数据为中心，基于数据科学方法对各类电力用户的用电行为进行分析。由于电力用户几乎涵盖全社会的所有行业，通过数据科学方法可以处理用电数据中所包含的大量有价值的社会经济信息，并为各行各业提供决策支撑。

三是从通信科学视角看，电力物联网扮演着“电网即物联网”的角色，即基于电力线通信的物联网技术。利用电力线作为通信介质，如高速电力线载波通信（HPLC），网随电通，可传输其他非电计量数据（如水、电、气、热四表合一的集中抄表管理系统）。

《中国电业与能源》：

面向新型能源体系的电力物联网将发挥什么样的作用？

陈皓勇：随着新型电力系统、综合能源、电力电子和数字化等技术的发展和应用，新型能源体系将呈现出“能量—信息—价值”三层网络架构的形态。

电能作为一种清洁、方便并且容易传输、转换和控制的能量形态，在能源转型中处于中心环节，其他能量形式往往要转换为电能，并且相互耦合在一起。电力与其他各类型能源的生产、传输与使用往往需要通过各种类型的网络来进行，如电网、热网、燃气网等。这些网络构成新型能源体系的能量层网络或综合能源系统。目前，我国综合能源系统技术和商业模式正在蓬勃发展。

除传统有线、无线通信技术外，近年来，随着5G、Wi-Fi6、LPWAN、HPLC等新型通信技术的普及，在物理层面的能量网络之上，新型电力系统又建立了可实现信息处理、运行优化和实时控制的信息网络，即电力物联网。由于大规模可再生能源的接入，电源侧的随机性、间歇性与波动性日益凸显，储能和需求侧响应的广泛参与成为电力系统运行的必要手段，也使得新型能源体系更趋复杂。新型能源体系所包含的种类繁多的分布式资源的协同控制离不开高可靠性、高效率的电力物联网的支持。

工信部数据显示，截至2022年底，我国的蜂窝物联网用户达18.45亿户。2022年全年净增4.47亿户，占全球总数的70%。连接数领先全球的同时，我国蜂窝物联网产业链也快速壮大，各环节在全球市场表现突出，非蜂窝物联网技术也在蓬勃发展，为电力物联网的发展奠定了坚实基础。

在新型能源体系中，传统集中化交易的电力市场将逐步转变为多层级耦合、多交易品种协同的复杂开放性市场，还将与供热市场、一次能源市场相耦合。新型能源体系的价值传递将从原来的简单流向变得复杂多样，这需要电力物联网的支撑。当前，我国正稳步推进全国统一电力市场体系建设，而中共中央、国务院印发的《扩大内需战略规划纲要（2022—2035年）》进一步提出对于电力、油气等行业中具有自然垄断属性的服务领域，根据不同行业特点实行网运分开，放宽上下游竞争相对充分服务业准入门槛。电力物联网的发展也为全国统一电力市场的建设提供了技术支撑。

《中国电业与能源》：

适应新型能源体系、新型电力系统运行的电力物联网前景如何？当前有哪些值得关注的技术？

陈皓勇：电力物联网可以帮助提高电力系统的效率和安全性、可靠性，并且可以支持智能用电、分布式能源系统等。电力物联网可以通过监测、分析数据来预测、解决技术和管理问题，帮助电力公司提高运营效率、改善用户服务质量。因此，随着智能用电、智能家居、综合能源等新兴领域的发展，电力物联网在用户侧市场前景非常广阔。

另一方面，随着能源结构的改变，电力物联网也将成为分布式发电的重要支撑技术。总的来说，电力物联网具有非常广阔的前景，将在新型能源体系建设中发挥重要作用，如虚拟电厂和基于电力线通信的新型物联网等。

在新能源大规模接入的背景下，仅依靠电源调节实现电力平衡，从而缓解局部地区用电紧张状况的方法必将难以为继，迫切需要另辟蹊径唤醒需求侧“沉睡的资源”。虚拟电厂是一种通过先进信息通信技术和软硬件系统，实现分布式发电、储能系统、可控负荷、电动汽车等分布式能源资源的聚合和协同优化，以作为一个特殊电厂参与电力市场交易和电网运行的能源管理系统。海量异构终端的通信连接是虚拟电厂协调控制的关键环节，本质上即为电力物联网，形成复杂异构通信网络。有线网络端到端时延较小，且技术成熟，但部署比较困难。4G、窄带物联网等无线网络时延及确定性保障不足，难以承载虚拟电厂的快速控制类业务。5G技术提供了高速、低延迟的通信网络，可以支持虚拟电厂中各种设备之间的实时通信和数据传输，是虚拟电厂物联网通信的良好解决方案。

电力线通信（Power Line Communication，简称PLC）技术是指利用电力线传输数据和媒体信号的一种通信方式，其国际标准可以根据工作频段划分为窄带、中频带以及宽带三类。其中，窄带PLC标准主要包括G3-PLC和PRIME（两种基于OFDM的电力线通信PLC技术），宽带PLC标准主要包括IEEE1901和HomePlug，而中频带PLC标准IEEE1901.1则是基于国家电网有限公司的HPLC技术规范，并经进一步完善补充后于2018年正式发布。PLC-IoT是基于HPLC/IEEE1901.1标准规范并拥有自身特点的通信技术，主要面向物联网场景设计的中频带低压电力线载波通信技术。PLC-IoT提供的高质量通信能够广泛应用在具有低时延高可靠性或低速率大连接场景特征的电力物联网业务，如智能电表、配电物联网、智能家居、新能源监控和智能充电桩等。

《中国电业与能源》：

电力物联网的发展建设面临哪些挑战？还需要如何推进完善？

陈皓勇：未来，电力物联网的发展建设面临以下挑战：

安全和隐私问题：随着海量设备接入，保护系统和数据的安全与隐私变得更加困难。对此，应加强安全和隐私保护措施，并制定相关法规和标准来规范电力物联网的数据和系统安全。

系统互操作性需求：未来电力物联网需要支持各种设备和系统的互操作性，这需要通过制定通用标准和协议来协调各方之间的合作。

大规模部署需求：为实现电力物联网的规模化部署，需要投入大量资金和资源，并且需要克服传统电力系统的固有限制和体制机制障碍。

芯片制造问题：电力物联网离不开芯片，由于西方国家对我国实施芯片技术禁运，这方面将遇到较大的阻碍。我国需逐渐摆脱对西方国家芯片技术的依赖。

人才培养问题：电力物联网是电力技术与信息技术的交叉融合。在人才培养方面，应培养既懂电力、又懂通信等信息技术的复合型人才。