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科陆电子郭鸿:综合能源服务的关键在于确定合适的数据模型 边缘计算要与之匹配

北极星输配电网  来源:北极星输配电网    2019/5/23 19:07:19  我要投稿  

北极星输配电网讯:一定要对它运行数据、经济指标的数据模型进行建模,只有把这个东西搞的非常清晰了,才能够真正的开展所谓的综合能源服务,这样才能够看到它是否持续盈利。 我们有了这样一个信息的模型,就要针对这个模型来布置我们智能的传感器,来设置我们边缘计算的设备,否则没有任何实际意义。

2019年5月23-24日,由北极星电力网主办的第一届中国泛在电力物联网研讨会在北京召开。深圳市科陆电子科技股份有限公司副总工/配电网事业部总经理 郭鸿在研讨会上做题为《综合能源服务中的边缘计算》的演讲。

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以下为发言实录:

深圳市科陆电子科技股份有限公司副总工/配电网事业部总经理 郭鸿:

各位专家,各位来宾,大家上午好!下面我来给大家分享“综合能源服务中的边缘计算”这样一个题目。

我主要想从三个方面来跟大家分享一下:

第一,泛在电力物联网条件下的综合能源服务。这个综合能源服务已经开展很长时间了,在泛在电力物联网条件下会发生怎样的变化,前面我稍微谈一下个人的观点。

第二,介绍一下泛在电力物联网的边缘计算智能装置。

第三,介绍边缘计算应用的思路。

首先看一下,这是整个泛在电力物联网系统图,在这样一个条件下我们大概分成了两个信息的逻辑圈,大家可以看到,第一个是中间的这个信息逻辑圈,主要是电网公司从输电、变电、配电到调度这样的一个核心圈,它最主要是以电网的安全稳定、经济运行为目标的,这是电网核心的业务,它的实现方式现在我们把它叫三流合一,在泛在电力物联网的条件下不可能完全的对外透明和开放,可以叫做他们自己内部的信息安全网,在这样一个条件下是一个所谓的透明电网。

第二个信息逻辑圈,就是以满足社会能源供给和需求大目标的信息圈,追求的是社会的能源总需求和总供给之间的最优化解决,比如最低的能耗,最终的目标还是能源的自由市场。这边是发电的环节,可以看到我们国家所有的新能源大部分都是采用这种集中供电的模式,这边的天然气发电,还有一些其他的分布式能源,这些都是要加入到电网的,这是外部资本可以进入的。在这个围城之外的才是我们的用户,以前的用户只有用电,在泛在电力物联网的条件下,不光是要用电,还要用热,还要供暖,还要供冷,要尝试这样一些服务。

电网里面在输、变、配、调这样一个体系里面,在配电环节里面现在做了储电、储冷、储热,以及电能替代的业务,这个业务就是我们下面要讲的综合能源服务。泛在电力物联网条件下做了这样一个生态圈,这个生态圈里面主要是以用户的电冷热需求为中心的综合能源服务,因为做综合能源服务能带来钱的只有供电、供热、供冷,这三个方面是有收益的,其他的都是你要花的成本,都是你的技术手段。综合能源服务追求的目标一定是多赢的,首先,用户要便宜便利,电网要稳定安全,社会要清洁绿色,运营商要持续盈利,这几个条件只有一个条件不满足都不可持续发展。实现的手段就是热电联产、分布式电源、储电储冷储热,分布式能源站、热泵、电能电站、虚拟电厂,这一系列技术都是围绕这个目标来服务的。我们做综合能源服务,不是为了技术的最优,一定是为了经济效益、为了用能便利、为了提高整个社会能源的利用效率,这样才是可持续的。如果做到技术最优,肯定是玩不转的,这是我们现在很多的科技示范项目不能最终推广的重要原因、不能商业化的原因。泛在电力物联网肯定是围绕这样一个廉价解决的方案、围绕这样一个目标来实现。

我们再看一下综合能源服务系统之间的耦合关系。比如供电、供气、供热,电、气、冷、热之间有这样一个耦合关系,这个耦合关系就是我们建立数据模型的基础。比如说我们要以电能量作为一个参照,所有的能源都要等效到电里面,来建立它等效的数据模型,时间尺度是要充分考虑的,还要确定它的边界条件。另外,因为我们是要赚钱的,所以一定要对它运行数据、经济指标的数据模型进行建模,只有把这个东西搞的非常清晰了,才能够真正的开展所谓的综合能源服务,这样才能够看到它是否持续盈利。

我们有了这样一个信息的模型,就要针对这个模型来布置我们智能的传感器,来设置我们边缘计算的设备,否则没有任何实际意义。

这个是综合能源服务的前景,在这样一个前景里面,包括现在的电力交易、能源管理以及我们的国网云和我们的配电网、天然气网、泛在电力物联网之间的关系,最终还是要从实际出发,比如说我们这样一个智能的传感,边缘计算设备放在哪儿,就是这样一个图。

综合能源服务可能最后形成分布式的形态,是这样一个一个的区域,在每一个区域里面可以看成小电网。

第一,从全局来看,要依靠坚强的智能电网作为后盾,离开了电网我们综合能源服务是很难独立去运行的。

第二,从局部来看,一定是以用户配电变压器为核心的能源自给自足的微电网,这个微电网一定是以配电变压器作为一个核心的,否则没有任何的意义,无论你是专变也好、公电变也好,总之是围绕着你这个配变来做的,对电网和用户来讲,这个公共结点的交互功率是成为关键点,收费、跟电网的结算肯定要依据这个。

第三,微电网以用户电冷热需求出发,要满足这个需求,要因地制宜的制定差异化的综合能源解决方案。什么是因地制宜?当下有什么资源就要利用什么,比方我有很好的地热资源,我就要把地热用上。我有水源热泵,我就用水源热泵,不一定用地热。要满足客户的需求,这个成为综合能源服务的焦点。

第四,微电网可以包含无数的虚拟的迷你电网。迷你电网是虚拟的,没有配电变压器,以后也不一定要有配电变压器。

第五,储电储冷储热作为一种重要的调节手段,来为经济运行服务。特别是在我们综合能源服务里面,不一定是为稳定服务的,你在电网侧他为电网稳定服务,你在综合能源服务里,也就是我们刚才画的区间里面,他应该主要为你的经济效益服务的,为你这个经济运行服务的,降成本。

如果你做的很贵,这个东西不可持续,不能发展。

综合能源服务说得很多,从哪些地方开始?以下是我个人的观点。

第一个,肯定和我们社会的富裕程度有关,没有钱的地区这个事情不能做。

第二个,对电冷热有集中需求,没有一定的集中度也不行,你有这个需求没有集中度开展这个业务是不太可行的。

第三个,对电能源的质量、可靠性和用户感觉的舒适程度有一定的要求,在这样的地区可以开展服务,否则你开展过去是没有用的。就是说我们这个边缘计算要考虑这些条件,没有这些条件这个是不能做的。

综合能源服务优质客户的刚性需求是哪些呢?他除了供电以外,要集中解决供冷,比如说夏季的制冷,冬季的供热,工厂对热能的需求。比如说要解决老城区用电负荷增容、扩容的问题。比如说电动汽车发展了以后,我要接充电桩,可是我这个变压器的容量不能扩展。CBD原来是6万的负荷,报装的,现在增加到9万的负荷的时候,这个时候已经没有通道给你,我们就要解决这样一些问题。解决我这个区间里面新能源的消纳问题,有条件的时候要廉价利用周边的废弃能源或者说垃圾能源,因为这个是成本很低的,把这个扔了非常可惜,拿来为我们所用。我们现在很多情况下,像弃光弃风弃水这样一些电源,如果就近的居民、就近的工厂,他不能够廉价的使用,这个是非常可惜的。比如说我们在甘肃调研的时候,他的一些电解的项目,还要拉到内蒙去,为什么?他3毛4的电费到那边只有2毛7,新能源发展了用不上,干什么? 最大限度的减少系统的总能耗,降低总的成本。最大限度的提高资产的利用效率,减少容量电费的占比。比如说我们现在西气东输,有很多这样的电站,他的变压器容量电费占比是相当高的,高到什么程度呢?大概占70%—80%,就是说电能耗很少。解决供电负荷与电网互动的问题。

边缘计算,一是装置,一是APP软件,我们可以这样理解,就是在靠近能源设备和能源源头,处于网络边缘的一种分布式的智能代理装置,以前我们叫各种智能装置,这种智能装置跟现在的边缘计算装置有什么不同?现在以容器技术为支撑,再一个是依靠云的计算,特别是云端AI、大数据,跟这个有互动的关系。刚才我们还能够看得到的,他把数据和应用之间完全的解耦,以前我们智能装置做不到这一点。

边缘计算APP的软件,可以根据我们自己的需要做,比如在综合能源服务里面的能量管理、能源交易、负荷预测,充电桩的有序控制等等,你不断的根据你的需求来做这样一个APP,因为它有条件,就是因为它解耦了,数据和这个功能之间解耦了,所以它可以不断迭代的发展,也可以再和云端的数据进行高效的协同,这样整体提高了服务领域里面的计算能力。

以前我们做智能装置总要考虑DSP之类,现在你这样的芯片肯定不行了,一上来我们考虑的就是SOC,这个成本可能会增加一点点,因为有高端的芯片,我们不用完全跟着原来的思路来。

按照能源的需要配置边缘计算的设备,就是哪些地方有需求就在哪些地方配置这样边缘计算的设备,不是一口气配置到位的,不是千家万户全部来上这样一个边缘计算。边缘计算有需求的场合,我列了九种情况的需求。

边缘计算装置的配备必须要有足够多的智能终端或者传感器与他配套,智能终端或者传感器为什么要配置,一定是设计的,设计的依据就是你的信息模型、就是你的业务模型。有这个指导,我们才能配置这样的设备。这个设备,比如我们的开关、断路器,甚至我们的接触器,储能的PCS、充电桩等等,所有的电网特别是用电里面的这样一些设备,以前是不能够物联网化的,在泛在电力物联网条件下这些都要做成物联网化的。这个物联网化一定是根据综合能源服务的进展来开展,未来的这些厂商里面、这些设备,如果不能做到,可能会有淘汰的风险,这个就是泛在电力物联网对于产业的一个很重要的指导意义。以后可能会出现根本就没有控制电缆,没有控制线的开关柜,母排直接插上去就结束了,所有的功能是靠软件的定义,我们这样的安装、调试、维护都变得非常容易。这种形态大家可以展望,最后的结果恐怕是用电环节里面的开关柜都没有必收钱了,收服务费。

综合能源服务的边缘计算。

第一,基于能量数据的能量路由器。以前我们是一个用电信息的采集装置,现在不一定是一个电能采集装置,要把各种能源的数据在这里面进行聚合,聚合了以后可以做很多的事情,它的边就是特定服务对象相关联的所有具有法定计量资格的表计,都可以放到这里面来,依靠这个法定计量的数据来提供一切与能量买卖相关的服务,这样一个东西就是能量路由器。这个路由器是借用的概念,不一定在这里纠结,自己定义就可以。

第二,基于功率实时平衡控制的能量路由器。比如刚才我们在微网里面提到的调节交互功率的能量路由器,还有一种是在好几个微网里面互相提供功率资源,来确保配电网或者你这样一个独立电网的稳定性这样一个能量路由器。

第三,电动汽车的有序控制。这个有序控制以前说了很多,里面一定有这样三个问题:1,在同一台变压器下面这么多的充电桩要实现有序控制,有序控制的目标就是交互功率。2,接在同一个变电站这样一个供电范围的电动汽车充电桩的有序控制。这个有序控制确保调度下达的指令,负荷指令不能超过它的约束条件。3,在今后V2G的条件下,电动汽车也可以向电网发电,要把前面二条都要遵循,有个先决条件,就是你这个电池不是1500次的循环次数,恐怕是1万次的循环次数,这样就可以做这个工作了。

第四储能电站的管理,储能电站的管理因为有储能电站电池海量运行的数据,包括电量的数据,包括它的温度数据,现在还有把压力传感器也埋进去,一个储能电站几万只这样的电池,时时刻刻产生了大的数据,这些数据最重要的是我们要看它的等效寿命、循环寿命,这个跟经济指标最有关系。再一个计算它的出力。

第五综合能源服务区域电能质量管理。这个不说了。

第六综合能源服务区域的配电单相接地故障检测。现在我们做的是故障指示器,这种故障指示器对于高阻接地和弧光接地,这个单相短路识别效果并不明显,在泛在电力物联网条件下,依靠边缘计算或者云平台的人工智能、依靠AI,特别是深度学习,可能会彻底的解决这样一个问题,靠一个点的数据不行,你要靠整个网络的数据加起来,才能够真正的找到这样一个故障的判别。我在这里说的都是边缘计算的一些例子。

(以上内容由北极星输配电网根据现场速记整理,未经嘉宾审核)

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