聚合數據之力

　　随著(zhe)可(kě)再生能源采集技術日趨成熟，綠色能源正逐漸取代污染環境的(de)傳統能源。然而，依賴綠色能源勢必對(duì)電網穩定性構成壓力。電網的(de)順暢運行取決于電力供需是否平衡，但綠色能源的(de)供應往往不可(kě)預測，因而帶來(lái)諸多(duō)挑戰。爲确保電網更具彈性，能使電網快(kuài)速響應電力波動的(de)技術變得(de)至關重要。而這(zhè)正是虛拟電廠 (VPP) 技術的(de)用(yòng)武之地。

　　虛拟電廠是在 IT 和(hé)工業互聯網 (IIoT) 技術成熟後出現的(de)去中心化(huà)“能源互聯網”。不同于傳統集中式電廠，虛拟電廠從各種不同渠道彙聚能源，而不僅限于集中式電廠生産的(de)電力。從可(kě)再生能源電廠、屋頂太陽能闆、儲能電池到電動車，虛拟電廠可(kě)以從任何地方獲得(de)能源。不過，要想從傳統和(hé)非傳統來(lái)源同時(shí)靈活高(gāo)效地獲取并輸送電力，實時(shí)監控将必不可(kě)少。設想一個(gè)電動車成爲主要通(tōng)勤工具的(de)世界，如遇用(yòng)電高(gāo)峰，虛拟電廠會提示停泊在充電中心的(de)電動車将電力回充至電網，滿足緊急用(yòng)電需求；而在非高(gāo)峰期，可(kě)再生能源産生的(de)多(duō)餘電量則儲存到電動車内。

　　由于虛拟電廠可(kě)以确保電力供需平衡，也(yě)成爲減少能源浪費的(de)重要手段。最常見的(de)能源浪費現象是，爲特定地區(qū)生産的(de)可(kě)再生能源如果過剩，就直接被棄置。但在虛拟電廠場(chǎng)景下(xià)，能源浪費得(de)以避免。例如，一旦風能供給超過特定地區(qū)電網的(de)需求，電價就會随時(shí)間價格機制下(xià)降，由此刺激用(yòng)電，解決電力供需不平衡導緻的(de)浪費問題。

　　虛拟電廠顯然是滿足未來(lái)能源需求的(de)理(lǐ)想解決方案。但在這(zhè)一技術成熟且變爲現實之前，尚有一些問題需要解決。爲提高(gāo)電網彈性，虛拟電廠需采集大(dà)量實時(shí)數據。換句話(huà)說，電網必須讓所有情況“一目了(le)然”才能提升效能。而要“看清楚”電網，先要回答(dá)“多(duō)少可(kě)再生能源将并入電網？”“用(yòng)戶需要多(duō)少能源？”“目前有多(duō)少電動車在充電？”等問題。因此，采集海量數據必不可(kě)少。然而，在能源領域構建 IIoT 并不像爲智能手機安裝 API 那樣簡單。爲接收數據，設備可(kě)能要安裝在沙漠裏的(de)太陽能電廠旁，必須能經受極端高(gāo)溫的(de)考驗；或安裝于海上風力渦輪機旁，面臨海浪的(de)颠簸和(hé)高(gāo)鹽海風的(de)侵蝕；或安裝于充斥著(zhe)各種信号和(hé)強電磁波的(de)變電站中。除現場(chǎng)設備要适應嚴苛環境外，還(hái)需專業人(rén)員(yuán)将工業設計各異的(de)設備集成至同一系統，因此數據采集任務困難重重。下(xià)面将詳細介紹 IIoT 技術如何通(tōng)過構建強大(dà)持久的(de)數據流基礎，幫助虛拟電廠擁有“看見”的(de)能力。

　　“看見”的(de)力量：揭開配電網絡的(de)面紗

　　爲幫助配電系統運營商 (DSO) 高(gāo)效利用(yòng)電網，實時(shí)掌握負荷變化(huà)至關重要，尤其目前電動車正日益成爲主流。一家德國配電系統運營商面臨重大(dà)難題，直至 2020 年仍無法查看低壓電網的(de)用(yòng)電數據。因此，該運營商轉向 IIoT 技術，希望提高(gāo)變電站電力數據的(de)透明(míng)度。具體目标是将從饋線實時(shí)采集的(de)電壓、電流、頻(pín)率、有功/無功功率等 21 類測量數據轉換爲運維人(rén)員(yuán)能輕松查看和(hé)理(lǐ)解的(de)信息。這(zhè)些信息與完善的(de)電動車充電管理(lǐ)系統相結合可(kě)極大(dà)提升現有配電系統的(de)功能，爲該運營商服務的(de) 230 萬戶家庭提供更多(duō)電力。

　　然而，變電站饋線的(de)數量、形狀、尺寸各異，并分(fēn)布于不同區(qū)域。最重要的(de)是，爲防止安裝人(rén)員(yuán)日常進出時(shí)無意碰觸其他(tā)設備，變電站通(tōng)常管理(lǐ)嚴格。因此，存在兩大(dà)全新挑戰：首先，如何以較少人(rén)力迅速部署 IIoT 技術？其次，如何高(gāo)效完善分(fēn)布在不同變電站的(de) IIoT 設備，确保設備安全？爲解決這(zhè)兩大(dà)問題，IIoT 基礎設施必須滿足“易操作、安全、無縫升級”等基本要求。許多(duō)系統開發商爲此積極尋求解決方案。

　　在本案例中，系統集成商提出使用(yòng)端到端解決方案，快(kuài)速安全地部署 IIoT 設備，又無需調整變電站的(de)設計。不熟悉 IIoT 技術的(de)運維人(rén)員(yuán)也(yě)能便捷安裝設備。該系統支持在雲設備管理(lǐ)平台上遠(yuǎn)程儲存和(hé)管理(lǐ)設置。通(tōng)過安全認證後，已有設置還(hái)可(kě)自動導入現場(chǎng)設備，免除繁瑣的(de)激活步驟。除了(le)解決專業人(rén)員(yuán)和(hé)資源調度問題，該解決方案也(yě)提供遠(yuǎn)程補丁。此類強大(dà)功能的(de)解決方案将加速電網升級，助力“能源互聯網”發展。

　　調節的(de)力量：實時(shí)控制

　　可(kě)再生能源發電一直内認爲不穩定，并且不可(kě)預測。爲實現可(kě)持續供電，必須控制供需，達到最優平衡。要實現這(zhè)一點，實時(shí)監控非常重要。但知易行難。例如，按照(zhào)一些國家的(de)電網規範，可(kě)再生能源電廠需在 150 毫秒内完成并網調整。鑒于調整時(shí)間有限，穩定可(kě)靠的(de)實時(shí)數據采集便尤爲關鍵。然而，由于數據托管設備往往廣泛分(fēn)布在戶外終端站點，經受惡劣天氣、鹽侵蝕、電磁幹擾是常态，導緻數據傳輸很難穩定。爲防止數據丢失，确保數據實時(shí)順暢傳輸，可(kě)采用(yòng)先進網絡冗餘技術。如遇網絡“罷工”，數據可(kě)通(tōng)過備用(yòng)網絡傳輸，避免數據流中斷。因此，有必要搭建 24 小時(shí)不間斷的(de)精準實時(shí)監控系統。(點擊此處了(le)解 成功案例詳情。)

　　用(yòng)戶和(hé)運營商雙赢

　　除了(le)監控戶外遠(yuǎn)程站點能獲取運營商所需數據外，深入家庭和(hé)各類建築的(de)高(gāo)級計量架構 (AMI) 也(yě)能提供有用(yòng)數據。AMI 讓用(yòng)電信息一覽無餘。用(yòng)戶可(kě)通(tōng)過手機追蹤精确至秒的(de)用(yòng)電情況，而電網運營商可(kě)利用(yòng) AMI 實時(shí)發現異常，無需等待用(yòng)戶提醒，從而縮短維修時(shí)間。此外，獲取用(yòng)戶實時(shí)數據後，就能計算(suàn)出每戶家庭的(de)用(yòng)電“波形”分(fēn)布，進一步了(le)解甚至預測每個(gè)時(shí)段的(de)用(yòng)電情況。此類信息不僅有助于用(yòng)戶關閉無人(rén)空間的(de)空調，避免浪費，還(hái)能幫助供電商針對(duì)特定時(shí)段靈活定價。不過，要想達此目的(de)，用(yòng)電信息必須準确傳回運營商系統。雖然家用(yòng)電表安裝環境不如戶外環境嚴苛，但電表的(de)現場(chǎng)部署往往複雜(zá)多(duō)變，受人(rén)爲因素影(yǐng)響較大(dà)。任何細微疏忽都可(kě)能影(yǐng)響通(tōng)信的(de)穩定性，而運營商可(kě)能收到錯誤的(de)用(yòng)電信息，進而誤判用(yòng)電情況。爲避免信息丢失，當通(tōng)信中斷時(shí)要立即啓用(yòng)存儲轉發技術。電表數據先存儲在本地，待通(tōng)信恢複後再發送出去，這(zhè)樣用(yòng)戶和(hé)運營商的(de)權益均得(de)到保護。

　　虛拟電力交易

　　如果信息更爲透明(míng)，可(kě)再生能源技術的(de)價格更加實惠，用(yòng)戶也(yě)能成爲生産者。也(yě)就是說，及時(shí)向電網出售電力目前已經切實可(kě)行。這(zhè)一轉變讓供需調節更加靈活，但前提是，必須搭建安全的(de)去中心化(huà)網絡。因此，越來(lái)越多(duō)的(de)國家開始嘗試将虛拟電廠與區(qū)塊鏈結合。由于區(qū)塊鏈具備去中心化(huà)、透明(míng)、不可(kě)篡改等特性，通(tōng)過區(qū)塊鏈的(de)智能交易合約，能源可(kě)安全順暢地交易轉讓。用(yòng)戶能自由選擇較便宜甚至非常規的(de)能源，如來(lái)自鄰居的(de)能源，并跳過中心系統。

　　借助 IIoT 技術，電網管理(lǐ)從基于經驗轉變爲基于數據。通(tōng)過多(duō)平台支撐和(hé)公衆參與，電網将日益強大(dà)。用(yòng)電率不斷提高(gāo)的(de)同時(shí)電力浪費将大(dà)幅減少，向真正高(gāo)能效的(de)未來(lái)邁進。