智慧能源综合服务业务延展与思考.doc

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1、智慧能源综合服务业务延展与思考摘要：随着智能电网的深化建设与互联网新型技术的快速发展，未来电网将进入“互联网+”时代， 系统中个体将实现广泛互联。在此背景下，智慧能源综合服务发展的困境得以解决，其服务内涵与服务形式将得到不断延伸。文中首先分析智慧能源综合服务现有业务由于技术、数据等原因而无法解决的诸多问题，基于“互联网+”下逐渐广域普及的终端设备及“云大物移智”、5G 通信、边缘计算等技术特点，深入探讨未来智慧能源综合服务可能的业务形式，分别提出智慧能源综合服务面向用户侧、配电侧以及能源金融 3 个方面的未来典型应用场景，并对其顺利开展亟需解决的问题进行展望和思考。引言节能减排的社会共识及多元

2、化的用户需求催生出庞大的能源服务市场，在互联网技术的支撑下，发展出综合能源服务的新型服务形式1-2。综合能源服务是一种以满足客户多元化、个性化能源需求为中心来提高能源利用效率、降低客户用能成本、促进新能源发展为目标的新业态，但在其发展过程中也遇到诸多问题。首先，配用电数据采集频度和广度的不足直接影响了更多形式的综合能源服务延伸。 其次，综合能源服务中提出的很多较新颖、前卫的服务形式由于网络传输速度、数据壁垒等现实问题应用受限。最后，现有综合能源服务的服务对象主要是电力用户，而随着电力市场改革的推进，市场中将出现售电商、增量配电网运营商等越来越多的市场主体，如何针对不同主体设计不同的能源服务是值

3、得思考的问题。 在“互联网+”的时代背景下，起源于传媒领域的物联网技术逐渐在电力领域得到应用3。基于物 联网概念下的新一代电力系统建设可以有效获取终端设备量测数据，无论是对电网运行状态的全局监测与把控，还是对用户用电行为的刻画与学习，都将提供巨大的帮助，在数据获取的基础上结合物联网下的先进技术，可进一步打破能源服务的技术壁垒， 不断拓展其服务内涵。目前国内外研究成果对于不同场景下能源服务技术与成效的仿真模拟较多，而对于“互联网+”时代下的电力能源综合服务形式与内容方面的思考较少。文献4探讨了物联网在物理、信息和用户层面对电力系统的影响与挑战；文献5构建了虚拟电厂 “批发-零售”两级市场交易体系

4、；文献6设计了基 于“多链”的综合能源服务链上交易模型。但以上都是针对物联网下某一具体技术的思考与应用，缺乏对于综合能源服务在新技术、新设备、新环境下的内涵诠释。文献6将综合能源服务业务具体分为“新 型业务模式”与“潜在业务”，后者针对新环境下能源 服务商在用户增值、能源金融、节能环保等方面的潜在业务提出一些业务构想，但由于缺乏技术支持，相关业务构想比较简单粗略。 综上，物联网的发展为传统能源服务的业务开 展瓶颈洞开了一扇窗户，是能源服务各主体时连接与共享的关键，有必要探讨在新环境下能源服务更深层次的形式与内涵。本文在“互联网+”的时代背景下，基于物联网的技术特点与设备支撑，深入思考其在未来智

5、慧能源综合服务中面向高速信息通信、 广域状态感知、密集数据采集等需求的潜在应用场景，考虑从更多样的用户服务形式、更广泛的价值发现空间以及更深度的电网运营支撑 3 个方面来构想未来综合性能源服务的可能应用突破点，并对未来发展亟需解决的问题进行展望和思考。1 “互联网+”下的智慧能源综合服务业务延展物联网具有连接泛在化、终端智能化、业务平台化、数据共享化的特点，在能源服务领域，本文从用户服务形式、价值发现空间、电网运营支撑 3 个方面对现有电力服务业务进行延展，如图 1 所示，助力形成智能互动、利益共享、安全高效的用能生态体系。在物联网相关技术的支撑下，智慧能源综合服务业务的延展方向主要体现如下。

6、1）可以实现用能侧数据的广泛获取、高速处理以及用能设备的精准秒级控制，帮助能源服务商深入掌握终端用户的用能习惯，针对各种用能场景提供用能建议，实现能源服务多元化。2）可以精确掌握发用能信息、资产信息、信用 信息，保证交易的完整性和真实性，为各类资源交易提供了渠道和安全保障，刺激能源领域的金融创新以及资产的广泛配置和高效流通，实现面向能源金 融的智慧能源综合服务价值发现。3）可以弥补当前配电网在精准量测和控制方面 的不足，帮助配电网运营商实时掌握电网运行状况， 迅速应对电网紧急事故，预先处理电网未来隐患，实现系统的高效运营与管理。2 面向终端用户的能源服务多元化物联网的发展使传统针对固定分时、阶

7、梯等 价菜单的用能服务得到深入发展，从套餐的多样性、 响应的快速性和增值服务的定制性等多方面体现出来，本章对面向物联网技术支撑下的终端用户能源服务多元化发展进行展望，能源服务思路见图 2。2. 1 大规模柔性定制的用电套餐目前中国电价主要分阶梯电价和峰谷分时电价，鲜有优惠用电套餐，主要原因在于电力仍处于卖 方市场，能源服务商无须设计套餐去主动吸引客 户。电力市场改革早期，菜单电价7 作为一种有效的价格策略，其制定方法和合同形式得到深入研 究。随后的套餐研究多是通过建立优化模型进行微调设计8，或是在已有电价基础上实现精准定制9。 前者缺乏对用户行为模式的深入分析，后者由于需要在用户内部装设量测表

8、计并进行人工套餐设计， 导致成本较高。表 1 给出国内外电价套餐相关项目实例10-13，从表中可以看出套餐的制定趋向于个性化与多元化。物联网中相关技术的普及与发展，可实现快速 剖析用户用电行为，有效降低用电套餐定制成本，主 要体现如下。1）高速率的 5G 通信。在海量用电数据采集方 面，相较于当前 15 min 颗粒度的数据采集，5G 通信的高速率能够实现海量用电数据的及时采集与传输。2）非侵入式辨识。非侵入式辨识技术需要的 秒级用电功率数据对于传统载波通信而言难以实 施。而 5G 通信时代使秒级甚至更细粒度的数据采 集与传输成为可能，可实现对用户用电的非侵入式 精准辨识，在用户分类的基础上，

9、建立跟踪数据库， 按照用户的负荷率、用电特点，结合其历史信用、实 际用电量和潜在增量、用户价值与发展潜力等因素， 对用户群体进一步细分，对相关信息进行更深层次 的挖掘分析14-15，最终提供更加个性化的用电套餐。3）人工智能技术助力用户行为模式识 别10。 基于人工智能技术的特征提取能力，实现每个用户的精准画像，挖掘、学习用户的行为模式，掌握消费 端个性化需求，从而实现用电套餐的大规模柔性定制化。2. 2 秒级控制下的需求响应传统需求响应主要有 2 种方式16：通过峰谷 分时电价减小需求侧峰谷差；通过提前签订合同， 给在用电高峰期切负荷一定的激励来保证用电安 全。智能电网的发展引出智能小区需求

10、响应的概 念，即将所有家用电器在线互联，实现楼宇、小区甚 至某个区域的集群智能用电17。但受响应速度18、 广泛通信协议一致性问题19、通信信道阻塞延时等 技术的限制20，这一概念仍未得到有效应用。物联网下 5G 等通信方式的发展、跨网络通信 技术的突破、一致性控制的应用可以有效助力解决 现有问题。5G 通信 10 ms 的通信时延能够很好地 满足海量用电设备之间的协调控制要求，以实现秒 级的调频需求；跨网络通信可以广泛连接各类型柔 性负荷，为集群需求响应创造便利条件，通过自治化 技术，智能家居进入网络时，所有的网络配置都能够 自动安装到新接入设备上，实现“自配置”；通过主从 一致性多智能体分

11、散协同控制，解决集中控制方式 运算量过大、传送控制指令存在阻塞、延时的问题， 各智能体仅监测自身的运行状态，并与其相邻智能 体进行交流，通过分布式的信息交互获得全局信息， 实现大规模负荷资源的有效、精准控制。2. 3 多元信息交互下的车联网近年来大规模接入的可再生能源和新能源汽车 分别从输电侧和配电侧给传统电网的运行安全21-22 带来挑战。目前很多研究在探索将电动汽车作为帮 助电网实现削峰填谷23、协同消纳新能源24-25的灵 活性调节资源，可分为电动汽车有序充电26-27与车 电互联28-292 种方式。 目前电动汽车的有序充电、车电互联都是粗颗 粒度下的集中优化控制30，虽已有考虑电动汽

12、车充 放电行为对电网影响的相关调度策略研究31-33，但 相关研究未结合交通网络与电力网络的空间位置耦 合关系，未考虑电动汽车行驶过程中的能耗。相对 于集中优化控制，物联网下可以进行更高层面的融 合，通过能源系统和交通系统的融合，实现更细颗粒 度下的分散式优化控制33-34。一是通过北斗卫星导 航系统实现电动汽车的精准定位，根据电网具体位 置对充放电的实际需求，规划电动汽车至充电桩的 最优路径；二是通过卫星与 5G 等通信方式，将电网 电力供应信息与电动汽车位置信息、电池状态信息 相结合，通过信息发布与共享，考虑电网的实际情 况，在电力供应偏紧地区向电力充足的电动汽车发送信号，在负载偏低的地区

13、向电力不足的电动汽车 发送信号，实现电网与交通网的信息交互，主动吸引 和引导电动汽车充放电。2. 4 个性化增值服务当前由于数据采集颗粒度和频度的缺乏，使得 用户画像技术难以得到应用，增值服务种类单一，用 户只是现有服务的被动接受者。通过智能电网下的 智能感知与控制技术可将碎片化的用户信息进行连 接与控制，基于云计算、边缘计算等技术解决当前电 能服务实施复杂、可复制性差、成本高等问题，使精 细化的用户画像成为可能。举例来说，对于居民用 户，可开展感知学习的智能家居服务35；对于工业 用户，可通过在线电能质量甄别和治理服务提高企 业自身经济效益，改善电网电能质量，提高企业社会 效益。1）感知学习

14、的智能家居 智能感知与控制技术的发展将使产品之间的交 互由人为控制向系统自动控制转变35-36。通过高速 兼容通信方式实现各类传感器、控制元件、家电设备 的自动交互，并基于人工智能技术对人们日常行为 信息进行学习、建模与记忆存储，随时洞察用户需 求，根据用户行为模式的改变调整智能家居的控制 模式，实现基于居民生活习惯的自适应控制37-39。2）在线电能质量甄别和治理 基于物联网可实现低成本、快响应的电能质量 管理40。智能终端（STU）的安装将省去传统功能 单一的检测设备成本（谐波检测仪、闪边分析仪、电 压测试仪等），基于边缘计算可在用户侧就近进行诊 断与决策，其应用程序在边缘侧发起，产生更快

15、的网 络服务响应，满足行业在实时业务、应用智能、安全 与隐私保护等方面的基本需求。3 面向能源金融的能源服务价值发现物联网的开放特性使得各市场主体都可以主动 参与，促使能源金融发生重大变革，本章对面向物联 网技术支撑下的能源金融综合性能源服务价值发现 进行展望，如图 3 所示。3. 1 能源点对点交易电力改革中关于开展分布式发电市场化交易 试点的通知41 为产消者开放了市场渠道42-43，发展 分布式能源的市场化交易是大势所趋。现行分布式 能源市场将分布式能源交易平台作为省级电力交易 平台的新增模块，实现审核、计量、结算等功能44。 但随着分布式能源类型和数量上的增加，其存在缺 乏信息沟通渠道

16、、合同价格难以反映能源实时价值、 集中式平台运营成本难以接受等弊端。区块链技术将孕育出全新的分布式能源交易模 式4。借助安装在分布式能源以及各类用能设备上 的智能表即可帮助能源产消者随时掌握所持资源的 动态；区块链技术则为建设经济、安全、高吞吐量的 交易平台提供了支撑。2 项技术结合可以畅通信息 渠道，降低交易门槛，保证交易安全可信，突破现有 交易模式所受的空间和时间制约，实现能源实时点 对点（P2P）交易41，从而促进分布式可再生能源的 就地消纳。3. 2 虚拟证书交易作为促进减排和可再生能源发展的有效手段， 可交易证书机制45-47 可以激励更多主体通过改进产 能用能效率获利，发挥市场在优化资源配置上的优 势，如针对减排的碳证书、针对可再生能源发展的绿 色证书以及