电力系统巨变，能源互联网在敲门

 

电力系统是为电能的产生、输送、分配与消费而构建成的能量网络拓扑系统，是人类到目前为止构建的最庞大、最复杂的以分布式智能为基础的能源实时平衡系统, 随着社会需求的变化、技术的进步, 它处在不断发展、变化和演进之中。

 

对于传统电力系统来说，最大的挑战是对于电网柔性的迫切需求。

 

在发电端，可再生能源发电量迅速增加，2020年12月可再生能源发电量达到2.2万亿千瓦时，占全社会用电量的比重达到29.5%。风、光等可再生资源受季节、地域、气候影响较大，存在着随机性、波动性、间歇性等诸多不可控因素，存在出力多变、瞬间冲击的问题，将对电网安全、稳定运行带来极大的风险。

 

在用户端，随着新能源车的普及，大量即插即用式电源的接入切出以及轨道交通运输设备的大规模运行均对能源系统的稳定运行构成了威胁，其对电力系统带来的冲击以及对电能质量的影响不容忽视。

 

 

在我国实现双碳目标的路径中，终端能源消费的电气化进程加速、在源端大力发展可再生能源成为建立清洁低碳、安全高效能源系统的主要方式之一。

 

在连接电力生产与消费端的电网领域，同样掀起一场轰轰烈烈的变革。

 

在这一过程中，微电网建设成为提高电网灵活性的有效手段。在我国微电网的发展虽尚处于起始阶段，“十四五”将建设一批新能源微电网示范项目和综合智慧能源园区典范。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，使传统电网向智能电网过渡。

 

 

基于能源物联网的新型能源价值网络

 

为了解决电力系统目前正在面临的挑战，能源互联网同时也应运而生。有眼光、有勇气的先行者已经开始在探索能源互联网的创新技术和商业模式。

 

通过基于英特尔的技术来推动变电站现代化，可帮助电力公司打破运行监控和电力数据采集的局限，从而构建数据驱动型电网，实现电力发、输、变、配、用、储过程中的全方位感知、数字化管理、智能化决策、互动化交易。

 

英特尔为变电站开发开放平台有助于提高电网可靠性、生产安全性和系统安全性 。

 

一、利用虚拟化技术实现现代化的电力保护与控制

 

虚拟化可以减少电力装置数量，从而减少工作人员往返变电站的频率，并降低运维成本。对于电力公司而言，虚拟继电保护将有助于提高运营安全性和可靠性，并降低资产投资成本和运营成本。电力设备制造商（OEM） 也将能够从以下几方面受益，包括产品上市时间的加速、开发成本的降低以及软件和服务收入的提高。

 

 

二、基于微数据工作平台的电网工作负载整合

 

变电站迫切需要摒弃过时的电力系统架构，从由固定功能的电力装置组成的拓扑集合（如 IED、RTU、PMU、HMI、防火墙、交换机和路由器），转向采用标准化新电力融合边缘基础设施的系统架构进行新型电力系统基础设施建设。这种重构的电网拓扑架构将有助于优化和平衡供电，以应对由分布式电源的大规模并网所造成的电力供需波动所带来的挑战。

 

 

英特尔及其电力合作伙伴所推动的变电站微数据中心技术，将以运营技术为核心的应用和以信息技术为核心的应用融合到集中的、可扩展的电网新基础设施成为了可能。

 

该融合意味着，从防火墙、路由器到网络安全系统以及电力系统应用的一切组件，都可以在在少到两台加固型服务器作为新电力基础设施的微集群单元上运行。

 

同时，运行在全新虚拟化微数据中心上的软件定义的新型电力基础设施将有助于改善电力公司的通信和决策。

 

智能变电站作为电力和算力的枢纽，将能够处理和分析多个来源的数据，从而帮助电力公司实时做出本地决策。

 

 

三、配网变电站的现代化改造

 

在中国，配网变电站（高压配变、中低压配变）的数量也在 500 万个左右。由于这些配网变电站物理尺寸的限制，导致为每个应用添加新硬件的空间非常有限。而人工更换或升级每台设备又成本高昂。

 

智慧电力边缘节点的功能融合能够帮助电力公司实现配网变电站的硬件标准化。针对此需求，英特尔与行业合作伙伴形成合作联盟，已经开发出了相关原型机及标准化设计规范。

 

 

电网变电站的全新参考架构采用标准化的设计，应用方案配置却非常灵活。

 

英特尔的配网变电站原型机已经通过各种硬件的验证要求，包括开机可靠性、高温承受度以及 IEC61850-3 变电站标准的合规性。电气装置数量和现场安装服务需求的减少将有助于降低电力公司的固定资产成本、运营成本和系统集成成本。

 

 

四、风力发电透平中的虚拟化技术

 

英特尔为客户定制一个用于简化发电透平控制系统的双服务器系统架构。风力发电透平控制系统可以搭建在支持按需添加应用的开放架构之上。除了能够降低运维成本外，虚拟化的风力发电透平控制器还可以支持更高效地系统数据整合，数据治理，洞察提取并实施实时分析来最大化发电出力 。

 

使得风力电厂运营商可以摆脱风力发电透平 OEM 厂商的限制，按自己的意愿来部署软件。这一出色的灵活性意味着运营商可以定制风力发电厂，以满足特定的性能目标，并轻松实现并网。

 

 

五、利用虚拟化技术实现微电网的标准化

 

微电网包括各种发电电源，如太阳能电池板、风力发电透平、燃料电池、发电机组和储能设备等。这些发电动力岛可以灵活地与微电网中的主电网进行并网或单独地独立组网使用。微电网可以降低能源成本，为关键业务地运营提供弹性供电，并提供清洁、可持续的能源。

 

英特尔为充分挖掘微电网的全部潜能需要使用了标准化的命令和控制平台，以便在虚拟化的环境中解耦硬件和软件。

 

 

随着能源市场全面拥抱数字化转型，电力系统将从模拟架构向全新的数字化新型电力系统标准演进。将虚拟化技术应用于电力公司的自控系统将需要行业锐意创新，共建新型电力系统的生态系统，共织智能电网。

 

英特尔® 处理器的硬件系统，包括英特尔® 至强® 可扩展处理器、英特尔® Arria®10 FPGA 和 SoC、3D XPoint 内存模块、英特尔®Movidius™ 视觉处理单元（VPU）加速卡和英特尔网络接口卡等硬件设备将为电网虚拟化奠定坚实基础。

 

能源行业的可持续发展将有赖于电网的演进，以减少碳排放，推进交通运输电气化进程，并促进分布式电源在电网边缘节点的并网。 

 

来源：连线新能源微信号