在可再生能源時(shí)代確保配電網(wǎng)絡(luò)的可靠性

由于電力基礎(chǔ)設(shè)施老化和可再生能源的復(fù)雜需求，網(wǎng)絡(luò)可靠性遭受考驗(yàn)，幸好蜂窩物聯(lián)網(wǎng)及時(shí)提供了解決方案。LTE-M 或 NB-IoT是專為大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)部署(如傳感器網(wǎng)絡(luò)和智能電表)量身定制的強(qiáng)大無線連接技術(shù)，為智能電網(wǎng)提供了現(xiàn)成可用的連接解決方案。

感受高溫

印度北部七月的氣溫普遍在 32 攝氏度左右。2012 年 7 月 30 日凌晨 2 時(shí) 30 分，印度四大電網(wǎng)中的兩個(gè)電網(wǎng)承受著巨大負(fù)載，斷路器開始跳閘。很快，印度陷入了歷史上最大規(guī)模的停電事故。就在電網(wǎng)剛剛恢復(fù)正常時(shí)，又發(fā)生了更大規(guī)模的停電，估計(jì)有 6.7 億人受到影響。

當(dāng)時(shí)，印度的電力網(wǎng)絡(luò)與許多國家一樣，建設(shè)目的是以簡單直接的方式分配傳統(tǒng)能源，但已經(jīng)變得老化且復(fù)雜。這些基礎(chǔ)設(shè)施建于上世紀(jì)六七十年代，旨在支持從中央發(fā)電站到消費(fèi)者的單向能源流動(dòng)。這些電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作性能令人滿意，但缺乏應(yīng)對(duì)新能源供應(yīng)的靈活性和控制能力。

可再生能源進(jìn)入能源組合

如今，印度和其他地方的許多電力仍由傳統(tǒng)發(fā)電站提供，但也使用了許多其他能源。根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)(IEA)數(shù)據(jù)，目前全球近三分之一的電力來自可再生能源，比如太陽能光伏(PV)裝置、風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)、水力發(fā)電、地?zé)岷蜕锬茉础?/p>

其中許多電力來源變化很大，因此需要根據(jù)情況快速有效地進(jìn)行切換。但現(xiàn)有的電網(wǎng)根本不具備內(nèi)在靈活性，難以管理可再生能源帶來的新增需求和復(fù)雜問題。而電動(dòng)汽車(EV)數(shù)量的快速增長及其固有的充電需求，給本已捉襟見肘的電力基礎(chǔ)設(shè)施帶來了更大的壓力。那么，世界配電網(wǎng)絡(luò)如何才能跟上當(dāng)今日益復(fù)雜的混合電力組合，同時(shí)又能最大限度地減少停電情況呢？

物聯(lián)網(wǎng)是關(guān)鍵所在

自從2010年代初出現(xiàn)問題以來，印度已經(jīng)在智能電網(wǎng)技術(shù)和智能計(jì)量方面投入了大量金錢，以幫助防止再次出現(xiàn)大規(guī)模停電。智能電網(wǎng)使用的網(wǎng)絡(luò)可支持雙向能源流動(dòng)以及許多不同發(fā)電源和負(fù)載之間的通信。這類電網(wǎng)依靠物聯(lián)網(wǎng)來利用傳感器提供的信息，鼓勵(lì)電力企業(yè)與客戶之間進(jìn)行協(xié)作。

例如，低功耗蜂窩物聯(lián)網(wǎng)可用于監(jiān)控電網(wǎng)狀況、檢測(cè)故障，并在停電之前觸發(fā)先發(fā)制人的維護(hù)。無論電網(wǎng)的地理位置有多偏遠(yuǎn)，只要有蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋，就可以在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上安裝連接 LTE-M 或 NB-IoT的傳感器，以應(yīng)對(duì)標(biāo)記故障、電涌、火災(zāi)甚至輸電塔倒塌等問題。物聯(lián)網(wǎng)傳感器還可用于觸發(fā)重啟器和其他開關(guān)設(shè)備，以快速連接和斷開能源。

物聯(lián)網(wǎng)還有助于加快故障修復(fù)速度。例如，在物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)之前，故障檢測(cè)主要依靠客戶報(bào)告問題。然后，派遣維修人員查找故障位置(這可能需要數(shù)小時(shí))，而后隔離線路，恢復(fù)供電。這是一個(gè)漫長的過程，尤其是在偏遠(yuǎn)地區(qū)?，F(xiàn)在，通過使用 Nordic nRF9160等蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備內(nèi)置的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng) (GNSS) 功能，可以準(zhǔn)確地定位任何故障的位置并遠(yuǎn)程隔離線路，從而節(jié)省時(shí)間和資源。

用于物聯(lián)網(wǎng)的非蜂窩替代技術(shù)

DECT NR+ (“NR+”)是一種非蜂窩技術(shù)，支持千米范圍內(nèi)每平方千米多達(dá)一百萬個(gè)設(shè)備，具有高度可擴(kuò)展性，可為太陽能或風(fēng)力發(fā)電廠等企業(yè)提供標(biāo)準(zhǔn)化的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從而替代現(xiàn)有的專有技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)在全球免許可證的 1.9 GHz 頻段上運(yùn)行。

NR+以超高可靠性和超低延遲為設(shè)計(jì)重點(diǎn)，可以在涵蓋能源配電網(wǎng)的企業(yè)應(yīng)用中以同等的無線通信取代低延遲有線系統(tǒng)。另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)是NR+無需支付數(shù)據(jù)費(fèi)，也無需運(yùn)營商認(rèn)證，因而降低了部署成本。

機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 篩選出重要數(shù)據(jù)

Nordic 的 nRF9160 SiP等器件集成了功能強(qiáng)大的處理器，可以支持網(wǎng)絡(luò)邊緣的機(jī)器學(xué)習(xí) (ML)。ML 模型可用于可靠地區(qū)分電網(wǎng)上的重要事件和非重要事件，從而避免將不重要的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫恕?/p>

相反地，設(shè)備只有在確定需要干預(yù)時(shí)才會(huì)發(fā)送通知。這不僅降低了成本，還減少了數(shù)百萬臺(tái)在遠(yuǎn)程環(huán)境中運(yùn)行的設(shè)備的功耗，而在遠(yuǎn)程環(huán)境中更換電池根本不現(xiàn)實(shí)。

雖然風(fēng)不可能一直吹，陽光也不可能一直照射在太陽能電池板上。但比較可靠的是多年的歷史數(shù)據(jù)。有了這些數(shù)據(jù)，風(fēng)力和陽光的變化在很大程度上是可以預(yù)測(cè)的，電網(wǎng)運(yùn)營商可以據(jù)此對(duì) ML 模型進(jìn)行編程。然后，這些模型就可以在發(fā)生預(yù)期變化之前，監(jiān)控能源來源的切換。

利用物聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定電網(wǎng)

歷史數(shù)據(jù)可用于預(yù)測(cè)可變能源輸入，而在供應(yīng)鏈的另一端，電力企業(yè)還可以鼓勵(lì)客戶轉(zhuǎn)移或減少電力需求，以幫助實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)平衡。物聯(lián)網(wǎng)在這方面也有幫助，由蜂窩物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動(dòng)的智能電表不僅可以測(cè)量和記錄用電量和發(fā)電量，并將這些信息傳達(dá)給消費(fèi)者和電力公司，還可以接收來自電力公司或其他服務(wù)提供商的信號(hào)，如價(jià)格變化或其他旨在限制用電量的獎(jiǎng)勵(lì)措施。

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)為“需求響應(yīng)”戰(zhàn)略提供了現(xiàn)成的連接解決方案。利用物聯(lián)網(wǎng)，可以自動(dòng)、無縫地控制需求響應(yīng)，以減少高峰消費(fèi)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)較小的分散可再生資源的聚集和遠(yuǎn)程控制。根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)(IEA)數(shù)據(jù)，如果積極采取有效的需求響應(yīng)措施，到2030年美國將擁有 200 千兆瓦高成本效益的靈活負(fù)載潛力。

能源互聯(lián)網(wǎng)

通過快速、高質(zhì)量的無線網(wǎng)絡(luò)，耗能設(shè)備可以連接到智能電網(wǎng)，形成“能源互聯(lián)網(wǎng)(The Internet of Energy)”。這類網(wǎng)絡(luò)將使得能源公司能夠優(yōu)化資源，最大限度地提高電網(wǎng)性能。政府機(jī)構(gòu)可以制定出明智的政策和法規(guī)，消費(fèi)者可以節(jié)省開支。對(duì)于未來的智能電網(wǎng)和地球來說，這是一個(gè)三贏的美好局面。