李鵬 南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院有限公司黨委副書記、董事、總經(jīng)理
我國力爭2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，是黨中央經(jīng)過深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，事關(guān)中華民族永續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運(yùn)共同體。中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)第九次會(huì)議指出要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，為未來電網(wǎng)發(fā)展指明了方向。
新能源高比例接入電力系統(tǒng)將深刻改變傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的形態(tài)、特性和機(jī)理，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)面臨如下新形勢新要求：
一是系統(tǒng)波動(dòng)性急劇增大，慣量明顯降低。相對于常規(guī)化石能源發(fā)電，風(fēng)電和光伏出力具有明顯的波動(dòng)性。當(dāng)風(fēng)光等新能源成為主力電源時(shí)，其波動(dòng)的幅度和頻度將成為電力系統(tǒng)的主導(dǎo)特性。電動(dòng)汽車充電等消費(fèi)側(cè)的多樣性行為將導(dǎo)致負(fù)荷時(shí)空隨機(jī)分布特性更加明顯。以新能源為主體的電力系統(tǒng)表現(xiàn)出很強(qiáng)的電力電子化特點(diǎn)，基本不具備機(jī)械系統(tǒng)的慣性特征。
二是系統(tǒng)分布式特征更加明顯、設(shè)備數(shù)量急劇增加。我國新能源發(fā)展呈現(xiàn)出集中式與分布式并舉的態(tài)勢，新能源發(fā)電設(shè)備的地理分布將更加分散。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中千兆瓦級的煤電機(jī)組將被數(shù)量龐大的兆瓦級風(fēng)電機(jī)組，甚至更低容量的百千瓦級光伏發(fā)電取代。新型電力系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備的數(shù)量將達(dá)到千萬級，電力系統(tǒng)運(yùn)行需要處理的數(shù)據(jù)對象將呈現(xiàn)爆炸式增長。
三是多元化市場的利益格局更加復(fù)雜。風(fēng)光等新能源將成為市場主體，新型電力系統(tǒng)的市場格局、市場機(jī)制、交易方式等將重塑，電力客戶從單純的消費(fèi)者轉(zhuǎn)變?yōu)椤吧a(chǎn)者﹢消費(fèi)者”。如何通過市場和技術(shù)手段有效地調(diào)動(dòng)海量的小容量可調(diào)節(jié)資源、化解新能源出力波動(dòng)，將是新型電力系統(tǒng)市場設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問題。
數(shù)字技術(shù)是迎接新形勢新要求的重要手段。在能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)，數(shù)字技術(shù)將支撐電力系統(tǒng)擁有更加敏銳的“五官”和更加聰明的“大腦”，大幅提升新能源的“可觀、可測、可控”水平，支持千萬臺(tái)級新能源設(shè)備作為主力電源參與電力系統(tǒng)調(diào)控過程，這將奠定新型電力系統(tǒng)充分消納新能源、確保安全運(yùn)行和清潔低碳的關(guān)鍵基礎(chǔ)；在能源供給環(huán)節(jié)，數(shù)字技術(shù)將支撐新型電力系統(tǒng)中萬物互聯(lián)和全面感知，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)警電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)，做出智能判斷和決策。數(shù)字技術(shù)將加速電網(wǎng)管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推動(dòng)電網(wǎng)多專業(yè)高效協(xié)同，確保面向千萬級新能源客戶的高效服務(wù)水平。數(shù)字技術(shù)將塑造新型能源產(chǎn)業(yè)生態(tài)，促進(jìn)上下游聯(lián)動(dòng)；在能源消費(fèi)環(huán)節(jié)，數(shù)字技術(shù)將是促進(jìn)節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)“解放用戶”的關(guān)鍵手段，提供更加靈活、高效、個(gè)性化的用能普惠服務(wù)以及能效管理、節(jié)能服務(wù)等增值服務(wù)，促進(jìn)負(fù)荷側(cè)可調(diào)節(jié)資源與新能源互動(dòng)，滿足客戶對美好生活的能源電力需求。
2019年，南方電網(wǎng)公司研究提出數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)的戰(zhàn)略部署。數(shù)字電網(wǎng)是以云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈等新一代數(shù)字技術(shù)為核心驅(qū)動(dòng)力，以數(shù)據(jù)為關(guān)鍵生產(chǎn)要素，以現(xiàn)代電力能源網(wǎng)絡(luò)與新一代信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過數(shù)字技術(shù)與能源企業(yè)業(yè)務(wù)、管理深度融合，不斷提高數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化水平，而形成的新型能源生態(tài)系統(tǒng)，具有靈活性、開放性、交互性、經(jīng)濟(jì)性、共享性等特性，使電網(wǎng)更加智能、安全、可靠、綠色、高效。
數(shù)字電網(wǎng)的主要形態(tài)表現(xiàn)為：充分利用海量小微傳感器、智能設(shè)備、電力物聯(lián)網(wǎng)、分布式數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)挖掘及共享服務(wù)等技術(shù)手段，建設(shè)具備云資源存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)分析、高度智能化等能力的強(qiáng)大軟件平臺(tái)，能夠不完全依賴電網(wǎng)模型，在海量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過大數(shù)據(jù)和先進(jìn)計(jì)算技術(shù)，透過數(shù)據(jù)關(guān)系發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)律，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能運(yùn)行。
數(shù)字電網(wǎng)將成為承載新型電力系統(tǒng)的最佳形態(tài)，主要原因有：
第一，新型電力系統(tǒng)將成為具有顯著數(shù)字化特征的信息物理系統(tǒng)。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和分析均建立在數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，系統(tǒng)穩(wěn)定措施主要計(jì)及發(fā)電機(jī)組固有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，控制保護(hù)體系建立在相對“慢速”的系統(tǒng)機(jī)電特性上。新型電力系統(tǒng)具有明顯的弱慣性特點(diǎn)，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，控制保護(hù)體系必須頻繁應(yīng)對更加“快速”的電磁暫態(tài)過程。電力系統(tǒng)的研究目標(biāo)從關(guān)注“機(jī)電同步過程”發(fā)展為更多地關(guān)注“數(shù)據(jù)同步過程”，研究方法從“模型等效”發(fā)展為更多地基于“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”。
第二，數(shù)字化技術(shù)將支撐構(gòu)筑新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)體系。電力系統(tǒng)傳統(tǒng)技術(shù)體系主要面向特定功能，包括基于測量、傳輸和計(jì)算的運(yùn)行控制系統(tǒng)，基于計(jì)量和人機(jī)交互的客戶服務(wù)系統(tǒng)，以模型和參數(shù)為核心的仿真系統(tǒng)等，基本采用面向功能設(shè)計(jì)的集中式架構(gòu)，數(shù)據(jù)基礎(chǔ)相對薄弱，較難滿足新型電力系統(tǒng)數(shù)字化發(fā)展提出的新要求。新型電力系統(tǒng)中，功能主體數(shù)量和數(shù)據(jù)規(guī)模激增，在解決位于不同時(shí)間尺度、不同空間維度、不同運(yùn)動(dòng)過程中多個(gè)復(fù)雜對象的巨系統(tǒng)問題時(shí)，全局?jǐn)?shù)據(jù)作為基礎(chǔ)和紐帶的作用將更加凸顯。
先進(jìn)數(shù)字化技術(shù)將支撐構(gòu)筑新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)體系。小微傳感、芯片化智能終端提供靈活、便捷、準(zhǔn)確、高效的邊緣感知和控制能力，形成覆蓋新型電力系統(tǒng)的神經(jīng)末梢網(wǎng)絡(luò)；云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)提供超大規(guī)模信息連接和處理能力，奠定新型電力系統(tǒng)關(guān)鍵的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施；大數(shù)據(jù)提供豐富數(shù)據(jù)分析和挖掘能力，推動(dòng)新型電力系統(tǒng)多專業(yè)融合、協(xié)同發(fā)展；人工智能提供超強(qiáng)算力，提升新型電力系統(tǒng)智能分析和決策水平；區(qū)塊鏈提供高強(qiáng)度的數(shù)據(jù)管理和保護(hù)能力，構(gòu)筑新型電力系統(tǒng)生態(tài)發(fā)展的安全核心。
兩年來，南方電網(wǎng)公司加速推進(jìn)數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)，開展了一系列探索與實(shí)踐，取得了一些成果：
一是微型傳感技術(shù)取得重大突破，芯片化智能終端提升了數(shù)字電網(wǎng)邊緣測量、保護(hù)、控制、通信能力。研制了世界首套粘貼型微型電流傳感器和芯片化保護(hù)裝置，研制了電力專用芯片和數(shù)字電網(wǎng)智能網(wǎng)關(guān)。
二是系列數(shù)字化基礎(chǔ)平臺(tái)投入運(yùn)行，夯實(shí)數(shù)字電網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)。2019年7月，南網(wǎng)云正式投運(yùn)。在此基礎(chǔ)上，統(tǒng)一物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、人工智能平臺(tái)、南方區(qū)域統(tǒng)一電力交易平臺(tái)等陸續(xù)上線，初步建成全網(wǎng)底座式數(shù)據(jù)中心。
三是積極探索數(shù)字電網(wǎng)孿生，建成數(shù)字電網(wǎng)門戶級應(yīng)用。2021年1月，“南網(wǎng)智瞰”上線，在統(tǒng)一平臺(tái)上提供覆蓋全網(wǎng)100萬平方公里的高精度地圖服務(wù)，匯聚地理信息、電網(wǎng)拓?fù)?、設(shè)備臺(tái)賬等全系列數(shù)據(jù)，“全網(wǎng)一張圖”基本實(shí)現(xiàn)。
四是打造專注客戶數(shù)字化服務(wù)的統(tǒng)一入口。2021年1月，“南網(wǎng)在線”智慧營業(yè)廳上線，充分采用數(shù)字化技術(shù)提升客戶服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)用電服務(wù)全面在線化，讓客戶少跑腿、信息多跑路，奠定了構(gòu)建現(xiàn)代供電服務(wù)體系的重要基礎(chǔ)。
五是初步構(gòu)建“云邊融合”的數(shù)字電網(wǎng)運(yùn)行平臺(tái)。通過建設(shè)支撐數(shù)字電網(wǎng)運(yùn)行的云大腦，顯著提升運(yùn)行中樞大規(guī)模資源處理和調(diào)配能力；通過建設(shè)廣域分布的邊緣節(jié)點(diǎn)，顯著提升大規(guī)模新能源接入、控制、運(yùn)營和自治的能力。
六是全面實(shí)現(xiàn)智能電表和低壓集抄“兩覆蓋”。全面推進(jìn)智能量測體系建設(shè)，持續(xù)推動(dòng)電能量數(shù)據(jù)深化應(yīng)用，在營銷、客服、調(diào)度、配網(wǎng)自動(dòng)化等多個(gè)核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)揮作用。
七是大力促進(jìn)5G與電網(wǎng)應(yīng)用深度融合。2018年6月發(fā)布《5G助力智能電網(wǎng)應(yīng)用白皮書》。以5G差動(dòng)保護(hù)、5G智能配電房、5G充電站、5G無人機(jī)為代表的一系列應(yīng)用成為南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)發(fā)展的“強(qiáng)兵利器”。
八是大力促進(jìn)人工智能與業(yè)務(wù)深度融合。建成了數(shù)百萬張級的超大規(guī)模無人機(jī)機(jī)巡樣本庫，提供一站式AI建模、算法、訓(xùn)練及推理服務(wù)，廣泛服務(wù)于輸電機(jī)巡、變電巡檢、智能客服、負(fù)荷預(yù)測等業(yè)務(wù)場景。
南方電網(wǎng)公司忠實(shí)履行央企職責(zé)，以數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)加速構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，為碳達(dá)峰和碳中和、構(gòu)建清潔低碳安全高效能源體系貢獻(xiàn)南網(wǎng)力量。
來源：南方能源觀察
首發(fā)于《中國電力報(bào)》2021年4月26日第三版
