能源系統(tǒng)承擔(dān)著支撐社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、服務(wù)國計民生戰(zhàn)略大局的重要使命。我國已成為全球最大的能源生產(chǎn)與消費國之一，對化石能源的依賴以及由此帶來的能源結(jié)構(gòu)安全性、能源消費清潔性等問題突出。在第七十五屆聯(lián)合國大會上，我國針對碳達(dá)峰、碳中和行動計劃作出重要承諾，既彰顯了我國主動承擔(dān)國際責(zé)任的堅定決心，也提出了黨和國家對我國能源體系轉(zhuǎn)型的迫切要求。
電力是我國碳排放占比最大的單一行業(yè)，電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型對實現(xiàn)我國雙碳目標(biāo)至關(guān)重要。中央財經(jīng)委員會第九次會議指出，“十四五”是碳達(dá)峰的關(guān)鍵期、窗口期，要構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。進(jìn)一步強調(diào)了電力系統(tǒng)在能源體系轉(zhuǎn)型中的關(guān)鍵地位和重要作用。
全面落實黨和國家的重大戰(zhàn)略部署，通過新型電力系統(tǒng)建設(shè)助推我國能源技術(shù)和能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型發(fā)展，已成為現(xiàn)階段我國電力領(lǐng)域的重點任務(wù)。2019年，南方電網(wǎng)公司提出數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)的戰(zhàn)略部署，將數(shù)字電網(wǎng)定義為“以云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(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)”。該公司將數(shù)字電網(wǎng)作為下一階段電網(wǎng)重點發(fā)展的新形態(tài)和新目標(biāo)，利用先進(jìn)數(shù)字技術(shù)提升電網(wǎng)靈活性、開放性、交互性等，使電網(wǎng)運行更加安全、可靠、綠色、高效和智能。
從技術(shù)特征來看，數(shù)字電網(wǎng)將充分利用小微傳感、邊緣計算、電力物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)手段，構(gòu)建具備云-邊協(xié)同、海量數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)驅(qū)動分析、高度智能化決策等能力的電網(wǎng)平臺。海量數(shù)據(jù)與廣泛連接是數(shù)字電網(wǎng)的最基本特征，這構(gòu)成了數(shù)字空間對物理系統(tǒng)感知和認(rèn)識的基礎(chǔ)；數(shù)據(jù)驅(qū)動是數(shù)字電網(wǎng)價值發(fā)揮的關(guān)鍵，使其能夠不完全依賴電網(wǎng)模型，完成從“數(shù)據(jù)”到“知識”的提煉和升華；跨域智能是數(shù)字電網(wǎng)的高級目標(biāo)，能夠透過數(shù)據(jù)關(guān)系發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)整體的運行規(guī)律，推動電網(wǎng)智能運行。
數(shù)字電網(wǎng)將促進(jìn)電力能源技術(shù)
與先進(jìn)數(shù)字化技術(shù)有機融合
由于上述特征，數(shù)字電網(wǎng)能夠作為支撐我國新型能源體系建設(shè)的重要途徑，具體表現(xiàn)在以下方面：
數(shù)字電網(wǎng)將給傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的理論技術(shù)體系與研究方法帶來基礎(chǔ)性變革。海量數(shù)據(jù)與廣泛連接將使數(shù)字電網(wǎng)具有顯著的信息物理融合特征，在數(shù)字空間中能夠深層次呈現(xiàn)物理電網(wǎng)的復(fù)雜狀態(tài)和行為，各種先進(jìn)物理裝備則賦予了電網(wǎng)更加強大的“軟件定義”能力。這從根本上突破了傳統(tǒng)電網(wǎng)的理論與技術(shù)基礎(chǔ)，推動了對數(shù)字技術(shù)與電網(wǎng)深度融合后的基礎(chǔ)理論創(chuàng)新和前沿方法探索。
同時，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)建立在經(jīng)典機電理論和數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，而新能源、電力電子裝備大量接入后的數(shù)字電網(wǎng)具有明顯的弱慣性特點，這些問題是傳統(tǒng)電網(wǎng)中未曾考慮的，也是傳統(tǒng)電力技術(shù)難以解決的。在關(guān)注復(fù)雜系統(tǒng)機理模型構(gòu)建的同時，還要將側(cè)重點轉(zhuǎn)移到數(shù)據(jù)同步、挖掘和利用上來。
數(shù)字電網(wǎng)將給傳統(tǒng)電網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)與技術(shù)模式帶來顛覆性變化。數(shù)字化技術(shù)的全面應(yīng)用將打破傳統(tǒng)電網(wǎng)業(yè)務(wù)壁壘，加速電網(wǎng)技術(shù)體系融合。相較而言，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的技術(shù)體系大多面向特定業(yè)務(wù)功能，各功能之間相互獨立、信息割裂、協(xié)調(diào)困難。而在數(shù)字電網(wǎng)中，系統(tǒng)面臨的不確定性將顯著增加，新能源廣泛接入、信息與能源深度耦合、用戶差異化用能行為和能源需求等形成了海量主體、多時空尺度、超大規(guī)模的復(fù)雜系統(tǒng)問題。在數(shù)字空間中，既要滿足復(fù)雜要素的關(guān)聯(lián)分析，又要支撐多元業(yè)務(wù)的有效協(xié)同，需要更加重視對全域數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)與知識網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)性構(gòu)建。
數(shù)字電網(wǎng)將全面構(gòu)筑基于先進(jìn)信息化與數(shù)字化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)體系。先進(jìn)傳感量測是實現(xiàn)物理電網(wǎng)數(shù)字化的基礎(chǔ)，是將物理過程轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的電網(wǎng)“神經(jīng)末梢”；邊緣計算為數(shù)字電網(wǎng)的海量數(shù)據(jù)提供了針對性的利用方案，將實現(xiàn)靈活、高效的感知與控制，構(gòu)成了數(shù)字電網(wǎng)的“低位神經(jīng)中樞”；先進(jìn)通信網(wǎng)絡(luò)是支撐電網(wǎng)數(shù)據(jù)和信息在海量傳感裝置、智能終端、云-邊平臺等之間雙向流動的必要保障，構(gòu)成了數(shù)字電網(wǎng)的“神經(jīng)通路”；數(shù)字平臺是具備云資源存儲、大數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)驅(qū)動分析等能力的強大硬件和軟件平臺，是數(shù)字電網(wǎng)核心功能與智能的實現(xiàn)基礎(chǔ)；人工智能將支撐數(shù)字電網(wǎng)跨域智慧能力的構(gòu)建，是數(shù)字電網(wǎng)的高級發(fā)展目標(biāo)，構(gòu)成了數(shù)字電網(wǎng)的“高位神經(jīng)中樞”。這些先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用不僅將全面支撐數(shù)字電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)體系構(gòu)建，還可為數(shù)字化能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)型發(fā)展提供寶貴的技術(shù)范本。
數(shù)字電網(wǎng)將為我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型
提供堅實的物理基礎(chǔ)
在能源生產(chǎn)環(huán)節(jié)，數(shù)字電網(wǎng)將顯著提升新能源發(fā)電的可觀、可控能力和消納利用水平。多模態(tài)的傳感量測數(shù)據(jù)將有效拓展傳統(tǒng)運行監(jiān)測的功能與性能，使電網(wǎng)具備對新能源的全面感知能力，滿足新能源發(fā)電實時狀態(tài)監(jiān)測、精準(zhǔn)功率預(yù)測等需求；邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)將支撐電網(wǎng)形成對新能源更加完備的掌控能力，實現(xiàn)自動功率控制、快速頻率響應(yīng)，保證新能源“友好接入”；依托大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等技術(shù)，電網(wǎng)將具備對新能源更加智能的調(diào)度決策能力，支撐海量新能源發(fā)電設(shè)備作為主力電源參與電力系統(tǒng)調(diào)控，為清潔低碳的電能生產(chǎn)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
在能源供給環(huán)節(jié)，泛布全網(wǎng)的傳感終端將顯著提升電網(wǎng)透明化水平，全域覆蓋的信息通信網(wǎng)絡(luò)將支撐海量物聯(lián)終端形成廣泛連接，支撐實現(xiàn)系統(tǒng)層面電網(wǎng)狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、管理狀態(tài)的全景透明。以此為基礎(chǔ)，通過系統(tǒng)層面的智能化協(xié)調(diào)調(diào)度，將大幅提升電力系統(tǒng)發(fā)、輸、變、配、用各環(huán)節(jié)的運行效率，支撐新能源充分消納和高效利用；通過基于電網(wǎng)全域數(shù)據(jù)的分析和智能診斷，能夠及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)和運行風(fēng)險，提供具有前瞻性的態(tài)勢判斷和運行決策，保障高比例新能源接入后的系統(tǒng)運行安全；依托數(shù)字電網(wǎng)拓展的價值服務(wù)體系，可促進(jìn)電網(wǎng)與上下游產(chǎn)業(yè)和用戶的靈活互動，推動形成數(shù)字電網(wǎng)支撐下的智慧能源價值外延，有助于構(gòu)建更高效、更綠色、更經(jīng)濟的新型能源生態(tài)。
在能源消費環(huán)節(jié)，數(shù)字電網(wǎng)將構(gòu)建起更加靈活和柔性的用戶能源配給平臺。既能有效滿足用戶清潔化、個性化、便捷化的能源需求，還能支撐更富有針對性的能源服務(wù)策略以及能源交易、能效管理等增值服務(wù)，促進(jìn)分布式電源、電動汽車、電能替代、供需互動等新型能源服務(wù)發(fā)展，支撐用戶側(cè)能源消費體驗與利用效率的大幅提升。
總體來看，數(shù)字電網(wǎng)是我國能源技術(shù)革命與能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型中的“先導(dǎo)者”與“生力軍”，其建設(shè)既是當(dāng)前我國社會經(jīng)濟發(fā)展的迫切需求，也是在能源領(lǐng)域落實數(shù)字中國重大戰(zhàn)略的關(guān)鍵舉措。以數(shù)字電網(wǎng)的建設(shè)為契機，全面貫徹數(shù)字能源新發(fā)展理念，促進(jìn)我國能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，推動能源產(chǎn)業(yè)變革，對碳達(dá)峰碳中和、建設(shè)美麗中國、構(gòu)建清潔低碳安全高效的新型能源體系均具有重要而深遠(yuǎn)的意義。
（作者系天津大學(xué)教授、智能電網(wǎng)教育部重點實驗室主任）
