李鵬 南方電網數(shù)字電網研究院有限公司黨委副書記、董事、總經理
我國力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和，是黨中央經過深思熟慮作出的重大戰(zhàn)略決策，事關中華民族永續(xù)發(fā)展和構建人類命運共同體。中央財經委員會第九次會議指出要構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，為未來電網發(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，風電和光伏出力具有明顯的波動性。當風光等新能源成為主力電源時，其波動的幅度和頻度將成為電力系統(tǒng)的主導特性。電動汽車充電等消費側的多樣性行為將導致負荷時空隨機分布特性更加明顯。以新能源為主體的電力系統(tǒng)表現(xiàn)出很強的電力電子化特點，基本不具備機械系統(tǒng)的慣性特征。
二是系統(tǒng)分布式特征更加明顯、設備數(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組將被數(shù)量龐大的兆瓦級風電機組，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)電設備的數(shù)量將達到千萬級，電力系統(tǒng)運行需要處理的數(shù)據對象將呈現(xiàn)爆炸式增長。
三是多元化市場的利益格局更加復雜。風光等新能源將成為市場主體，新型電力系統(tǒng)的市場格局、市場機制、交易方式等將重塑，電力客戶從單純的消費者轉變?yōu)椤吧a者﹢消費者”。如何通過市場和技術手段有效地調動海量的小容量可調節(jié)資源、化解新能源出力波動，將是新型電力系統(tǒng)市場設計和實現(xiàn)的關鍵問題。
數(shù)字技術是迎接新形勢新要求的重要手段。在能源生產環(huán)節(jié)，數(shù)字技術將支撐電力系統(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，支持千萬臺級新能源設備作為主力電源參與電力系統(tǒng)調控過程，這將奠定新型電力系統(tǒng)充分消納新能源、確保安全運行和清潔低碳的關鍵基礎；在能源供給環(huán)節(jié)，數(shù)字技術將支撐新型電力系統(tǒng)中萬物互聯(lián)和全面感知，及時發(fā)現(xiàn)和預警電網風險，做出智能判斷和決策。數(shù)字技術將加速電網管理數(shù)字化轉型，推動電網多專業(yè)高效協(xié)同，確保面向千萬級新能源客戶的高效服務水平。數(shù)字技術將塑造新型能源產業(yè)生態(tài)，促進上下游聯(lián)動；在能源消費環(huán)節(jié)，數(shù)字技術將是促進節(jié)能減排、實現(xiàn)“解放用戶”的關鍵手段，提供更加靈活、高效、個性化的用能普惠服務以及能效管理、節(jié)能服務等增值服務，促進負荷側可調節(jié)資源與新能源互動，滿足客戶對美好生活的能源電力需求。
2019年，南方電網公司研究提出數(shù)字電網建設的戰(zhàn)略部署。數(shù)字電網是以云計算、大數(shù)據、物聯(lián)網、移動互聯(lián)網、人工智能、區(qū)塊鏈等新一代數(shù)字技術為核心驅動力，以數(shù)據為關鍵生產要素，以現(xiàn)代電力能源網絡與新一代信息網絡為基礎，通過數(shù)字技術與能源企業(yè)業(yè)務、管理深度融合，不斷提高數(shù)字化、網絡化、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、經濟性、共享性等特性，使電網更加智能、安全、可靠、綠色、高效。
數(shù)字電網的主要形態(tài)表現(xiàn)為：充分利用海量小微傳感器、智能設備、電力物聯(lián)網、分布式數(shù)據處理、數(shù)據挖掘及共享服務等技術手段，建設具備云資源存儲、大數(shù)據處理、數(shù)據驅動分析、高度智能化等能力的強大軟件平臺，能夠不完全依賴電網模型，在海量數(shù)據基礎上，通過大數(shù)據和先進計算技術，透過數(shù)據關系發(fā)現(xiàn)電網運行規(guī)律，推動實現(xiàn)電網的智能運行。
數(shù)字電網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)的設計、運行和分析均建立在數(shù)學模型基礎上，系統(tǒng)穩(wěn)定措施主要計及發(fā)電機組固有的轉動慣量，控制保護體系建立在相對“慢速”的系統(tǒng)機電特性上。新型電力系統(tǒng)具有明顯的弱慣性特點，難以建立精確的數(shù)學模型，控制保護體系必須頻繁應對更加“快速”的電磁暫態(tài)過程。電力系統(tǒng)的研究目標從關注“機電同步過程”發(fā)展為更多地關注“數(shù)據同步過程”，研究方法從“模型等效”發(fā)展為更多地基于“數(shù)據驅動”。
第二，數(shù)字化技術將支撐構筑新型電力系統(tǒng)的關鍵技術體系。電力系統(tǒng)傳統(tǒng)技術體系主要面向特定功能，包括基于測量、傳輸和計算的運行控制系統(tǒng)，基于計量和人機交互的客戶服務系統(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計的集中式架構，數(shù)據基礎相對薄弱，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)據規(guī)模激增，在解決位于不同時間尺度、不同空間維度、不同運動過程中多個復雜對象的巨系統(tǒng)問題時，全局數(shù)據作為基礎和紐帶的作用將更加凸顯。
先進數(shù)字化技術將支撐構筑新型電力系統(tǒng)的關鍵技術體系。小微傳感、芯片化智能終端提供靈活、便捷、準確、高效的邊緣感知和控制能力，形成覆蓋新型電力系統(tǒng)的神經末梢網絡；云計算、物聯(lián)網提供超大規(guī)模信息連接和處理能力，奠定新型電力系統(tǒng)關鍵的數(shù)字基礎設施；大數(shù)據提供豐富數(shù)據分析和挖掘能力，推動新型電力系統(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)塊鏈提供高強度的數(shù)據管理和保護能力，構筑新型電力系統(tǒng)生態(tài)發(fā)展的安全核心。
兩年來，南方電網公司加速推進數(shù)字電網建設，開展了一系列探索與實踐，取得了一些成果：
一是微型傳感技術取得重大突破，芯片化智能終端提升了數(shù)字電網邊緣測量、保護、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裝置，研制了電力專用芯片和數(shù)字電網智能網關。
二是系列數(shù)字化基礎平臺投入運行，夯實數(shù)字電網發(fā)展的關鍵基礎。2019年7月，南網云正式投運。在此基礎上，統(tǒng)一物聯(lián)網平臺、人工智能平臺、南方區(qū)域統(tǒng)一電力交易平臺等陸續(xù)上線，初步建成全網底座式數(shù)據中心。
三是積極探索數(shù)字電網孿生，建成數(shù)字電網門戶級應用。2021年1月，“南網智瞰”上線，在統(tǒng)一平臺上提供覆蓋全網100萬平方公里的高精度地圖服務，匯聚地理信息、電網拓撲、設備臺賬等全系列數(shù)據，“全網一張圖”基本實現(xiàn)。
四是打造專注客戶數(shù)字化服務的統(tǒng)一入口。2021年1月，“南網在線”智慧營業(yè)廳上線，充分采用數(shù)字化技術提升客戶服務水平，實現(xiàn)用電服務全面在線化，讓客戶少跑腿、信息多跑路，奠定了構建現(xiàn)代供電服務體系的重要基礎。
五是初步構建“云邊融合”的數(shù)字電網運行平臺。通過建設支撐數(shù)字電網運行的云大腦，顯著提升運行中樞大規(guī)模資源處理和調配能力；通過建設廣域分布的邊緣節(jié)點，顯著提升大規(guī)模新能源接入、控制、運營和自治的能力。
六是全面實現(xiàn)智能電表和低壓集抄“兩覆蓋”。全面推進智能量測體系建設，持續(xù)推動電能量數(shù)據深化應用，在營銷、客服、調度、配網自動化等多個核心業(yè)務系統(tǒng)發(fā)揮作用。
七是大力促進5G與電網應用深度融合。2018年6月發(fā)布《5G助力智能電網應用白皮書》。以5G差動保護、5G智能配電房、5G充電站、5G無人機為代表的一系列應用成為南方電網數(shù)字電網發(fā)展的“強兵利器”。
八是大力促進人工智能與業(yè)務深度融合。建成了數(shù)百萬張級的超大規(guī)模無人機機巡樣本庫，提供一站式AI建模、算法、訓練及推理服務，廣泛服務于輸電機巡、變電巡檢、智能客服、負荷預測等業(yè)務場景。
南方電網公司忠實履行央企職責，以數(shù)字電網建設加速構建新型電力系統(tǒng)，為碳達峰和碳中和、構建清潔低碳安全高效能源體系貢獻南網力量。
來源：南方能源觀察
首發(fā)于《中國電力報》2021年4月26日第三版
