2021年06月08日 | 以数字电网助推能源技术革命与能源结构转型

在碳达峰、碳中和目标下，“十四五”期间我国电力系统将向高比例新能源接入、高比例电力电子装备接入，以及骨干电网与区域电网、局域网、微网协调发展的可持续综合能源电力发展模式转型。这意味着电力系统的核心——电网不仅要有“量”的增加，还要有“质”的变革。为此，作为关系国家能源安全和国民经济命脉的国有重点骨干企业，南方电网公司加快应用大云物移智链等新技术，推动传统电网数字化转型，加快构建以新能源为主体的新型电力系统，服务能源转型发展。

从本期开始，观察版开设“数字电网”栏目，集纳、刊登业内外专家学者的建设性观点、见解，共同探讨数字电网如何更好地融入、推动新型电力系统建设，以飨读者。

能源系统承担着支撑社会经济可持续发展、服务国计民生战略大局的重要使命。我国已成为全球最大的能源生产与消费国之一，对化石能源的依赖以及由此带来的能源结构安全性、能源消费清洁性等问题突出。在第七十五届联合国大会上，我国针对碳达峰、碳中和行动计划作出重要承诺，既彰显了我国主动承担国际责任的坚定决心，也提出了党和国家对我国能源体系转型的迫切要求。

电力是我国碳排放占比最大的单一行业，电力系统转型对实现我国双碳目标至关重要。中央财经委员会第九次会议指出，“十四五”是碳达峰的关键期、窗口期，要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。进一步强调了电力系统在能源体系转型中的关键地位和重要作用。

全面落实党和国家的重大战略部署，通过新型电力系统建设助推我国能源技术和能源结构转型发展，已成为现阶段我国电力领域的重点任务。2019年，南方电网公司提出数字电网建设的战略部署，将数字电网定义为“以云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能、区块链等新一代数字技术为核心驱动力，以数据为关键生产要素，以现代电力能源网络与新一代信息网络为基础，通过数字技术与能源企业业务、管理深度融合，不断提高数字化、网络化、智能化水平，而形成的新型能源生态系统”。该公司将数字电网作为下一阶段电网重点发展的新形态和新目标，利用先进数字技术提升电网灵活性、开放性、交互性等，使电网运行更加安全、可靠、绿色、高效和智能。

从技术特征来看，数字电网将充分利用小微传感、边缘计算、电力物联网、大数据挖掘等技术手段，构建具备云-边协同、海量数据处理、数据驱动分析、高度智能化决策等能力的电网平台。海量数据与广泛连接是数字电网的最基本特征，这构成了数字空间对物理系统感知和认识的基础；数据驱动是数字电网价值发挥的关键，使其能够不完全依赖电网模型，完成从“数据”到“知识”的提炼和升华；跨域智能是数字电网的高级目标，能够透过数据关系发现电网整体的运行规律，推动电网智能运行。

数字电网将促进电力能源技术

与先进数字化技术有机融合

由于上述特征，数字电网能够作为支撑我国新型能源体系建设的重要途径，具体表现在以下方面：

数字电网将给传统电力系统的理论技术体系与研究方法带来基础性变革。海量数据与广泛连接将使数字电网具有显著的信息物理融合特征，在数字空间中能够深层次呈现物理电网的复杂状态和行为，各种先进物理装备则赋予了电网更加强大的“软件定义”能力。这从根本上突破了传统电网的理论与技术基础，推动了对数字技术与电网深度融合后的基础理论创新和前沿方法探索。

同时，传统电力系统建立在经典机电理论和数学模型基础上，而新能源、电力电子装备大量接入后的数字电网具有明显的弱惯性特点，这些问题是传统电网中未曾考虑的，也是传统电力技术难以解决的。在关注复杂系统机理模型构建的同时，还要将侧重点转移到数据同步、挖掘和利用上来。

数字电网将给传统电网技术架构与技术模式带来颠覆性变化。数字化技术的全面应用将打破传统电网业务壁垒，加速电网技术体系融合。相较而言，传统电力系统的技术体系大多面向特定业务功能，各功能之间相互独立、信息割裂、协调困难。而在数字电网中，系统面临的不确定性将显著增加，新能源广泛接入、信息与能源深度耦合、用户差异化用能行为和能源需求等形成了海量主体、多时空尺度、超大规模的复杂系统问题。在数字空间中，既要满足复杂要素的关联分析，又要支撑多元业务的有效协同，需要更加重视对全域数据网络与知识网络的系统性构建。

数字电网将全面构筑基于先进信息化与数字化技术的关键技术体系。先进传感量测是实现物理电网数字化的基础，是将物理过程转化为数字信号的电网“神经末梢”；边缘计算为数字电网的海量数据提供了针对性的利用方案，将实现灵活、高效的感知与控制，构成了数字电网的“低位神经中枢”；先进通信网络是支撑电网数据和信息在海量传感装置、智能终端、云-边平台等之间双向流动的必要保障，构成了数字电网的“神经通路”；数字平台是具备云资源存储、大数据处理、数据驱动分析等能力的强大硬件和软件平台，是数字电网核心功能与智能的实现基础；人工智能将支撑数字电网跨域智慧能力的构建，是数字电网的高级发展目标，构成了数字电网的“高位神经中枢”。这些先进技术的应用不仅将全面支撑数字电网关键技术体系构建，还可为数字化能源系统转型发展提供宝贵的技术范本。

数字电网将为我国能源结构转型

提供坚实的物理基础

在能源生产环节，数字电网将显著提升新能源发电的可观、可控能力和消纳利用水平。多模态的传感量测数据将有效拓展传统运行监测的功能与性能，使电网具备对新能源的全面感知能力，满足新能源发电实时状态监测、精准功率预测等需求；边缘计算、物联网等技术将支撑电网形成对新能源更加完备的掌控能力，实现自动功率控制、快速频率响应，保证新能源“友好接入”；依托大数据、云计算、人工智能等技术，电网将具备对新能源更加智能的调度决策能力，支撑海量新能源发电设备作为主力电源参与电力系统调控，为清洁低碳的电能生产奠定技术基础。

在能源供给环节，泛布全网的传感终端将显著提升电网透明化水平，全域覆盖的信息通信网络将支撑海量物联终端形成广泛连接，支撑实现系统层面电网状态、设备状态、管理状态的全景透明。以此为基础，通过系统层面的智能化协调调度，将大幅提升电力系统发、输、变、配、用各环节的运行效率，支撑新能源充分消纳和高效利用；通过基于电网全域数据的分析和智能诊断，能够及时发现电网薄弱环节和运行风险，提供具有前瞻性的态势判断和运行决策，保障高比例新能源接入后的系统运行安全；依托数字电网拓展的价值服务体系，可促进电网与上下游产业和用户的灵活互动，推动形成数字电网支撑下的智慧能源价值外延，有助于构建更高效、更绿色、更经济的新型能源生态。

在能源消费环节，数字电网将构建起更加灵活和柔性的用户能源配给平台。既能有效满足用户清洁化、个性化、便捷化的能源需求，还能支撑更富有针对性的能源服务策略以及能源交易、能效管理等增值服务，促进分布式电源、电动汽车、电能替代、供需互动等新型能源服务发展，支撑用户侧能源消费体验与利用效率的大幅提升。

总体来看，数字电网是我国能源技术革命与能源结构转型中的“先导者”与“生力军”，其建设既是当前我国社会经济发展的迫切需求，也是在能源领域落实数字中国重大战略的关键举措。以数字电网的建设为契机，全面贯彻数字能源新发展理念，促进我国能源产业转型升级，推动能源产业变革，对碳达峰碳中和、建设美丽中国、构建清洁低碳安全高效的新型能源体系均具有重要而深远的意义。

  （作者系天津大学教授、智能电网教育部重点实验室主任）