数字电网将成为承载新型电力系统的最佳形态

李鹏 南方电网数字电网研究院有限公司党委副书记、董事、总经理

我国力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。中央财经委员会第九次会议指出要构建以新能源为主体的新型电力系统，为未来电网发展指明了方向。

新能源高比例接入电力系统将深刻改变传统电力系统的形态、特性和机理，以新能源为主体的新型电力系统面临如下新形势新要求：

一是系统波动性急剧增大，惯量明显降低。相对于常规化石能源发电，风电和光伏出力具有明显的波动性。当风光等新能源成为主力电源时，其波动的幅度和频度将成为电力系统的主导特性。电动汽车充电等消费侧的多样性行为将导致负荷时空随机分布特性更加明显。以新能源为主体的电力系统表现出很强的电力电子化特点，基本不具备机械系统的惯性特征。

二是系统分布式特征更加明显、设备数量急剧增加。我国新能源发展呈现出集中式与分布式并举的态势，新能源发电设备的地理分布将更加分散。传统电力系统中千兆瓦级的煤电机组将被数量庞大的兆瓦级风电机组，甚至更低容量的百千瓦级光伏发电取代。新型电力系统中发电设备的数量将达到千万级，电力系统运行需要处理的数据对象将呈现爆炸式增长。

三是多元化市场的利益格局更加复杂。风光等新能源将成为市场主体，新型电力系统的市场格局、市场机制、交易方式等将重塑，电力客户从单纯的消费者转变为“生产者﹢消费者”。如何通过市场和技术手段有效地调动海量的小容量可调节资源、化解新能源出力波动，将是新型电力系统市场设计和实现的关键问题。

数字技术是迎接新形势新要求的重要手段。在能源生产环节，数字技术将支撑电力系统拥有更加敏锐的“五官”和更加聪明的“大脑”，大幅提升新能源的“可观、可测、可控”水平，支持千万台级新能源设备作为主力电源参与电力系统调控过程，这将奠定新型电力系统充分消纳新能源、确保安全运行和清洁低碳的关键基础；在能源供给环节，数字技术将支撑新型电力系统中万物互联和全面感知，及时发现和预警电网风险，做出智能判断和决策。数字技术将加速电网管理数字化转型，推动电网多专业高效协同，确保面向千万级新能源客户的高效服务水平。数字技术将塑造新型能源产业生态，促进上下游联动；在能源消费环节，数字技术将是促进节能减排、实现“解放用户”的关键手段，提供更加灵活、高效、个性化的用能普惠服务以及能效管理、节能服务等增值服务，促进负荷侧可调节资源与新能源互动，满足客户对美好生活的能源电力需求。

2019年，南方电网公司研究提出数字电网建设的战略部署。数字电网是以云计算、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，具有灵活性、开放性、交互性、经济性、共享性等特性，使电网更加智能、安全、可靠、绿色、高效。

数字电网的主要形态表现为：充分利用海量小微传感器、智能设备、电力物联网、分布式数据处理、数据挖掘及共享服务等技术手段，建设具备云资源存储、大数据处理、数据驱动分析、高度智能化等能力的强大软件平台，能够不完全依赖电网模型，在海量数据基础上，通过大数据和先进计算技术，透过数据关系发现电网运行规律，推动实现电网的智能运行。

数字电网将成为承载新型电力系统的最佳形态，主要原因有：

第一，新型电力系统将成为具有显著数字化特征的信息物理系统。传统电力系统中，系统的设计、运行和分析均建立在数学模型基础上，系统稳定措施主要计及发电机组固有的转动惯量，控制保护体系建立在相对“慢速”的系统机电特性上。新型电力系统具有明显的弱惯性特点，难以建立精确的数学模型，控制保护体系必须频繁应对更加“快速”的电磁暂态过程。电力系统的研究目标从关注“机电同步过程”发展为更多地关注“数据同步过程”，研究方法从“模型等效”发展为更多地基于“数据驱动”。

第二，数字化技术将支撑构筑新型电力系统的关键技术体系。电力系统传统技术体系主要面向特定功能，包括基于测量、传输和计算的运行控制系统，基于计量和人机交互的客户服务系统，以模型和参数为核心的仿真系统等，基本采用面向功能设计的集中式架构，数据基础相对薄弱，较难满足新型电力系统数字化发展提出的新要求。新型电力系统中，功能主体数量和数据规模激增，在解决位于不同时间尺度、不同空间维度、不同运动过程中多个复杂对象的巨系统问题时，全局数据作为基础和纽带的作用将更加凸显。

先进数字化技术将支撑构筑新型电力系统的关键技术体系。小微传感、芯片化智能终端提供灵活、便捷、准确、高效的边缘感知和控制能力，形成覆盖新型电力系统的神经末梢网络；云计算、物联网提供超大规模信息连接和处理能力，奠定新型电力系统关键的数字基础设施；大数据提供丰富数据分析和挖掘能力，推动新型电力系统多专业融合、协同发展；人工智能提供超强算力，提升新型电力系统智能分析和决策水平；区块链提供高强度的数据管理和保护能力，构筑新型电力系统生态发展的安全核心。

两年来，南方电网公司加速推进数字电网建设，开展了一系列探索与实践，取得了一些成果：

一是微型传感技术取得重大突破，芯片化智能终端提升了数字电网边缘测量、保护、控制、通信能力。研制了世界首套粘贴型微型电流传感器和芯片化保护装置，研制了电力专用芯片和数字电网智能网关。

二是系列数字化基础平台投入运行，夯实数字电网发展的关键基础。2019年7月，南网云正式投运。在此基础上，统一物联网平台、人工智能平台、南方区域统一电力交易平台等陆续上线，初步建成全网底座式数据中心。

三是积极探索数字电网孪生，建成数字电网门户级应用。2021年1月，“南网智瞰”上线，在统一平台上提供覆盖全网100万平方公里的高精度地图服务，汇聚地理信息、电网拓扑、设备台账等全系列数据，“全网一张图”基本实现。

四是打造专注客户数字化服务的统一入口。2021年1月，“南网在线”智慧营业厅上线，充分采用数字化技术提升客户服务水平，实现用电服务全面在线化，让客户少跑腿、信息多跑路，奠定了构建现代供电服务体系的重要基础。

五是初步构建“云边融合”的数字电网运行平台。通过建设支撑数字电网运行的云大脑，显著提升运行中枢大规模资源处理和调配能力；通过建设广域分布的边缘节点，显著提升大规模新能源接入、控制、运营和自治的能力。

六是全面实现智能电表和低压集抄“两覆盖”。全面推进智能量测体系建设，持续推动电能量数据深化应用，在营销、客服、调度、配网自动化等多个核心业务系统发挥作用。

七是大力促进5G与电网应用深度融合。2018年6月发布《5G助力智能电网应用白皮书》。以5G差动保护、5G智能配电房、5G充电站、5G无人机为代表的一系列应用成为南方电网数字电网发展的“强兵利器”。

八是大力促进人工智能与业务深度融合。建成了数百万张级的超大规模无人机机巡样本库，提供一站式AI建模、算法、训练及推理服务，广泛服务于输电机巡、变电巡检、智能客服、负荷预测等业务场景。

南方电网公司忠实履行央企职责，以数字电网建设加速构建新型电力系统，为碳达峰和碳中和、构建清洁低碳安全高效能源体系贡献南网力量。

来源：南方能源观察

首发于《中国电力报》2021年4月26日第三版