深度丨数字化技术将成构建新型电力系统的核心

2021-09-16
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来源 | IESPlaza综合能源服务网

我国已经全面确立了2030年前碳达峰、2060年前碳中和的“双碳”目标。落实“双碳”目标，电力行业任务重、责任大，发展以新能源为主的新型电力系统已成为电力行业的时代使命。

实现“双碳”目标是一个系统性工程，需要各个行业的通力合作，以共同打造良好的低碳生态。在“双碳”目标下，未来能源系统将以新能源为主体，以电力、热能等多种能源形式为载体，以能源技术与信息技术深度融合为特征，实现能源的互济互补和安全高效利用。

以新能源为主体的新型电力系统将是未来能源系统的核心组成部分，将呈现如下特征：

一是分布式资源快速增加，配电、用电形态发生巨大变化。

随着政策引导和技术进步，风电、光伏等新能源将大量以分布式的形式并网；同时，在能源消费革命和再电气化进程的推动下，电动汽车等分布式资源必将迎来大规模的发展。

这使得电源与负荷不再单纯是电力系统的始末两端，而是杂糅共陈。一方面，配电网的潮流将更为多变，运行控制和安全防护的逻辑将更为复杂；另一方面，我国资源与负荷逆向分布的矛盾将得到一定程度的缓解，电力的大规模转移需求持续下降。

二是负荷侧实现广泛而深度的供需互动。

随着人工智能、大数据等技术的发展，用户可借助信息技术智能调整自身用能特性，参与供需互动，降低了用户参与的专业性要求和时间成本要求。更为广泛的用户参与和更完善的信息支撑，将促成更为有效的供需互动，从而更大程度地打破“源随荷动”的运行限制。

三是超高比例新能源接入，系统面临的不确定性进一步增加，电力、电量平衡压力大。

减少化石能源的使用是降低碳排放的根本性措施，风、光等新能源的开发将是实现清洁替代的关键。然而新能源具有很强的不确定性，其出力的随机性和波动性将给电力系统的电力与电量平衡带来巨大的压力。

从中期来看，2030年全国风、光装机容量达到12亿千瓦以上，同时火电机组有序退出，将给系统带来严峻的新能源消纳压力；从长期来看，碳中和目标要求电力系统演化为“零碳电力系统”，电力电量平衡必须借助于储能等技术突破来实现，并需要新能源和负荷侧提供主动支撑能力。

四是大量电力电子设备入网，系统惯量大幅降低，安全稳定运行面临巨大挑战。

随着常规火电机组的有序退网和大规模新能源电源的并网，以及大量含高比例电力电子元件输电设备的投运，未来电力系统的惯量必然大幅降低，将颠覆现有的系统控制运行模式，威胁电力系统的安全稳定运行。

五是氢能、储能、可控核聚变等新技术有望实现突破，并规模化应用到电力系统，从而革新现有电网形态。

随着全球范围内持续高强度的科研投入，氢能、储能、可控核聚变等新技术有可能实现技术突破，并达到商用化程度，从而对电力系统带来颠覆性的革新，很大程度上解决超高比例新能源接入给电力系统带来的挑战。然而值得注意的是，新技术的突破具有强不确定性，现今上述任一新技术都难以成为解决能源领域问题的可靠方案。

新型电力系统的上述特征既给电力行业的发展注入新的活力，也给电力系统的安全稳定运行带来巨大挑战。在构建新型电力系统时，除了挖掘能源领域本身的技术潜力外，非常有必要博采其他领域的先进技术。

近年来，信息领域的新技术不断涌现，大数据、人工智能、云计算、物联网、虚拟现实等技术快速发展，已经深入到社会的方方面面。电力系统作为一个具有海量数据的复杂系统，非常有望通过数字化建设，借助新兴信息技术提升资源配置效率、提高风险管控水平，助力突破新型电力系统高比例新能源与高比例电力电子装置的“双高”困境带来的技术难题。

当前，学术界和工业界高度重视电力系统中海量数据的价值，正积极探索基于数据驱动的新模型和新方法在电力系统中的应用。未来，随着“数字新基建”的开展，电力系统的数据量和数据价值将进一步提升，在以新能源为主体的新型电力系统中，数据科学与数字化技术的应用，必将极大促进电力系统的发展，这将体现在以下四个方面：

一是数据驱动，助力破解新型电力系统“双高”难题。

在规划层面，数据驱动的规划技术可以考虑多维复杂因素，与实际模型相结合，使规划更具科学性。在运行层面，基于数据的分析技术，可以提高新能源电站的“可观、可测、可控”水平，有助于解决新型电力系统中的电力和电量平衡问题，提高电网对新能源的消纳能力；与基于物理模型的电力系统安全防护体系结合，数据驱动技术可以提高控制保护对低惯量系统的适应性，有助于解决新型电力系统中大量电力电子设备带来的安全稳定控制隐患。

二是数据赋能，实现电力企业运营的提质增效。

基于图像识别的故障诊断技术等的智能运维技术将进一步发展，在节省更多人才和物力的同时，增加对电力系统运行状态的感知能力，提高电网的安全运行水平。电力系统的数字化建设，可以增加数据资源的复用和减少管理成本，为打破电力企业内部的壁垒提供了可行的方案。另外，数字化营业厅的建设也将节省大量人力成本，提升电力企业对终端用户的服务水平。

三是数据搭桥，激发能源市场活力。

以数据共享共通为核心构建共享开放的电力交易平台，可以减少市场信息差，有利于市场出清结果回归电力的商品价值。同时，也提高了零售端的分布式电源和需求响应参与市场的积极性，进一步释放需求侧的活力。

四是数据透明，推进社会公平与公正。

电网的物理特性决定了其必然具有一定的垄断性。电力系统的数字化建设可以通过公开部分非密数据以提高电网运营的透明度，增加电网上下游企业参与电力业务的公平性。

电力系统的数字化建设，可以为新型电力系统中的海量数据赋能，助力“双高”问题的解决。但是，电力系统的数字化建设必须要遵循其客观规律，尤其是要注意以下三点：

一是要守好数据安全防线。

电力系统是关乎国计民生的重要基础设施，在电力系统的数字化建设中，必须高度重视网络安全，构建有效的数据安全防护体系，以保障国家安全、维护电力企业利益。

二是要注重标准化建设。

在电力系统的数字化建设中，必须要注重数据采集、传输、存储和应用的标准化和兼容性，形成体系化的标准和规范，以减少非技术性的壁垒，促进行业的良性发展。

三是要注意数据隐私的保护。

电力用户数据的隐私性和电力企业需求侧管理的数据需求具有天然的矛盾，如何防范电力企业对电力用户和上、下游企业的超额数据索求，构建中小电力企业和电力用户隐私的有效保护，是电力行业和社会公众需要共同面对的问题。

有效的电力系统数字化建设可以实现对电力系统数据的赋能，挖掘新能源电力系统分布式资源和供需互动的潜力，突破新型电力系统“双高”带来的技术难题。同时，开放、共享的电力数据平台，也将为调动电力系统参与者的积极性提供有效手段，有利于搭建良好的电力产业生态，从而保障电力行业“双碳”目标任务的顺利达成。

总之，借助数字新基建的东风，通过电力系统的数字化建设，以及海量数据对新型电力系统运行水平的赋能，以数据为纽带的低碳电力产业生态，必将促进电力行业的蓬勃发展，为实现“双碳”目标增添强大动力。

作者：别朝红，系西安交通大学电气工程学院院长，作者马溪原系南方电网数字电网研究院新型电力系统数字化技术研究所负责人。

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