數字電網建設將會給傳統電網發展帶來哪些顛覆性變化？

　　（文丨王成山）

　　能源系統承擔着支撐社會經濟可持續發展、服務國計民生戰略大局的重要使命。我國已成為全球最大的能源生產與消費國之一，對化石能源的依賴以及由此帶來的能源結構安全性、能源消費清潔性等問題突出。在第七十五屆聯合國大會上，我國針對碳達峯、碳中和行動計劃作出重要承諾，既彰顯了我國主動承擔國際責任的堅定決心，也提出了黨和國家對我國能源體系轉型的迫切要求。

　　電力是我國碳排放佔比最大的單一行業，電力系統轉型對實現我國雙碳目標至關重要。中央財經委員會第九次會議指出，“十四五”是碳達峯的關鍵期、窗口期，要構建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，着力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構建以新能源為主體的新型電力系統。進一步強調了電力系統在能源體系轉型中的關鍵地位和重要作用。

　　全面落實黨和國家的重大戰略部署，通過新型電力系統建設助推我國能源技術和能源結構轉型發展，已成為現階段我國電力領域的重點任務。2019年，南方電網公司提出數字電網建設的戰略部署，將數字電網定義為“以雲計算、大數據、物聯網、移動互聯網、人工智能、區塊鏈等新一代數字技術為核心驅動力，以數據為關鍵生產要素，以現代電力能源網絡與新一代信息網絡為基礎，通過數字技術與能源企業業務、管理深度融合，不斷提高數字化、網絡化、智能化水平，而形成的新型能源生態系統”。該公司將數字電網作為下一階段電網重點發展的新形態和新目標，利用先進數字技術提升電網靈活性、開放性、交互性等，使電網運行更加安全、可靠、綠色、高效和智能。

　　從技術特徵來看，數字電網將充分利用小微傳感、邊緣計算、電力物聯網、大數據挖掘等技術手段，構建具備雲-邊協同、海量數據處理、數據驅動分析、高度智能化決策等能力的電網平台。海量數據與廣泛連接是數字電網的最基本特徵，這構成了數字空間對物理系統感知和認識的基礎；數據驅動是數字電網價值發揮的關鍵，使其能夠不完全依賴電網模型，完成從“數據”到“知識”的提煉和昇華；跨域智能是數字電網的高級目標，能夠透過數據關係發現電網整體的運行規律，推動電網智能運行。

　　由於上述特徵，數字電網能夠作為支撐我國新型能源體系建設的重要途徑，具體表現在以下方面：

　　數字電網將給傳統電力系統的理論技術體系與研究方法帶來基礎性變革。 海量數據與廣泛連接將使數字電網具有顯著的信息物理融合特徵，在數字空間中能夠深層次呈現物理電網的複雜狀態和行為，各種先進物理裝備則賦予了電網更加強大的“軟件定義”能力。這從根本上突破了傳統電網的理論與技術基礎，推動了對數字技術與電網深度融合後的基礎理論創新和前沿方法探索。

　　同時，傳統電力系統建立在經典機電理論和數學模型基礎上，而新能源、電力電子裝備大量接入後的數字電網具有明顯的弱慣性特點，這些問題是傳統電網中未曾考慮的，也是傳統電力技術難以解決的。在關注複雜系統機理模型構建的同時，還要將側重點轉移到數據同步、挖掘和利用上來。

　　數字電網將給傳統電網技術架構與技術模式帶來顛覆性變化。 數字化技術的全面應用將打破傳統電網業務壁壘，加速電網技術體系融合。相較而言，傳統電力系統的技術體系大多面向特定業務功能，各功能之間相互獨立、信息割裂、協調困難。而在數字電網中，系統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、用户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、超大規模的複雜系統問題。在數字空間中，既要滿足複雜要素的關聯分析，又要支撐多元業務的有效協同，需要更加重視對全域數據網絡與知識網絡的系統性構建。

　　數字電網將全面構築基於先進信息化與數字化技術的關鍵技術體系。 先進傳感量測是實現物理電網數字化的基礎，是將物理過程轉化為數字信號的電網“神經末梢”；邊緣計算為數字電網的海量數據提供了針對性的利用方案，將實現靈活、高效的感知與控制，構成了數字電網的“低位神經中樞”；先進通信網絡是支撐電網數據和信息在海量傳感裝置、智能終端、雲-邊平台等之間雙向流動的必要保障，構成了數字電網的“神經通路”；數字平台是具備雲資源存儲、大數據處理、數據驅動分析等能力的強大硬件和軟件平台，是數字電網核心功能與智能的實現基礎；人工智能將支撐數字電網跨域智慧能力的構建，是數字電網的高級發展目標，構成了數字電網的“高位神經中樞”。這些先進技術的應用不僅將全面支撐數字電網關鍵技術體系構建，還可為數字化能源系統轉型發展提供寶貴的技術範本。

　　在能源生產環節，數字電網將顯著提升新能源發電的可觀、可控能力和消納利用水平。 多模態的傳感量測數據將有效拓展傳統運行監測的功能與性能，使電網具備對新能源的全面感知能力，滿足新能源發電實時狀態監測、精準功率預測等需求；邊緣計算、物聯網等技術將支撐電網形成對新能源更加完備的掌控能力，實現自動功率控制、快速頻率響應，保證新能源“友好接入”；依託大數據、雲計算、人工智能等技術，電網將具備對新能源更加智能的調度決策能力，支撐海量新能源發電設備作為主力電源參與電力系統調控，為清潔低碳的電能生產奠定技術基礎。

　　在能源供給環節，泛布全網的傳感終端將顯著提升電網透明化水平，全域覆蓋的信息通信網絡將支撐海量物聯終端形成廣泛連接，支撐實現系統層面電網狀態、設備狀態、管理狀態的全景透明。 以此為基礎，通過系統層面的智能化協調調度，將大幅提升電力系統發、輸、變、配、用各環節的運行效率，支撐新能源充分消納和高效利用；通過基於電網全域數據的分析和智能診斷，能夠及時發現電網薄弱環節和運行風險，提供具有前瞻性的態勢判斷和運行決策，保障高比例新能源接入後的系統運行安全；依託數字電網拓展的價值服務體系，可促進電網與上下游產業和用户的靈活互動，推動形成數字電網支撐下的智慧能源價值外延，有助於構建更高效、更綠色、更經濟的新型能源生態。

　　在能源消費環節，數字電網將構建起更加靈活和柔性的用户能源配給平台。 既能有效滿足用户清潔化、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策略以及能源交易、能效管理等增值服務，促進分佈式電源、電動汽車、電能替代、供需互動等新型能源服務發展，支撐用户側能源消費體驗與利用效率的大幅提升。

　　總體來看，數字電網是我國能源技術革命與能源結構轉型中的“先導者”與“生力軍”，其建設既是當前我國社會經濟發展的迫切需求，也是在能源領域落實數字中國重大戰略的關鍵舉措。以數字電網的建設為契機，全面貫徹數字能源新發展理念，促進我國能源產業轉型升級，推動能源產業變革，對碳達峯碳中和、建設美麗中國、構建清潔低碳安全高效的新型能源體系均具有重要而深遠的意義。

　　（作者系天津大學教授、智能電網教育部重點實驗室主任）