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中能论坛|2030电力数字化技术发展前瞻

来源:​《中国电力报》 时间:2022-11-30 12:51

王丽彪

  电力数字化,是推动电力系统绿色化升级的“金钥匙”。

  目前,电力行业正在经历深度转型。未来,电力系统将整体趋向能源结构绿色化、电网调控柔性化、供电模式互动化,这为电力数字化技术的发展和应用明确了基本方向。

  华为发布的《电力数字化2030》站在产业的视角看电力行业,为电力行业的未来发展寻找关键数字技术,通过数字技术与电力技术的深度融合,描绘支撑新型电力系统发展的数字孪生空间;围绕“源—网—荷—储”一体协同新形态下的数字绿色电厂、电网数字巡检、多源自愈配网、多能协同互补、跨域电力调度、赋能绿色低碳六大核心业务场景进行详细阐述;从数字化边端、泛在通信网络、算力和存储、算法和应用四大数字化技术应用领域寻找技术支撑,提出绿色网络、安全可靠、泛在感知、实时网联、智能内生、服务开放的六大电力数字化技术特征;并提出构建基于云边协同的目标架构,打造“开放、高效、智能”的电力数字化新引擎,助力电力系统转型升级,推动“双碳”目标的实现。

2030电力数字化六大业务场景

  在新型电力系统中,源网荷储之间的互动会逐步加深、加速,不断地打破传统价值链的边界,电源侧多能协同,电网侧协同调度,消费侧多方互动,电力供需趋向灵活。需通过电力数字化,应对电力供需的灵活性、随机性。我们根据源网荷储协同场景的映射,初步形成包含新能源电厂选址、发电量预测、智慧楼宇、碳普惠、车联网等24个相对典型的电力数字化应用场景。通过数字化监控、智能化分析、数智化自治等数字化能力的进阶式提升,完成物理世界与数字空间从虚实映射到深度交互的演进,逐步勾勒起电力系统各领域的数字孪生。

  面向2030,在24个典型应用场景基础上,结合热点和重点场景进行归纳,形成了最核心的六大电力数字化业务场景。

  一是数字绿色电厂。新型电力系统的电源结构不断地向新能源和分布式能源占比逐渐提高演进。电力数字化技术在数字绿色电厂中的应用主要体现在两个方面:一是贯穿于建设全生命周期的数字孪生,二是基于跨域物联的远程集控。对于分布分散的新能源电站,通过打造支持远程智能集控的新能源电厂运营平台,可实现跨地域的机组设备管理,并有效降低新能源电厂运营成本、提高运营效率。

  二是电网数字巡检。传统定期的人工巡检模式已经不能满足发展要求,需要通过数字化技术的应用,为电力系统提供全天候、全方位、全自主的健康体检。电网数字巡检分为两个场景:智能AI巡检、智能变电站及数字换流站。要让巡检效率更高、风险排查更准,需要依靠更智能更丰富的巡检手段以及更快速更可靠的通信网络。智能变电站及数字换流站管理的关键技术应用,一方面是边端协同,通过算力和算法的不断前移,来提高站内设备异常诊断和业务响应时效;另一方面是高级智能的广泛应用,实现设备预测性维护,从而延长设备寿命。

  三是多源自愈配网。通过多元配网运营、自愈配网的调控、机器学习、多能互补等子场景的应用,提高电网在常态情景下的稳定性,实现设备风险快速识别、精准抢修,故障发生时寻求最优策略,提升配网的自愈能力。

  四是多能协同互补。通过微电网或微能网的建设,依托电力数字化技术与能源技术的深度融合,实现电、热、气等多种能源形式间的灵活转换与协同互补,在加强区域供电供能可靠性保障的同时,也提高了能源综合利用效率与能源服务质量。

  五是跨域电力调度。极端天气高发及用电负荷增加,给供电稳定性带来挑战。远近结合的电力资源灵活调度是保障区域供应安全的有效途径。跨域电力的调度有两种实现方式:一是通过智能电网调度,实现不同区域电网间的协调互动;二是通过虚拟电厂平台运营,实现电能优化再分配。

  六是赋能绿色低碳。包括碳交易和碳普惠两个子场景。从碳交易来看,绿电从生产、交易、结算到核证的过程中,面临重复计量、反复核验等挑战。通过区块链技术建立更高效、更公平、更开放的绿电交易市场,加速绿电消纳。碳普惠生态具有参与人数多、分布广、流程复杂等特点,区块链技术特点与之相契合,通过区块链技术规划电力领域减碳行为,保障交易的公正透明。

  综上所述,以上六大业务场景对端侧设备网联化的程度、边端数据采集的效率和设备的可控性、电力通信专网传输的效率、AI算力的渗透和采用均有重大技术需求。

2030电力数字化技术六大特征

  伴随未来新型电力系统各个业务场景的纵深化发展,电力数字化技术会在三个层次上呈现出六大关键特征。内核层为电力系统搭建一个绿色、安全的网络环境,是数字化时代下新型电力系统建设最核心的基础。驱动层由泛在感知、实时网联、智能内生三大技术特征组成,反映海量电力数据从采集、传递到处理分析最核心的业务流程,是驱动电力系统发展最核心的技术底座。使能层是催化剂,通过服务开放加速能力的共享和生态的共建,从而能够实现全行业更广泛的参与,让整个技术底座发挥更大的价值。

  一是绿色网络。最核心的技术趋势是全光网的构建,全光网不仅能充分支撑业务需要,还能降低海量数据交换的能耗,实现通信网络的绿色低碳。

  二是安全可靠。需构建三层防御体系保障网络安全,通过区域链和隐私保护技术的融合,促进数据可信。

  三是泛在感知。构筑高效的感知网络,提高数据采集的量和质是支撑电力数字化数智相融,不断推动电力系统高效运行的基础保障。

  四是实时网联。打通实时可靠的数据传输通道,是落实电力系统调度自动化和智能化的基础。通过移动通信技术,如5G和无线区域通信技术,实现端到端的低时延实时通信。

  五是智能内生。从两方面支撑亿万级数据处理和最优求解,实现精准预测、有效控制和高效协同。第一,通过电力算力一张网打造最强的算力底座。第二,通过微型机器学习技术结合云端训练边缘推理的模式,进一步提高边缘智能的可靠性。

  六是服务开放。在数字化转型中,云是核心,数据是关键,网是基础。秉承一切皆服务的理念,通过云开放、数据开放和网络开放体现服务的开放。

  六大关键核心技术的特征离不开完善的架构体系支撑。从过去单个电厂、单个变电站的单点数字化,走向有架构支撑的、开放的、可演进的、体系性的数字化。复杂业务云上汇聚,支撑业务的集约化集控化、集团的平台化和专业化、边缘侧算力化、标准化和系列化;关键业务在边缘侧运行,支撑海量场站的无人化、少人化。通过架构的智能协同、数据协同、应用协同、运维协同,更好地支撑海量业务的云边互动。

  随着电力数字化不断发展,电力数字孪生的目标愿景将愈发清晰并触手可及。在技术发展方面,ICT基础设施商、软件商、电力电子设备商、能源科技机构等各市场主体,通过产业联盟或战略合作的方式,加速跨产业的技术融合。同时推进新型业务形态在通信和控制等行业的标准化能力建设。此外,随着绿色电力交易、虚拟电厂跨境调度、配电网络点对点交易等新兴交易形式的涌现,政策监管部门需搭建更灵活的撮合交易机制,形成多态并存的电力交易体系。

  (作者系华为技术有限公司电力数字化军团研发总裁)

  责任编辑:沈馨蕊