数字电网：“比特”与“瓦特”走向深度融合

　　中国战略新兴产业融媒体记者 杜壮

　　需求驱动，绿电进驻交易市场

　　新能源在多年来“政策驱动”下经历了大发展阶段，走向了“需求驱动”的新起点。在当前电力市场建设成果基础上，试点开展绿电交易，着眼绿色能源生产消费市场体系和长效机制构建，是电力行业助力“双碳”目标实现的重要举措。从绿证交易到绿电交易，如何精准匹配发电方和用户的需求？绿电交易市场的建立意义何在，如何推行？能否以市场化为抓手，促进电价合理波动？数字化技术对助力构建新型电力系统有何启发？本期专题，将与您一起探讨绿电进驻交易市场将面临的风险与挑战。

　　瓦特是功率单位，在电力行业中随处可见，比特是信息量单位，是数字时代的象征。在众多的数字技术中，数字孪生成为电网数字化的重点技术之一。电网企业直指数字化在电网“新基建”中的核心地位，瞄准“数字新基建”。

　　2020年我国能源消费产生的二氧化碳排放中，电力行业占能源行业二氧化碳排放总量的42.5%左右，电力行业的碳达峰、碳中和进度影响着整个“碳中和、碳达峰”目标实现的进程。在新型电力系统中，电源、电网、储能、负荷（源网储荷）各个环节相互耦合，使得电力系统的分析必须由过去孤立分析方式，向各个环节的协同分析转变，构建数字电网变得更为迫切。

　　瓦特是功率单位，在电力行业中随处可见，比特是信息量单位，是数字时代的象征。数字孪生等技术的应用，让数字电网“比特”和“瓦特”走向了深度融合。

　　让电网变得更“聪明”

　　能源是社会经济发展的重要基础和动力，在“双碳”背景下，我国能源行业走上数字化转型之路。风电、光伏发电等新能源具有随机性、间歇性、波动性特征，电力系统“双高”“双峰”的特性明显，伴随“碳中和、碳达峰”目标带来的更大规模并网，电网安全稳定运行和电力电量平衡面临极大考验。为了有效保障在新能源大规模并网后的电网运行安全，能源使用效率的提高变得更为重要。

　　通过App报装90千伏安的制造业普通工业用电，从提出申请到完成接电，只需要一天半的时间；原本10天才能完成的高压输电线路巡检工作，现在两个小时就可以完成；曾经工人无论严寒酷暑都要进行大量设备的巡视、操作，如今靠机器人就可以代为完成……让电网变得更“聪明”，少不了数字电网的身影。

　　南方电网发布的《数字电网白皮书》指出，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。

　　世界经济论坛数据显示，到2030年，各行业受益于信息和通信技术减少的碳排放量将达121亿吨，其中能源领域超过18亿吨。

　　从发电行业来看，国际能源署预测，采用数字化技术，可使2016-2040年的年发电成本降低800亿美元，相当于全球发电总成本的5%。

　　中南财经政法大学数字经济研究院执行院长盘和林表示，数字电网所形成的不仅仅是一个智慧的、高效的输电网络，而是一个从能源结构、输电方式等各个方面都有所变革的电力能源生态，借助数字技术，数字电网所拓展的电力能源智慧服务体系可以联动能源上下游产业以及数字技术服务商。

　　数字孪生：提升能源使用效率的有效途径

　　目前，通过数字孪生、智慧中台、区块链、边缘智能等关键数字化技术应用提升能源使用效率，成为大多数行业、企业实现绿色低碳发展的有效途径。一方面，国家电网有限公司、国家电力投资集团有限公司、中国华电集团有限公司等能源企业加速拥抱数字技术，另一方面，阿里巴巴、腾讯、百度等互联网科技企业密集布局能源行业。

　　在众多的数字技术中，数字孪生成为电网数字化的重点技术之一。IDC预测，投资于数字孪生技术的公司的关键流程的周期时间将缩短30%。

　　数字孪生技术能够通过大数据采集和数字化模型构建，对物理世界进行精准“映射”，实现透明的数据可视化；其更重要的价值在于，它能够利用这些大数据，超越物理世界的局限，对工艺、操作流程和运维过程进行仿真和预测，并实现快速验证，从而为规划设计、建设实施、运维服务等全生命周期内的各个环节带来回馈价值。从电网行业来看，过去，在电网行业数字转型过程中，各系统、部门的数据信息独立分散，形成了数据孤岛。另外，由于数据来源多样化，数据形式不同，标准化不足，融合利用不方便，数据表现力不足，数据交互不足，难以恢复真实场景等顽固的疾病也存在。

　　以施耐德电气和双数技术成功实施的变电站智能运输项目为例，改造前，该变电站采用的传统2D运输平台，不直观，设备种类、数量复杂，无法统一管理，多种数据类型也无法在统一平台上整合，运输人员无法预测可能发生的故障和事故。

　　实施改造后，数字孪生解决方案提供了配电站全场景三维建模复原、全站设备内外结构可视化展示、运输模拟数据实时获取、设备账户实时查看、故障模拟预测等一系列功能，为变电站的运输维护带来了点石成金的效果和体验。和改造前相比，节省了大量时间、财力成本，大幅提升了运维效率，此外还有效缩减了配电站的效能损耗。

　　工业4.0研究院院长胡权表示：“通过引入数字孪生体技术，可大幅降低电力行业企业开发的难度和成本，快速推进先进技术的应用，满足电力行业数字化转型的需要。”据了解，目前工业4.0研究院提出了从1.0到3.0的演进路径，预计经过十年左右的时间，数字孪生电网将实现全局和全生命周期生产运行需要，达到源网荷储一体化等管理目标，形成相对完善的知识产权体系。

　　逐步提升数字化技术的覆盖面

　　近年来，5G、人工智能和大数据等技术飞速发展，深刻改变了电力、制造等行业的格局，电网企业直指数字化在电网“新基建”中的核心地位，瞄准“数字新基建”。

　　国家电网公司发布的“数字新基建”十大重点建设任务，聚焦大数据、工业互联网、5G、人工智能等领域。据了解，2020年总体投资约247亿元，预计拉动社会投资约1000亿元，将带动上下游企业共同发展。

　　在中国科学院院士周孝信看来，要通过数字化转型，推动新一代输配电网和能源互联网建设，适应高比例可再生能源电力消纳，确保电力系统安全稳定运行。

　　“当前，中国电网数字化率（包括电网的网络安全等）在全球范围内已处于领先水平，但大量城市的配网系统、用户系统接入并非数字化连接。”施耐德电气中国区能效管理中压业务，市场与战略副总裁薛毅认为，今后很长一段时间内中国电网的当务之急是要逐步提升数字化技术的覆盖面及普及率。

　　数字电网在快速发展的过程中，也存在着一些问题。过去，电网应用信息化、自动化手段较少时，保障的仅是物理电网本身的运行安全，而现在的电网安全则是更多面临着来自外部的挑战。

　　国网能源研究院电网发展研究所所长韩新阳认为，与过去相比，一方面，各种智能家电接入电网、大量数字化手段在电网中得到应用，电网安全的边界不断延伸；另一方面，黑客攻击、网络袭击等风险加大，使得电网安全需要应对的场景更加复杂，研究表明，随着能源行业信息化程度快速提升，能源电力部门已成为网络攻击的重要目标。

　　韩新阳指出，要解决数据质量问题，应持续优化完善数据质量相关模型、规则，通过强化统一数据模型完善应用，夯实电网数据管理能力基础。依托完善数据录入核查相关规则，提升源端数据质量在线核查能力。与此同时，不断加强对大数据挖掘、人工智能等相关技术手段的应用。推动大数据挖掘、人工智能分析、实时数据异常检测等技术研究，通过技术手段开展数据质量评估、在线稽查等，提升异常数据的实时核查与分析能力。

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　　来源：本刊原创文章