基于数字化转型的新型电力系统构建

刘康先

(广西电网有限责任公司南宁供电局，南宁 530000)

0 引 言

数字转型技术是新型电力系统中应用的一种全新的数字化技术，数字转型技术将有力推进了新型电力系统的构建[2-3]。一方面数字转型技术更加有效的数据处理技术，应用云计算、大数据、人工智能边缘计算等新一代数字化技术高速和快捷的处理了新型电力系统中庞大的数据结构，同时数字转型技术还具备多元和超强的运算能力，保证了新型电力和运算能力的深度密切融合，从电力系统的各个环节的数字赋能到新型电力系统的构建中，从而保证构建的较大规模新型电力系统的安全、可靠、高效性等；另一方面数字化转型技术为新型电力系统构建奠定了数字化基础搭建技术，在新型电力系统构建中起到枢纽、平台的作用[4]。使电网服务从以“优质电力”为核心的主营业务拓展到以“强大算力”为核心的数字产业领域，为企业带来全方位的变革，文中针对新型电力电力系统构建面临的问题提出12种数字化赋能关键技术和5种基于常见的数字基础设施建设和数字化转型布局。

图1 新型电力系统各环节总体发展框架图

1 数字化转型的特征

数字化转型是充分利用数字化技术控制业务、流程和服务的根本性变革。它有以下三个特点。

(1)灵活高效的敏感体系结构。敏感体系结构是一种IT体系结构，它可以快速响应业务变化，通过敏捷开发持续交付，并灵活支持上层应用程序创新[5]。

(2)按照由“量测-控制”模式实施数字物理深度耦合。数字物理深度耦合关系图如2所示。

图2 数字物理深度耦合关系图

(3)数字化转型将促进企业的根本变革。数字化转型不仅是数字化技术的应用，还创造了新的数字化应用场景，其中数字化场景仿真系统框架图如3所示，并为电网带来了全方位变化。

图3 数字化场景仿真系统框架图

2 新型电力电力系统构建面临的问题

随着电源主体发生了本质变革，新型电力系统将主要面临电力电量平衡、系统支撑机理、源网荷储多要素协同、碳减排碳评估及电碳耦合模式，以及政策机制五个方面的关键问题。

(1)源荷双侧随机波动影响电力电量平衡。新型电力系统需要同时面对供需双侧的巨大变化，新能源出力的强随机性、波动性和用电负荷的日益尖峰化都给电力电量平衡带来了巨大的挑战，其中新能源出力随机波动与新能源负荷尖峰化指标量化表见表1。新能源传统的源、荷实时平衡模式难以为继，重新构建源、荷、储三者参与的非实时电力电量平衡模式，确保可靠、高效、灵活的电力供应，是必须解决的核心问题之一。

表1 新能源出力随机波动与新能源负荷尖峰化指标量化表

(2)适应新型电力系统的支撑技术机理还需明确。新能源接入至电压支撑较弱、短路比不足的交流系统，无法实现锁相同步；电力电子装置的快速响应特性，带来宽频振荡等与电力电子相关的新稳定形态。

(3)电力系统多要素协同互动能力亟需提升。除了传统的电源、输电网、配电网、负荷等要素外，储能将成为构建新型电力系统的关键要素，为电力系统提供毫秒到数天的宽时间尺度上的灵活双向调节能力。

为了获取最佳的模型组合,通过设定随机森林中树的个数以及树的深度的双层循环来训练数据,根据总体准确率进行倒序排列选择优秀参数组合。循环参数范围选择规则如下:①对于树的深度我们选取结果比较稳定的(10,20)这个区间;②随机森林中树的个数太少,会使结果不具代表性,树的个数太大又会使模型太过逼近训练数据的分布,反而丧失了在预测时的准确率。文献[13]建议,随机森林分类性能最接近最优时树的数量为100左右,同时考虑模型的复杂程度与运算时间,我们将树的个数选择在了(80,120)之间。

(4)碳减排、碳评估及电碳耦合模式亟需完善。电网在电力系统碳计量和评估的作用未被挖掘，电力系统碳减排技术欠缺，碳市场和电力市场关系不明确，未建立耦合机制[7]。

(5)政策、机制还需健全。新能源电力系统背景下，相关的价格、市场、交易等政策和机制不够完善。

3 数字化转型赋能构建新型电力系统

针对新型电力系统面临的充裕性、稳定性、经济性、绿色低碳、政策机制五大主要技术挑战，匹配了新型储能、电力气象、绿电制氢及电氢综合利用、需求响应、“双高”电力系统仿真分析、电力电子设备主动支撑、灵活直流组网、新一代调控系统、电力市场、CCUS、碳减排/评估及电碳耦合等12项关键性数字化技术，其中匹配数字化转型技术关系图如4所示。

图4 数字化转型匹配技术关系图

在数字化平台的推动下，新型电力系统的数字化转型也成为必然趋势，通过数字化转型技术的应用实现了电力系统的智能化和数字化，全面开展数字基础设施建设及应用，解决电力系统发、输、变、配、送等五大环节各要素的数字感知问题，让电力系统实现了可预、可观、可调、可控。其中数字化转型关键技术的应用包含以下方面：

(1)传感布局与精准映射。针对电力系统发、输、变、配、送等五大场景的电气量、环境量、状态量、空间量、物理量、行为量等特征参量采用先进的传感器、控制和软件应用程序和充分利用云计算、大数据、人工智能、边缘计算、物联网、互联网等技术从局部感知量向全局的确定性精准映射转变，从单纯物理量的分析研判进行转变，从电力物理系统的机理模型仿真和数据模型的信息物理耦合仿真预测转变。

(2)5G研究与应用。5G技术应用于新型电力系统中不仅可以提升大电网源网储互动能力，还能够提升用户供需互动能力和传感信息的采集能力。目前5G研究与应用如：5G+数电力线路在线检测、5G+配电网保护、5G+精准负荷控制、5G+短路电流计算分析、5G+智慧变电、5G+虚拟测量平台、5G+柔性负荷等。

(3)卫星数据体系建设应用。卫星数据体系广泛应用于卫星通讯、电力工程规划、电网设备的遥感、气象、设备和用户故障的定位、卫星体系等。

(4)AI技术研究与应用。模型数据、市场数据、地理数据、量测数据、故障录波、气象数据等电网信号业务进行监视发生异常或故障时进行处置方案和辅助决策推送至电网调度知识库评价后，电网调度运行决策算法模型对异常或故障事件进行事件化生成后自动下达操作任务执行命令。AI技术研究与应用实现了电网操作过程全数字化，业务实时可见、流程实时监控、结果自动反馈，提高了现场作业的标准化水平，缩短了业务处理时长。

(5)全模态仿真协同平台建设应用。针对集中式新能源场站，提出了基于数据-物理融合的新能源机组精准建模。如：基于数据-物理融合的光伏电站精准建模。针对小容量分布式或新建光伏电站出力预测的问题，提出基于空间相关性的光伏主从预测技术；目前负荷模型仍采用简单模型或典型参数，仿真结论与实际运行情况存在出入，对电网仿真分析工作带来了不利影响。基于负荷精细化建模。随着能源互联网技术的不断深化，新型负荷元素接入电网，使得负荷侧呈现出电力电子化、随机性、智能化的新特点。为实现对电力用户负荷信息的在线量测，研发了负荷智能终端和智能平台。智能终端采集的数据用于负荷模型的在线修正。智能终端实时采集用户负荷电气信息，通过路由器和通讯基站将负荷信息上传至云平台，并进行数据处理及可视化展示。同时，智能终端还可接收和执行控制中心下发的负荷开断及功率调节等控制指令。

4 结束语

综上所述：基于数字化转型构建以新能源为主体的新型电力系统，首先以满足电力设备智能感知与信息采集需求，发展基于高可信、高精度、广集成、低功耗、微型化的各类智能化设备是配网数字化转型的基础；其次以满足海量数据采集、分析、应用、决策需求，发展符合未来数字化电力业务的应用系统是配网数字化转型的必由之路和先行之举，如可信操作系统、云边协同框架、电网资源业务中台、PMS等软件系统；最后结合电力作业流程数字化，提升“站—线—变”关键节点的数字化水平，增强配网调控能力和安全性，提升整体运行效率，实现“两碳”目标。