劉康先

(廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司南寧供電局，南寧 530000)

0 引 言

數(shù)字轉(zhuǎn)型技術(shù)是新型電力系統(tǒng)中應(yīng)用的一種全新的數(shù)字化技術(shù)，數(shù)字轉(zhuǎn)型技術(shù)將有力推進了新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建[2-3]。一方面數(shù)字轉(zhuǎn)型技術(shù)更加有效的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，應(yīng)用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能邊緣計算等新一代數(shù)字化技術(shù)高速和快捷的處理了新型電力系統(tǒng)中龐大的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時數(shù)字轉(zhuǎn)型技術(shù)還具備多元和超強的運算能力，保證了新型電力和運算能力的深度密切融合，從電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)的數(shù)字賦能到新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建中，從而保證構(gòu)建的較大規(guī)模新型電力系統(tǒng)的安全、可靠、高效性等；另一方面數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)為新型電力系統(tǒng)構(gòu)建奠定了數(shù)字化基礎(chǔ)搭建技術(shù)，在新型電力系統(tǒng)構(gòu)建中起到樞紐、平臺的作用[4]。使電網(wǎng)服務(wù)從以“優(yōu)質(zhì)電力”為核心的主營業(yè)務(wù)拓展到以“強大算力”為核心的數(shù)字產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，為企業(yè)帶來全方位的變革，文中針對新型電力電力系統(tǒng)構(gòu)建面臨的問題提出12種數(shù)字化賦能關(guān)鍵技術(shù)和5種基于常見的數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型布局。

圖1 新型電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)總體發(fā)展框架圖

1 數(shù)字化轉(zhuǎn)型的特征

數(shù)字化轉(zhuǎn)型是充分利用數(shù)字化技術(shù)控制業(yè)務(wù)、流程和服務(wù)的根本性變革。它有以下三個特點。

(1)靈活高效的敏感體系結(jié)構(gòu)。敏感體系結(jié)構(gòu)是一種IT體系結(jié)構(gòu)，它可以快速響應(yīng)業(yè)務(wù)變化，通過敏捷開發(fā)持續(xù)交付，并靈活支持上層應(yīng)用程序創(chuàng)新[5]。

(2)按照由“量測-控制”模式實施數(shù)字物理深度耦合。數(shù)字物理深度耦合關(guān)系圖如2所示。

圖2 數(shù)字物理深度耦合關(guān)系圖

(3)數(shù)字化轉(zhuǎn)型將促進企業(yè)的根本變革。數(shù)字化轉(zhuǎn)型不僅是數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，還創(chuàng)造了新的數(shù)字化應(yīng)用場景，其中數(shù)字化場景仿真系統(tǒng)框架圖如3所示，并為電網(wǎng)帶來了全方位變化。

圖3 數(shù)字化場景仿真系統(tǒng)框架圖

2 新型電力電力系統(tǒng)構(gòu)建面臨的問題

隨著電源主體發(fā)生了本質(zhì)變革，新型電力系統(tǒng)將主要面臨電力電量平衡、系統(tǒng)支撐機理、源網(wǎng)荷儲多要素協(xié)同、碳減排碳評估及電碳耦合模式，以及政策機制五個方面的關(guān)鍵問題。

(1)源荷雙側(cè)隨機波動影響電力電量平衡。新型電力系統(tǒng)需要同時面對供需雙側(cè)的巨大變化，新能源出力的強隨機性、波動性和用電負荷的日益尖峰化都給電力電量平衡帶來了巨大的挑戰(zhàn)，其中新能源出力隨機波動與新能源負荷尖峰化指標量化表見表1。新能源傳統(tǒng)的源、荷實時平衡模式難以為繼，重新構(gòu)建源、荷、儲三者參與的非實時電力電量平衡模式，確?？煽俊⒏咝?、靈活的電力供應(yīng)，是必須解決的核心問題之一。

表1 新能源出力隨機波動與新能源負荷尖峰化指標量化表

(2)適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的支撐技術(shù)機理還需明確。新能源接入至電壓支撐較弱、短路比不足的交流系統(tǒng)，無法實現(xiàn)鎖相同步；電力電子裝置的快速響應(yīng)特性，帶來寬頻振蕩等與電力電子相關(guān)的新穩(wěn)定形態(tài)。

(3)電力系統(tǒng)多要素協(xié)同互動能力亟需提升。除了傳統(tǒng)的電源、輸電網(wǎng)、配電網(wǎng)、負荷等要素外，儲能將成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵要素，為電力系統(tǒng)提供毫秒到數(shù)天的寬時間尺度上的靈活雙向調(diào)節(jié)能力。

為了獲取最佳的模型組合,通過設(shè)定隨機森林中樹的個數(shù)以及樹的深度的雙層循環(huán)來訓(xùn)練數(shù)據(jù),根據(jù)總體準確率進行倒序排列選擇優(yōu)秀參數(shù)組合。循環(huán)參數(shù)范圍選擇規(guī)則如下:①對于樹的深度我們選取結(jié)果比較穩(wěn)定的(10,20)這個區(qū)間;②隨機森林中樹的個數(shù)太少,會使結(jié)果不具代表性,樹的個數(shù)太大又會使模型太過逼近訓(xùn)練數(shù)據(jù)的分布,反而喪失了在預(yù)測時的準確率。文獻[13]建議,隨機森林分類性能最接近最優(yōu)時樹的數(shù)量為100左右,同時考慮模型的復(fù)雜程度與運算時間,我們將樹的個數(shù)選擇在了(80,120)之間。

(4)碳減排、碳評估及電碳耦合模式亟需完善。電網(wǎng)在電力系統(tǒng)碳計量和評估的作用未被挖掘，電力系統(tǒng)碳減排技術(shù)欠缺，碳市場和電力市場關(guān)系不明確，未建立耦合機制[7]。

(5)政策、機制還需健全。新能源電力系統(tǒng)背景下，相關(guān)的價格、市場、交易等政策和機制不夠完善。

3 數(shù)字化轉(zhuǎn)型賦能構(gòu)建新型電力系統(tǒng)

針對新型電力系統(tǒng)面臨的充裕性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性、綠色低碳、政策機制五大主要技術(shù)挑戰(zhàn)，匹配了新型儲能、電力氣象、綠電制氫及電氫綜合利用、需求響應(yīng)、“雙高”電力系統(tǒng)仿真分析、電力電子設(shè)備主動支撐、靈活直流組網(wǎng)、新一代調(diào)控系統(tǒng)、電力市場、CCUS、碳減排/評估及電碳耦合等12項關(guān)鍵性數(shù)字化技術(shù)，其中匹配數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)關(guān)系圖如4所示。

圖4 數(shù)字化轉(zhuǎn)型匹配技術(shù)關(guān)系圖

在數(shù)字化平臺的推動下，新型電力系統(tǒng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型也成為必然趨勢，通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了電力系統(tǒng)的智能化和數(shù)字化，全面開展數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及應(yīng)用，解決電力系統(tǒng)發(fā)、輸、變、配、送等五大環(huán)節(jié)各要素的數(shù)字感知問題，讓電力系統(tǒng)實現(xiàn)了可預(yù)、可觀、可調(diào)、可控。其中數(shù)字化轉(zhuǎn)型關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用包含以下方面：

(1)傳感布局與精準映射。針對電力系統(tǒng)發(fā)、輸、變、配、送等五大場景的電氣量、環(huán)境量、狀態(tài)量、空間量、物理量、行為量等特征參量采用先進的傳感器、控制和軟件應(yīng)用程序和充分利用云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)從局部感知量向全局的確定性精準映射轉(zhuǎn)變，從單純物理量的分析研判進行轉(zhuǎn)變，從電力物理系統(tǒng)的機理模型仿真和數(shù)據(jù)模型的信息物理耦合仿真預(yù)測轉(zhuǎn)變。

(2)5G研究與應(yīng)用。5G技術(shù)應(yīng)用于新型電力系統(tǒng)中不僅可以提升大電網(wǎng)源網(wǎng)儲互動能力，還能夠提升用戶供需互動能力和傳感信息的采集能力。目前5G研究與應(yīng)用如：5G+數(shù)電力線路在線檢測、5G+配電網(wǎng)保護、5G+精準負荷控制、5G+短路電流計算分析、5G+智慧變電、5G+虛擬測量平臺、5G+柔性負荷等。

(3)衛(wèi)星數(shù)據(jù)體系建設(shè)應(yīng)用。衛(wèi)星數(shù)據(jù)體系廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通訊、電力工程規(guī)劃、電網(wǎng)設(shè)備的遙感、氣象、設(shè)備和用戶故障的定位、衛(wèi)星體系等。

(4)AI技術(shù)研究與應(yīng)用。模型數(shù)據(jù)、市場數(shù)據(jù)、地理數(shù)據(jù)、量測數(shù)據(jù)、故障錄波、氣象數(shù)據(jù)等電網(wǎng)信號業(yè)務(wù)進行監(jiān)視發(fā)生異常或故障時進行處置方案和輔助決策推送至電網(wǎng)調(diào)度知識庫評價后，電網(wǎng)調(diào)度運行決策算法模型對異常或故障事件進行事件化生成后自動下達操作任務(wù)執(zhí)行命令。AI技術(shù)研究與應(yīng)用實現(xiàn)了電網(wǎng)操作過程全數(shù)字化，業(yè)務(wù)實時可見、流程實時監(jiān)控、結(jié)果自動反饋，提高了現(xiàn)場作業(yè)的標準化水平，縮短了業(yè)務(wù)處理時長。

(5)全模態(tài)仿真協(xié)同平臺建設(shè)應(yīng)用。針對集中式新能源場站，提出了基于數(shù)據(jù)-物理融合的新能源機組精準建模。如：基于數(shù)據(jù)-物理融合的光伏電站精準建模。針對小容量分布式或新建光伏電站出力預(yù)測的問題，提出基于空間相關(guān)性的光伏主從預(yù)測技術(shù)；目前負荷模型仍采用簡單模型或典型參數(shù)，仿真結(jié)論與實際運行情況存在出入，對電網(wǎng)仿真分析工作帶來了不利影響?；谪摵删毣?。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷深化，新型負荷元素接入電網(wǎng)，使得負荷側(cè)呈現(xiàn)出電力電子化、隨機性、智能化的新特點。為實現(xiàn)對電力用戶負荷信息的在線量測，研發(fā)了負荷智能終端和智能平臺。智能終端采集的數(shù)據(jù)用于負荷模型的在線修正。智能終端實時采集用戶負荷電氣信息，通過路由器和通訊基站將負荷信息上傳至云平臺，并進行數(shù)據(jù)處理及可視化展示。同時，智能終端還可接收和執(zhí)行控制中心下發(fā)的負荷開斷及功率調(diào)節(jié)等控制指令。

4 結(jié)束語

綜上所述：基于數(shù)字化轉(zhuǎn)型構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，首先以滿足電力設(shè)備智能感知與信息采集需求，發(fā)展基于高可信、高精度、廣集成、低功耗、微型化的各類智能化設(shè)備是配網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)；其次以滿足海量數(shù)據(jù)采集、分析、應(yīng)用、決策需求，發(fā)展符合未來數(shù)字化電力業(yè)務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)是配網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必由之路和先行之舉，如可信操作系統(tǒng)、云邊協(xié)同框架、電網(wǎng)資源業(yè)務(wù)中臺、PMS等軟件系統(tǒng)；最后結(jié)合電力作業(yè)流程數(shù)字化，提升“站—線—變”關(guān)鍵節(jié)點的數(shù)字化水平，增強配網(wǎng)調(diào)控能力和安全性，提升整體運行效率，實現(xiàn)“兩碳”目標。