覆蓋10萬千米架空輸電線路、28萬基輸電桿塔以及地形地貌地物等數(shù)據(jù)……將真實(shí)電網(wǎng)在數(shù)字空間以數(shù)字孿生的方式“變”一個“雙胞胎”出來，可能嗎？隨著今年一月我國首個全息數(shù)字電網(wǎng)建成，這樣的場景成為了現(xiàn)實(shí)。
自國家提出建設(shè)新型電力系統(tǒng)以來，我國電網(wǎng)企業(yè)在保障電力安全、滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展電力需求的大前提下，正在以超乎尋常的力度布局新一代數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)。而全息數(shù)字電網(wǎng)則是我國新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要試點(diǎn)，將推動電力系統(tǒng)的加速轉(zhuǎn)型升級，為我國乃至全世界通過數(shù)字技術(shù)提升系統(tǒng)安全運(yùn)行水平貢獻(xiàn)了新的技術(shù)方案。
有人說，“數(shù)字電網(wǎng)”是“雙碳目標(biāo)”背景下承載新型電力系統(tǒng)的最佳形態(tài)。能夠加強(qiáng)全網(wǎng)感知、決策、控制能力，提升清潔能源消納能力，緩解電力供需不確定并存帶來的電力平衡壓力。隨著信息化和數(shù)字化對電網(wǎng)的支撐和滲透，數(shù)字經(jīng)濟(jì)在電網(wǎng)中的體現(xiàn)越發(fā)明顯，數(shù)字技術(shù)結(jié)合電力業(yè)務(wù)場景有望激發(fā)更大的產(chǎn)業(yè)價值。
為何數(shù)字電網(wǎng)對新型電力系統(tǒng)建設(shè)有著如此重要的意義？全息數(shù)字電網(wǎng)的建成又結(jié)合了哪些最新技術(shù)？
萬物互聯(lián)、開放共享、數(shù)智驅(qū)動的數(shù)字電網(wǎng)
從概念上來說，數(shù)字電網(wǎng)以萬物互聯(lián)、開放共享、數(shù)智驅(qū)動為基本技術(shù)特征，是電網(wǎng)在數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展時代呈現(xiàn)出的一種新形態(tài)，增強(qiáng)了電力系統(tǒng)“可觀、可測、可控”能力，成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵載體。
那么，數(shù)字電網(wǎng)和新型電力系統(tǒng)之間存在著怎樣的關(guān)系？“十四五”時期，我國迎來能源高質(zhì)量發(fā)展的新階段，亟須加快推動能源產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級化和產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化進(jìn)程，探索能源行業(yè)與政府、上下游企業(yè)共同建設(shè)國家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，支撐國家工業(yè)體系現(xiàn)代化建設(shè)。這在客觀上要求電力等傳統(tǒng)能源產(chǎn)業(yè)將生產(chǎn)資料、知識信息等轉(zhuǎn)化為數(shù)字化生產(chǎn)要素，因而數(shù)字電網(wǎng)成為技術(shù)演進(jìn)與低碳需求升級驅(qū)動下，電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的一種新理念、新途徑和新思路。
從技術(shù)上看，數(shù)字電網(wǎng)是由物理電網(wǎng)、孿生電網(wǎng)和支撐技術(shù)共同構(gòu)成的電網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，采用“微型傳感﹢邊緣計算﹢數(shù)據(jù)融合”等技術(shù)，推動傳統(tǒng)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“全要素、全業(yè)務(wù)、全流程”的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
而從應(yīng)用上看，數(shù)字電網(wǎng)可以將生產(chǎn)、管理、運(yùn)營等一系列流程進(jìn)行有效集成并實(shí)現(xiàn)數(shù)字化和智慧化管理，提升了能源企業(yè)管控力、決策力和協(xié)同力，同時推動“云大物移智鏈”與能源產(chǎn)業(yè)鏈深度融合，成為能源產(chǎn)業(yè)與數(shù)字經(jīng)濟(jì)融合的核心紐帶。例如，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)可對企業(yè)管理流程進(jìn)行數(shù)字化推演，促進(jìn)企業(yè)運(yùn)作效率提升；計量自動化系統(tǒng)可釋放大量人力資源，流程機(jī)器人可替代大量生產(chǎn)管理流程等。
為“數(shù)字中國”注入“新電力”
在“數(shù)字中國”戰(zhàn)略引導(dǎo)下，數(shù)字科技加速了電網(wǎng)信息化建設(shè)進(jìn)程，“數(shù)字新基建”項(xiàng)目不斷在電網(wǎng)運(yùn)營管理中落地。那么，數(shù)字電網(wǎng)具體如何建設(shè)？其實(shí)，這是個傳統(tǒng)物理電網(wǎng)的數(shù)字化、智能化、互聯(lián)網(wǎng)化過程。當(dāng)前海量的智能傳感器正全面部署到電網(wǎng)設(shè)備上成為敏感的“神經(jīng)末梢”，而強(qiáng)大的算力則成為系統(tǒng)的“最強(qiáng)大腦”。電網(wǎng)因此能時刻感知運(yùn)營狀態(tài)和內(nèi)外部環(huán)境，統(tǒng)籌全局快速作出決策和執(zhí)行決策。
具體來講，數(shù)字電網(wǎng)技術(shù)裝備將涵蓋“云、管、邊、端、芯”等環(huán)節(jié)，包含工控芯片、智能傳感、數(shù)字孿生、人工智能等基礎(chǔ)技術(shù)和元器件。其中，工控芯片設(shè)計、傳感元件、人工智能基礎(chǔ)芯片等既是數(shù)字電網(wǎng)面臨的“卡脖子”關(guān)鍵點(diǎn)，也是整個數(shù)字產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展面臨的瓶頸。由于數(shù)字產(chǎn)業(yè)覆蓋廣、深度大、技術(shù)更迭速度快、學(xué)科交叉融合大等特征，其科技創(chuàng)新難度持續(xù)上升、復(fù)雜度不斷加大。
在突破“卡脖子”層面，數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)將充分利用電網(wǎng)輸配電基礎(chǔ)設(shè)施的地理分布優(yōu)勢，加大5G基站、物聯(lián)網(wǎng)、分布式北斗基站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入，并充分利用電網(wǎng)企業(yè)在算力、算法和數(shù)據(jù)資源上的優(yōu)勢，探索與政府、上下游企業(yè)共同建設(shè)國家工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，支撐國家工業(yè)體系現(xiàn)代化建設(shè)，構(gòu)筑具備特大規(guī)模數(shù)字化服務(wù)能力的新型能源網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，惠及民生，提升對數(shù)字經(jīng)濟(jì)和數(shù)字中國建設(shè)的基礎(chǔ)支撐能力。
全息數(shù)字電網(wǎng)應(yīng)用前景廣闊
進(jìn)入新時期，提高電網(wǎng)數(shù)字化水平是數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然要求，也是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、促進(jìn)能源清潔低碳轉(zhuǎn)型的現(xiàn)實(shí)需要。面對新形勢、新需求，不斷提升電網(wǎng)智能化水平，拓展新的應(yīng)用場景，定能確保電力穩(wěn)定供應(yīng)，更好滿足民生需求，更好服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展大局。
而全息數(shù)字電網(wǎng)作為新型電力系統(tǒng)建設(shè)的一個重要試點(diǎn)，就為我國乃至全世界通過數(shù)字技術(shù)提升電網(wǎng)安全運(yùn)行水平貢獻(xiàn)了新方案。
那么，“全息數(shù)字電網(wǎng)”又如何定義呢？它相當(dāng)于一個高精度的三維數(shù)字“沙盤”，可在虛擬世界實(shí)現(xiàn)物理電網(wǎng)的仿真模擬推演，并結(jié)合歷史數(shù)據(jù)對物理電網(wǎng)的狀態(tài)進(jìn)行分析和預(yù)判，有效提升安全隱患、線路故障的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)急處置能力，推動電網(wǎng)從“被動運(yùn)維”向“主動運(yùn)維”轉(zhuǎn)變。比如，利用激光點(diǎn)云遙感成像技術(shù)建構(gòu)電網(wǎng)周邊區(qū)域三維場景，實(shí)時監(jiān)測環(huán)境變化；依托平臺模擬大風(fēng)雨雪冰凍天氣場景，提前研判氣象災(zāi)害對于鐵塔等設(shè)施的影響等。
比如全息數(shù)字電網(wǎng)在江蘇的建成，就相當(dāng)于給全省電網(wǎng)裝上了“千里眼”，巡檢作業(yè)人員足不出戶，即可實(shí)時掌握無人機(jī)的適航區(qū)域、飛行軌跡、被檢設(shè)備、巡檢影像等現(xiàn)場實(shí)際工況，完成一座鐵塔的全面巡檢僅6分鐘，比人工操作無人機(jī)巡檢耗時減少一半，效率比傳統(tǒng)人工巡檢提升4到6倍。
作為基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化的新探索，全息數(shù)字電網(wǎng)應(yīng)用前景廣闊。例如，系統(tǒng)可將高精度三維地圖數(shù)據(jù)共享至光伏發(fā)電、風(fēng)電、水力、通信運(yùn)營鐵塔、輸油輸氣廊道等應(yīng)用領(lǐng)域。通過“數(shù)字電網(wǎng)+人工智能+AI算法+5G+北斗地圖導(dǎo)航”，人們可以在實(shí)時共享數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上找到最優(yōu)路徑，也可以在車聯(lián)網(wǎng)平臺上看到充電網(wǎng)絡(luò)信息，為新能源汽車找到最佳充電位置，獲得更好的出行體驗(yàn)。
結(jié)語
在碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)下，“十四五”期間我國電力系統(tǒng)將向高比例新能源接入、高比例電力電子裝備接入，以及骨干電網(wǎng)與區(qū)域電網(wǎng)、局域網(wǎng)、微網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的可持續(xù)綜合能源電力發(fā)展模式轉(zhuǎn)型。這意味著電力系統(tǒng)的核心——電網(wǎng)不僅要有“量”的增加，還要有“質(zhì)”的變革。
而從數(shù)字電網(wǎng)再到全息數(shù)字電網(wǎng)的建設(shè)與嘗試，則是推動電力系統(tǒng)變革的重要力量。總體來看，數(shù)字電網(wǎng)是我國能源技術(shù)革命與能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型中的“先導(dǎo)者”與“生力軍”，其建設(shè)既是當(dāng)前我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的迫切需求，也是在能源領(lǐng)域落實(shí)數(shù)字中國重大戰(zhàn)略的關(guān)鍵舉措。以數(shù)字電網(wǎng)的建設(shè)為契機(jī)，全面貫徹數(shù)字能源新發(fā)展理念，促進(jìn)我國能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，推動能源產(chǎn)業(yè)變革，對碳達(dá)峰碳中和、建設(shè)美麗中國、構(gòu)建清潔低碳安全高效的新型能源體系均具有重要而深遠(yuǎn)的意義。
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