與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，新型電力系統(tǒng)受新能源隨機(jī)性、波動性、間歇性特點(diǎn)的影響，其系統(tǒng)調(diào)節(jié)資源需求大，在持續(xù)可靠供電、電網(wǎng)安全穩(wěn)定和生產(chǎn)經(jīng)營等方面將面臨重大挑戰(zhàn)。近日發(fā)布的《南方電網(wǎng)建設(shè)新型電力系統(tǒng)行動方案(2021—2030年)白皮書》明確提出要加快數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)，提升數(shù)字電網(wǎng)運(yùn)營能力，確保面向千萬級新能源客戶的高效服務(wù)水平，支撐以海量新能源為主體的新型電力系統(tǒng)運(yùn)行管理及控制。
新型電力系統(tǒng)建設(shè)的要求必然給電網(wǎng)運(yùn)維方式帶來巨大的挑戰(zhàn)與變革。以云大物移智為代表的數(shù)字技術(shù)是電網(wǎng)生產(chǎn)領(lǐng)域數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)支撐，將顯著提升電網(wǎng)透明化水平，提升能源供給環(huán)節(jié)的質(zhì)量與效率，保障高比例新能源接入后的新型電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。
高精度數(shù)字化建模構(gòu)建數(shù)字電網(wǎng)的空間基礎(chǔ)
隨著三維量測技術(shù)的發(fā)展，以南方電網(wǎng)公司為代表的電力企業(yè)利用傾斜攝影和三維激光掃描技術(shù)，規(guī)模化開展了輸電、變電、配電等設(shè)備資產(chǎn)的高精度三維建模。目前通過實(shí)景三維重建技術(shù)可以獲得精度優(yōu)于1毫米的空間物理模型，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)實(shí)物資產(chǎn)向數(shù)字資產(chǎn)轉(zhuǎn)化，全方位獲得電網(wǎng)設(shè)備的高精度空間坐標(biāo)，對電力規(guī)劃、基建、運(yùn)維、作業(yè)風(fēng)險管控等提供了精準(zhǔn)的空間基準(zhǔn)信息，為進(jìn)一步的數(shù)字孿生奠定了地理信息基礎(chǔ)。隨著新能源風(fēng)電、光伏場站的建設(shè)，高精度數(shù)字化建模技術(shù)可以復(fù)制到新能源建設(shè)及運(yùn)維領(lǐng)域，形成涵蓋發(fā)、輸、變、配、用一體化的全息、高清、高精的結(jié)構(gòu)化實(shí)體和電力能源數(shù)字空間，從較為單一的GIS數(shù)據(jù)升級為融合多源、異構(gòu)、多時態(tài)空間的數(shù)據(jù)，以滿足新型電力系統(tǒng)各類應(yīng)用和分析對空間信息的需求。
先進(jìn)傳感量測是實(shí)現(xiàn)物理電網(wǎng)數(shù)字化的基礎(chǔ)
新型電力系統(tǒng)將接入大量的新能源、電力電子裝備，電力系統(tǒng)對設(shè)備狀態(tài)、對外部運(yùn)行環(huán)境的感知能力有更高的要求，必然需要通過大量的傳感終端，實(shí)現(xiàn)智感、智測、智控，為新型電力系統(tǒng)的智能運(yùn)行奠定實(shí)物基礎(chǔ)。目前，對于主要電力設(shè)備已經(jīng)建立了系列化的檢測傳感手段，如油中溶解氣體傳感裝置、特高頻傳感裝置、SF6傳感裝置、接地電流傳感裝置、超聲流速傳感裝置、光纖壓力傳感裝置、微水傳感裝置、油中電場傳感裝置等，南方電網(wǎng)公司研發(fā)了系列化微型智能傳感器，電力系統(tǒng)的物聯(lián)體系也正在逐步建立。
隨著材料技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、新型通信技術(shù)、集成電路技術(shù)等的快速發(fā)展，以及光學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、電子學(xué)等學(xué)科深度滲透和融合，針對新型電力系統(tǒng)下節(jié)點(diǎn)繁多的高電力電子化的裝備，研發(fā)高精度、高可靠、快響應(yīng)、智能化、微型化的狀態(tài)傳感裝置是進(jìn)一步的重點(diǎn)研究方向。得益于上述各類新型傳感裝置的研發(fā)和廣泛應(yīng)用，對新型電力系統(tǒng)各類設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面感知也將成為現(xiàn)實(shí)。
無人化、少人化作業(yè)將是數(shù)字電網(wǎng)智能運(yùn)維的重要特征
新型電力系統(tǒng)的能源生產(chǎn)、供給將更為分散分布，尤其是海上風(fēng)電、陸上風(fēng)電、分布式光伏等，不再是單機(jī)組大容量設(shè)備。單純依靠傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的人工運(yùn)維方式，已經(jīng)無法滿足電網(wǎng)安全性的需要。設(shè)備的操作、巡視、檢修、帶電作業(yè)等將更依賴于無人化智能運(yùn)維技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)巡視智能化、操作程序化、檢修少人化、作業(yè)零風(fēng)險。
巡視智能化方面，機(jī)器人、無人機(jī)等先進(jìn)裝備將進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用，南方電網(wǎng)公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)全國規(guī)模最大的省域配網(wǎng)機(jī)巡自動駕駛，自動巡視作業(yè)將進(jìn)一步代替人工開展重復(fù)、低效的巡視作業(yè)，人工智能技術(shù)將更為深入地開展數(shù)據(jù)分析處理和巡視結(jié)果智能判斷；操作程序化方面，廣東中山220千伏光明站、佛山220千伏松夏站等一批示范站已經(jīng)建成，電力設(shè)備的自動化水平將進(jìn)一步提高，物聯(lián)網(wǎng)、激光測距、北斗定位等技術(shù)將進(jìn)一步融合，輔助開展程序化操作的判斷復(fù)核；檢修少人化方面，電力特種作業(yè)機(jī)器人將是重點(diǎn)研發(fā)方向，復(fù)雜環(huán)境下的作業(yè)機(jī)器人需求極為迫切，如高壓帶電作業(yè)機(jī)器人、風(fēng)機(jī)檢修機(jī)器人等。
多源信息融合的狀態(tài)監(jiān)測是數(shù)字電網(wǎng)智能運(yùn)維的關(guān)鍵
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測大多面向特定設(shè)備和特定監(jiān)測參量，各類監(jiān)測數(shù)據(jù)之間相互獨(dú)立、信息割裂。而在數(shù)字電網(wǎng)中，系統(tǒng)面臨的不確定性將顯著增加，新能源廣泛接入，設(shè)備節(jié)點(diǎn)更為豐富多元，信息與能源深度耦合。多源信息的融合對于設(shè)備狀態(tài)的精準(zhǔn)掌握將更為必要。
基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在電網(wǎng)生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，融合各類設(shè)備在線監(jiān)測、離線檢測、運(yùn)行工況、巡視維護(hù)、移動終端等數(shù)據(jù)，以及衛(wèi)星監(jiān)測、氣象、地質(zhì)、水文等環(huán)境信息，構(gòu)建電力設(shè)備全息狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全生命周期數(shù)據(jù)的完整獲取，全工況運(yùn)行參數(shù)的感知測量，全場景影響要素的信息交換，為設(shè)備的精準(zhǔn)管控奠定基礎(chǔ)。
基于大數(shù)據(jù)的數(shù)字孿生是數(shù)字電網(wǎng)智能運(yùn)維的必然趨勢
隨著數(shù)字化建模技術(shù)、先進(jìn)傳感量測技術(shù)、多源融合的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的廣泛應(yīng)用，必將構(gòu)建起越來越真實(shí)的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)集。依靠人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對狀態(tài)的科學(xué)評價，并逐步建立自動學(xué)習(xí)、持續(xù)迭代、自我完善的深度學(xué)習(xí)模型，實(shí)現(xiàn)知識的自我學(xué)習(xí)和成長，進(jìn)而對設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行判斷、預(yù)測、預(yù)警等，在數(shù)字世界推演電力系統(tǒng)運(yùn)行態(tài)勢將成為可能。
目前，基于大數(shù)據(jù)的電力設(shè)備數(shù)字孿生技術(shù)架構(gòu)已經(jīng)取得了階段性的成果。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G通信技術(shù)、新型傳感技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、人工智能等技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于電力設(shè)備的狀態(tài)評估中，初步形成了電力設(shè)備狀態(tài)評估數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用體系。然而，結(jié)合實(shí)際的業(yè)務(wù)需求以及現(xiàn)場的各種工況，數(shù)字孿生技術(shù)還面臨著傳感信息有限、數(shù)據(jù)復(fù)雜多樣融合度不高、數(shù)字孿生模型準(zhǔn)確性和普適性不足等一系列問題。這些問題在新型電力系統(tǒng)下將變得更為復(fù)雜。進(jìn)一步開展數(shù)值計算技術(shù)、多物理場耦合仿真的同時，開展基于知識協(xié)同、知識圖譜的模型構(gòu)建是提高數(shù)字孿生模型準(zhǔn)確性的有益探索。
得益于大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字電網(wǎng)智能運(yùn)維的技術(shù)架構(gòu)已經(jīng)初步成型，提升了電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行水平和設(shè)備健康水平。而新材料技術(shù)、量子通信技術(shù)、量子計算、芯片技術(shù)、融合人工智能和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等前沿技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，也必然會推動數(shù)字電網(wǎng)智能運(yùn)維技術(shù)不斷發(fā)展和完善，為新型電力系統(tǒng)建設(shè)提供更為堅(jiān)強(qiáng)的支撐保障。
(作者：南方電網(wǎng)電力科技股份有限公司機(jī)器人事業(yè)部總經(jīng)理 吳昊)
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