黄冬梅：双碳背景下时空大数据研究及应用

“新型的电力系统是实现30、60的前提和基础，新型电力系统结构由原来稳定的火力发电为主导，转为受气象驱动的新能源发电为主导，将面临颠覆性的挑战。”上海电力大学副校长黄冬梅在第十五届（2021）国际太阳能光伏与智慧能源（上海）大会-第五届能源互联网技术与应用高峰论坛上的发言。

直播专题：SNEC第十五届(2021)国际太阳能光伏与智慧能源(上海)大会

非常感谢SNEC能源互联网的主办方，尤其是林教授，他是在数字中国一个能源互联网的峰会上听我的报告，非常热情的邀请我来，我刚才听到讲石参讲到我们能源互联网已经坚持了15年，15年的坚持我们看到了今天的高度，能源互联网是能源清洁化、电力数字化最好的结合点，这就是15年坚持迎来了今天的30、60，我们看到的千数、万数的这样一个局面的到来。

我今天讲的就是聚焦点和落脚点，刚才聆听了党中央在各行各业对碳达峰、碳中和一些宏观上的理念和要求，我的第一个报告就响应主持人的号召，要讲每一个人、每一个单位、每一个科研团队对双碳目标的实现，我们的贡献，所以仅仅是跟大家做一些交流。

新型的电力系统是实现30、60的前提和基础，新型电力系统结构由原来稳定的火力发电为主导，转为受气象驱动的新能源发电为主导，将面临颠覆性的挑战。不同的气象条件下电网运行模式差异是巨大的，需要通过数字化、智能化的手段，结合电力时空信息技术进行深度的融合。大数据的分析能够挖掘多系统、多主体的关联、因果关系，在信息充分对称的条件下实现源、网、荷、储的高度协同。

上海电力大学有很多优秀科研团队，由于我个人研究的背景所限制，不能很全面的介绍上海电力大学在双碳的到来的时期，我们众多的研究成果，因此我只能反映一些我个人领导的团队聚焦的一些研究的小点。

我本人率领的团队拥有电气、海洋、计算机、信息多学科跨领域的交叉团队，因为我前20年是在上海海洋大学工作，后面是到了上海电力大学做小拊掌，所以天然的优势，我有20多年在海洋领域大数据信息化的工作经历，所以到了电力大学以后又把我们的电力和海洋结合，所以也像SNEC能源互联网这个举办方一样，坚持了15年，我也坚持了20多年。一

在这样一个背景下，以大数据为媒介，串联构成能源电力数据链，围绕国家海洋新能源大规模开发利用，以及电网数字化体系构建的重大前景，我们做了一些工作，通过数据的获取、传输、存储、挖掘与应用，实现电力时空大数据的智能感知与协同处理，将大数据的价值发挥到最大化，应用到电力物联网，智能微电网以及海岛微网的多个场景。

下面介绍一下我们的研究成果，通过多年的研究，我们构建了电力时空大数据感知与协同处理系统，协同非常重要，从国家层面上要协同，因为不同的区域之间，不同的重点行业和领域之间，如果是一窝蜂、一刀切的，双碳将面临重大挑战。所以在推进双碳过程中不能急推也不能胡推也不能硬推，从国家层面是大的协同，但是从科学研究上也一样要讲究协同，协同就是利用空、天、地、海一体化的侧网，实现对配电网以及外部环境进行量测，对电网外部的风、温、流场的数据进行信息融合、协同繁衍，实现对电网故障的外因建模，借助配电网的测量数据对内因建模，利用多尺度的协同建模与计算，为配电网的安全与运维提供决策支持。

我下面从时空大数据的挖掘、输电线路规划、并行计算、仿真平台，智能微电网示范项目五个方面展开。

针对不同的来源、不同格式、不同分辨率，这是在我们时空大数据中必须要了解的一个数据类型，我们进行时空大数据挖掘和分析的时候必须采用多模态的时空大数据融合方法，我们解决了多模态数据融合时信息会丢失等问题，通过构建多要素的是否序列预测模型，我们解决了海浪要素，从动态、不确定甚至包括相互冲突的数据中整合信息，获取对复杂情景的深层理解，应用于海洋、新能源、功率预测等方面，我们也取得一系列的成果，有高水平质量的论文、专利，并获得了国家重大研发的支持。这里我想强调一个故事，我是在数字中国论坛中也去到现场去看了一家海上风电运维的公司，公司老总跟我讲，我们的风电现在已经做的非常成熟，但是在发展中远海风电这块还是拍脑袋的，我们一定要考虑海底地形以及不同的位置，还有不同的环境要素的影响。但是我们现在基本就是静岸是多少预算，我们拍脑袋×1.5来进行投入，这样投入下面就有可能在大批推动的过程中把风电建起来了，但是后面的运维成本以及要收回的成本都没有考虑，但是如果前期在走向中远海的时候，我们可能会针对不同的区域、不同的地形、不同的环境科学的预测、科学的选址。

未来的新型电力系统包括了大规模的风电场，海南在大力发展风电的时候他们是不允许发展的时候，他们觉得是影响了海洋的生态，但是现在看来由于前期为了保护而保护，而没有想到科学开发和合理的保护相结合，可能在双碳的背景下对海南来说，这么大的海洋资源并没有做很好的积累。所以我月的我们的研究对这方面来说是一个比较前沿性的先期介入了。

未来的新型电力系统包含了大规模的风电场、光伏电站、海洋能电站等可再生能源电站，地理条件因素的影响逐渐加大，必须需要精细化的建模，建设规划输电线路，我们团队是运用复杂的地理条件下，输电线路规划方法，基于GIS对地形、坡度、用电类型、覆冰、灾害地理环境因素进行变化，量化了输电线路路径规划过程中复杂的地理信息，构建了输电线路路径优化模型。我们在高水平的期刊上发表了多篇的论文，也在科委的项目中得到了支持。

为了提高大尺度的遥感数据分析和处理的服务响应效率，针对时间、高复杂度、空间超大规模计算问题，我们面向CPU+GPU这种异构体系结构的集群，运用适合于超大规模的并行计算，对大容量火力发电机组、核电机组、高电压等级的输电等成本高、危险性大的场景进行仿真验证和动态调度，我们也发表了多篇高水平的论文。在前期的理论研究基础上，我们还与国网信通产业集团开发了电力时空信息检测虚拟仿真平台，为实时的电力调度提供准确的电力时空信息定量化的参数。我们要为国家尽快的提供能够满足双碳需要的新型的人才，这是我们高校不可推卸的责任，如果我们现在在大学里经过四年的本科教育，三年的研究生教育和多年的博士教育，出来以后还是传统的技术的培养、理论的培养，我们是没有办法为国家的双碳提供新鲜的血液。我在大学里面主要分管人才培养，我个人的科学研究没有放弃，但是我的主要责任是在人才培养。我们在本科生人才培养方案当中，我们今年年初要求各学院在内涵升级中把双碳围绕着需要的新的课程已经纳入了我们的培养方案，希望在座的各位企业在招聘上海电力大学学生的时候，要相信我们是与时俱进的，能够满足国家对交叉人才的需求，我们是及时的，是匹配的。这个案例现在目前正在申报上海市一流仿真精科，也动员一下我们在座的各位校友各位企业和我们高校多合作，因为把你们的技术，你们的成果应用于我们的人才培养中，就奠定了未来你们潜在的用户。他们一毕业就知道你们企业，他们一毕业就学会用你们的平台，所以这样的一个机会就是国家强调的产教融合的重要性。

我们正在推进的一些工作，针对海洋新能源电站宏观与微观选址问题，通过综合考虑多种海洋要素，多个场景模型，初步划分为四个层面进行优化，将海洋因素真正融入到新能源发电技术中，以海风电为力，通过选空间立体建模，通过协同分析，运用多目标多层次优化决策的方法进行宏观的风电场选址与单个风电机组的微观选址。第二我们正在推进的工作是针对未来风电由岸边走向海上，由近海走向远海的发展方式，我们将通过风电机组电气时空信息与海洋气象信息融合交叉，对整个风电场进行可靠性评估，制定智能化运维策略，提高风机可靠性和风场发电效应。将对新型电力系统发展带来的系问题，拟解决沿海特大城市，因为我们的沿海特大城市大部分都是经济高度发展的城市，所以对于它的预警是必须高度重视，通过特大城市电网气象灾害预警模型，构建天地海一体化电力时空信息获取与感知系统，将突破低延时、云边端计算，信息汇聚等关键技术，形成具有人工智能计算的时空信息获取管理与高效能协同计算平台。第四个方向，针对电力数据海量多元高维并发的特点，我们将解决数据成本高、管理难、易篡改的问题，我们目前我们团队正在于万象区块链，这是上海区块链的一个谷，这里面也聚焦了众多区块链的公司，我们和他们公司进行联合科技攻关，面向电力数据资产的保证和溯源需求，开展区块链技术驱动下的电力大数据的可信共享，实现数据的可用不可见。第五是聚焦在对电网企业数字化转型成熟评价，我们将在数字化转型成熟度评价对于电网企业的重要意义，研究基于电网企业实践的数字化转型成熟度评价模型和指标体系与测量机制，这个研究成果将对政府部门、能源行业、电网管理部门的合理配置资源，降低成本以及风险预警具有重要的指导意义。

最后围绕双碳战略，基于时空大数据基础进行双碳评价指标体系研究，综合考虑区域、行业、重点企业对监测对象的碳排放总量，能源消费强度，碳排放强度等因素，深入研究不同类型能源供给碳排放规律，构建电力低碳变化测算模型，实现区域能源碳排放情况的精准刻画，动态监测和全面分析，助力单个省份和部分区域电力的碳达峰，目标和碳中和的实现。

（发言为北极星电力网根据速记整理，未经本人审核）