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新型电力系统@了元宇宙

2022-11-18 15:12来源:中国能源报作者:龙玉江关键词:储能安全储能系统新型电力系统收藏点赞

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2021年3月,中央财经委员会第九次会议提出“要构建清洁低碳安全高效的能源体系,控制化石能源总量,着力提高利用效能,实施可再生能源替代行动,深化电力体制改革,构建以新能源为主体的新型电力系统” 。新型电力系统以最大化消纳新能源为主要任务,是未来我国新型能源体系的主体,将从根本上改变我国能源行业发展格局。

新型电力系统是高比例新能源、高度电子化、宽频域振荡的电力系统,电源、电网、负荷、储能各个环节通过电力流和信息流耦合联动,并与外界进行能量和数字交互,拥有全域互联、高效感知、海量数据分析、智能化决策能力,具有低碳高效、安全可控、柔性开放、智能交互、价值创造的特征。构建新型电力系统,如何实现系统的安全稳定运行将是一个非常复杂的问题,要求电网积极探索“源网荷储”深度联动的系统发展路径,寻求新一代信息技术的有效支撑。而元宇宙技术作为数字孪生技术、5G、云计算、XR、人工智能、区块链、大数据等技术的集大成者,能够更高效的赋能新型电力系统建设,助力能源系统的低碳转型和可持续发展,为实现碳达峰碳中和目标提供强大动力。

一、“电网元宇宙”支撑能力

元宇宙技术强调以全息构建、全息仿真、虚拟世界与真实世界融合为基础实现“虚实双向交互”,其关键价值在于深度赋能经济和社会发展。当前电网数字化转型升级正处于高速发展阶段,不少场景数字化建设取得了一定的成果,但在电力调度运行、电网暂态实时互动等方面存在不足。推动元宇宙技术高度融入电力网络,构建物理电网在虚拟空间完整映射与实时互动的“电网元宇宙”,通过电网状态智能感知和数据采集实现“由实向虚”,通过智能分析、科学决策、实时优化运行控制实现“由虚向实”,能够加强电网感知、决策、控制能力,提升清洁能源消纳能力,推进智能输电、配电、用电领域升级,为全方位应对新型电力系统建设带来的运行复杂性和安全风险挑战做好准备。

(一)提升电源侧功率预测能力

一方面,发电功率预测是新能源电网端进行场站控制,保障新能源电力安全接入电网的必要前提,另一方面,国家能源主管部门正持续加强对新能源功率预测的考核,功率预测准确性成为影响电站盈利能力的重要因素。因此,精确的功率预测有利于电网调度部门的决策,进而减少弃风、弃光、极端天气、设备故障、电磁干扰等导致的发电损失和系统稳定性问题,增强新能源场站的市场竞争力。通过机器学习、AI技术、数据清洗技术等元宇宙相关技术的应用,“电网元宇宙”可将NWP数据、新能源运行实测数据和新能源地理信息数据等进行整合,建立“算法模型”,提升新能源场站出电的可预测性。

(二)挖掘电网侧海量数据潜力

随着新型电力系统中电网规模的持续扩大和新能源的大量接入,电力生产的计量和管理变得更加复杂,电网由单纯的电力输送网络转变为能源综合利用平台。电网复杂化、潮流概率化、电网利用率下降等问题凸显,“电网元宇宙”将深挖电力数据潜力,进一步加强电网省间互联互通,助力电网向有源供电网络、交直流混合柔性电网﹢智能微电网等多种形式并行发展,为电网带来更深层次的主、配电网融合和更大的优化空间。

(三)扩大负荷侧响应广度深度

新型电力系统调控方式不同于传统,需要电网侧和负荷侧的双向协调互动,负荷侧调节的深度参与将对系统的稳定运行起到重要的作用。“电网元宇宙”应用前沿的通信技术和智能算法,消除负荷侧数据孤岛,构建智能化负荷管理系统,实现负荷用电需求预测、负荷精准调控和用户常态化、精细化的用能管理,从全业务范围、全区域广度、全时间尺度多个维度提升负荷侧响应能力。

(四)提升储能侧的储能安全

储能是电力系统中的特殊环节,是增强电网柔性的主要途径,可与源、网、荷等灵活组合。当前我国储能技术处于高速发展阶段,储能设施建设规模与新能源发展同频增长,单体储能项目装机规模快速增长加上应用场景的复杂化,储能侧安全问题凸显。“电网元宇宙”可依托人工智能、区块链、大数据等技术,赋能储能系统的实时远程监控、远程运维、故障诊断和自恢复、消防安全协调、大数据分析和可视化等场景。同时,赋能储能系统设计和策略优化,提升储能系统的经济效益。

二、“电网元宇宙”典型场景

(一)全息仿真智能化配网

配电网是电网的关键组成部分,由主站、通信系统、自动化监控终端设备组成,元宇宙技术可以构建全息仿真智能化配网,融合大数据、物联网、边缘计算,基于人工智能技术对采集到在线数据和离线数据、配电网数据和用户数据、电网结构和地理图形进行信息集成、归类治理、深度学习、决策调控,解决设备融合、智能感知、数据贯通、数字运维、主动抢修、能源消纳等问题,打造配网“元宇宙”的“数据全面采集、状态全面感知、业务全面穿透”生态体系,实现对配电网正常运行及事故情况下的监测、保护、控制、用电和配电管理的智能化管理,将配电网实现配电系统正常运行的智能化。

(二)XR沉浸式电力设备巡检与故障检测

通过表真孪生和肌理孪生进行虚实联动,打造XR沉浸式电力设备巡检与故障检测系统,可以在虚实结合的场景中实现安全、高效的电力设备远程智能巡检、设备实时故障检测、AR远程协同维修作业,利用元宇宙虚拟世界数字衍生替代真实世界中较难实现场景的特性可以根据预期目标模拟检修场景,从而实现运维检修策略向智能化的转变。

(三)区块链电力交易

区块链是未来价值互联网的核心基础设施之一,其核心应用价值在于建立信任,解决信息世界的信任问题,同时具有可追溯、公开透明、防止单点故障等优势。通过引入元宇宙区块链技术,搭建电力交易平台,为电力交易多方主体之间提供数据透明、数据溯源、数据互信服务;能够构筑可信、透明、高效的平台,为市场成员提供互信、自治、灵活的交易模式与体验,提升能源互联网的价值创造能力。在新型电力系统的电力交易市场中,区块链将成为发挥群体协作,协调参与者权利与义务的良好解决方案,在电力批发市场、电力零售市场、分布式发电市场化交易、电力衍生品交易、源荷互动电力交易、市场主体信用评价等方面具有潜在的应用场景。

(四)电网数据资产管理

数据作为数字经济的基础性生产要素,其资产化是数字经济能得以发展的关键环节。电力系统数据可信度高、数据量大、类型庞杂、价值性高,元宇宙技术可以帮助解决电力数据资产化管理和运营过程中标准、隐私、安全等方面出现的问题,实现数据更准确收集、更高效分析和更广泛应用,让数据资产价值创造和价值自由流转变得更加高效便捷。随着区块链基础设施、AR+VR设备、大数据、云计算等技术的进一步成熟,元宇宙将驶入“快车道”,虚拟世界的电网数字资产价值也将成几何倍数增长。

三、“电网元宇宙”应用展望

随着新一轮科技革命加速推进,“电网元宇宙”的底层数字技术将在电网发展规划、电力设备状态预测与诊断、电网运行实时分析控制、绿色电力交易、电网数据资产管理和运营等场景有更多的应用实践,逐步实现对物理电网优化与重构,深刻影响并构建绿色、安全、高效、经济的能源生态。

未来,通过开展元宇宙技术助力新型电力系统建设的研究,将对电网深度融入新型能源体系建设,推动能源绿色低碳发展,助力实现碳达峰碳中和目标提供有益参考。

文丨龙玉江,系贵州电网有限责任公司二级领军技术专家


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