孙艺新 等 | 电网数字化智能化转型方向与技术策略
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电网数字化智能化转型方向与技术策略
孙艺新、刘素蔚、刘键烨、柳占杰
国网能源院
能源数字经济研究所
一、电网数字化智能化转型的形势分析
数字化智能化转型是科技革命和产业变革的发展方向，既符合党中央相关工作要求，也高度契合我国能源互联网建设运营的价值内涵和发展重点。
从新的需求形势判断，“十四五”是电网数字化跨越式发展、继往开来的重要机遇期，从总体来看，经过十多年的快速发展，电网的信息化建设成效显著，数字化智能化程度相对较高，为能源高质量发展奠定了坚实的发展基础。
一是电网数字化智能化转型是保障能源电力安全可靠供应的重要途径。电力系统“双高”“双峰”的特性日益明显，迫切需要电网更高水平利用数字化智能化手段，更好地促进源网荷储协同互动，解决电网安全稳定运行难题。
二是电网数字化智能化转型是实现“双碳”目标和构建新型电力系统的迫切需求。强化数据采集、传输和存储，增强各环节连接、计算和协同能力，真正实现全网透明化，寻找技术经济最优解，以数字化智能化转型有效推动碳减排加速。
三是电网数字化智能化转型是把握能源革命与数字革命相融并进新机遇的战略选择。无论是适应生产侧可再生能源大规模高比例并网要求，还是支撑消费侧分布式能源、储能、电动汽车等交互式、移动式设施广泛接入，都需要数字化智能化技术支撑赋能，推动电网向更加智慧、更加友好的能源互联网升级。
四是电网数字化智能化转型迎来了我国加快发展数字经济和新基建的政策机遇。电网作为能源转换利用和输送配置的枢纽平台，有责任抓住数字经济与新基建的发展机遇，充分释放规模经济与网络效益优势，促进电力供需更平衡、资源配置更优化。
二、电网数字化智能化转型的现状及问题分析
从当前电网发展现状看，经过十多年的快速发展，电网信息化建设成效显著，为能源高质量发展奠定了坚实的数字化发展基础。一是数字化基础设施建设初步实现了对电网生产运营赋能的全面覆盖，建成一体化信息系统和能源数据中心，实现业务平台和基础能力平台的多级部署与应用。二是电力数据要素加速融通，价值挖掘与应用推广初具规模并彰显潜力，实现电力大数据的实时采集、汇聚和加工，有效满足电网建设和社会服务需求。三是电网传统业务数字化转型成效显著并向标准化、精益化持续延伸，全面支撑发、输、变、配、用全能量过程和规划、采购、运行、检修等全供应链环节的业务集约化管理。四是电网数字化智能化核心技术创新呈现多点突破态势并加速推进，初步实现了人工智能、传感、5G、北斗和芯片等新型数字技术在能源电力领域的融合应用。从存在的问题分析判断，电网数字化智能化转型已不再是简单的数字技术应用，而是融合技术、业务、管理、机制等要素的综合性工作，需要统筹加速电网业务变革、流程变革、动力变革，目前存在以下不足：一是支撑电网数字化智能化转型的政策、法规、标准等有待完善建立。在数据资源的利用与管控、数字基础设施的共建与共享、数字商业模式的推广与收益分配等多个方面，相关政策法规还存在系统性设计和持续性优化的短板。二是数字化智能化对电力系统清洁低碳发展的支撑仍需加强。面对能源安全保供、大规模新能源消纳、智慧用能等新挑战，电网资源配置能力、系统平衡能力和清洁能源消纳能力需要进一步加强。三是先进数字技术与能源技术在电网领域的融合创新仍有不足。一方面，先进数字技术储备较少，基础性、前瞻性的数字技术在能源领域的应用不够；另一方面，数字技术与能源业务深度融合的关键核心技术研发布局不足，上下游产业链企业联合攻关不足。四是数据信息在源网荷储各环节及多能源品种之间缺乏有效融通。从渠道上看，数据信息未能在产业链各环节、上下游企业间实现高效连接，协同机制还有待完善；从应用上看，海量分散的数字化应用聚焦于解决企业内部治理问题，缺乏系统性的融合创新。五是电网数字基础设施建设力度仍需加大。一方面，云、中台等基础设施复用程度不高，未能充分实现向上下游企业的延伸、连接和贯通；另一方面，电力产业链的数字基础设施建设缺乏更顶层的规划协同，存在形成更大壁垒和“数据烟囱”的风险。
三、电网数字化智能化转型发展方向与特征分析
中共中央政治局第三十四次集体学习强调，促进数字技术与实体经济深度融合，赋能传统产业转型升级。结合电网数字化智能化发展面临的新形势、新问题，坚持走电网全方位、全环节的融合创新发展道路符合实际需要。参考各界专家学者的观点，本研究认为要从三个方面发力：一是发挥数字技术的透明化优势，着力打破壁垒、消除信息不对称；二是发挥数据要素与能量流、业务流的融会贯通优势，着力推动能源互联互通与市场主体灵活互动；三是发挥数字产业与能源电力产业深度耦合的优势，着力支撑电力生产消费配置的全方位转型。电网数字化智能化转型主要包括以下几个方向：创新利用数字技术与能源技术，增强电网安全稳定运营能力，提升电网在科学利用资源、高效配置资源等方面发挥更大的规模效应，推动电网向能源互联网转型，实现电网技术、形态、功能全方位升级，促进电网提质降本增效，畅通能源数字经济梗阻，激发各类资源要素互联互通，服务新型电力系统建设，服务能源绿色低碳转型，促进经济社会高质量发展和能源强国建设。（一）技术特征表现为“可观测、可描述、可控制”利用先进数字技术，实现状态全感知、设备全连接、数据全融合，打造精准反映、状态及时、全域计算、协同联动的电网数字孪生平台，在数字技术集成与业务融合过程中实现对电网的“可观测、可描述、可控制”。可观测即实现数据精准采集、全域共享，推动电力系统各环节各领域状态的全面感知；可描述即建立虚拟数字电网和实体物理电网的映射及联动关系，推动电力系统全环节在线、全业务透明；可控制即实现海量新能源设备和交互式用能设施的分层分级管理、参数可调可控、在线协同运行。（二）形态特征表现为“广泛互联、多流互融、智能互动”推动电网成为更加智能的新型能源基础设施，实现电网全域的“广泛互联、多流互融、智能互动”。广泛互联即源网荷储各类资源、电能与其他各种能源、电网及交通、物流、通信、应急等系统互联互通、共享互济；多流互融即数据流引领优化能量流、业务流、资金流等多流融合，实现资源的最优配置和业务的高效协同；智能互动即电力系统设备智能化水平持续提升，实现海量分散发供用对象智能协调，各类市场主体主动响应、双向互动，电力系统韧性、弹性和自愈能力增强。（三）功能特征表现为“能源生产清洁化、能源消费高效化、能源服务便捷化”有效满足高比例可再生能源并网消纳和多元用能设施便捷接入需要，形成清洁主导、电为中心的能源供应和消费体系，协同推动能源生产清洁化、能源消费高效化、能源服务便捷化。能源生产清洁化即依托数字化技术精准预测可再生能源出力情况，将各个能源品类以更优化的方式协同起来，能够以更加清洁和低碳的方式供应能源；能源消费高效化即以数字化技术便捷高效满足用户多样化用电需求，打造优质的客户体验，降低全社会的碳排放总量和强度，减少全社会综合用能成本；能源服务便捷化即依托数字化的广泛连接，实时采集、预判和共享能源供需信息，实现自动化匹配和智能化交易，为多元社会主体提供一站式的能源电力服务，满足各类用能、交易服务需求。
四、电网数字化智能化转型技术策略
推动电网的数字化智能化转型要遵循数字经济发展规律以及能源电力绿色低碳转型的要求，一方面，要将数字技术、数据要素与能源电力深度融合，在采集感知、数据共享、分析计算、精准控制等环节中，明晰新型电力系统所需要数字化智能化应用的技术路线、实施策略等；另一方面，要在国家“双碳”目标落地中发挥积极作用，加强电力数据与碳数据融合、电力系统分析与碳排放监测之间的相互衔接。
（一）以采集与推演相融合，增强对新型电力系统的感知能力
感知能力是电力数字化智能化的基础，优化感知能力必须在充分考虑经济合理性和安全可靠性的基础上提升设备本体和采集装置的数字化、智能化水平。
在技术选择上，采取“精准采集+计算推演”的技术路线。合理有序部署采集装置，坚持同类感知终端不重复部署、同一数据只采集一次，实现感知资源共建共享；充分利用数字系统计算推演能力，通过对采集数据的演算来丰富数据资源，高效满足各方数据需求，降低物理采集装置的建设成本。
在实施推进中，充分考虑电网的整体性、系统性发展要求，加强传感设备的标准化管理，通过物联管理平台、用电信息采集系统，形成统一物联接入能力，对感知设备进行统一接入、管理和应用，进而实现设备全局统筹、共建共享。
（二）以安全可信与分层分类相结合，推动电力数据共享
重视数据共享是当前数据要素市场化配置等政策法规的推行重点，也涉及数据安全、网络安全的最新技术要求。考虑到电网数据的安全性、敏感性，以及各方对数据资源的多元化需求，电网数据的共享不能简单“大而化之”，要考虑数据共享的范围与时机、共享与安全统筹兼顾的要求以及共享中责权利匹配等问题。建议适时、适当、适度地推进电网数据分级、分类、分策共享，需要着重审慎公开原始明细数据，加强提供符合多方保密需求和共享需要的不可溯源数据。
对于安全敏感性高的数据，包括电网运行数据、客户用电数据等，在考虑应用场景对实时性、全面性等方面的不同要求，建立差异化的数据共享策略。研制“数据可用不可见”技术，推动全环节数据可信汇聚，增强安全防控能力，并增强计算推演和分析拟合能力，确保各方数据安全可信应用。
对于安全涉密性低的数据，包括经过脱敏脱密的电力交易类数据、设备状态类数据等，有序推动数据在产业链上下游合作伙伴中的共享。加强对数据平台全量历史数据的治理与汇聚，丰富拓展数据维度，实现数据共享全过程的在线流转、在线跟踪，支撑数据便捷共享应用。
（三）依靠平台架构与云边协同，推进电网产业数字化融合发展
业务数据融合的目的是建立数据驱动业务的运行方式，以算法判断辅助或替代经验判断，推动业务流程的优化，提升业务运行效率，具体包括业务与业务的融合、业务与数据的融合。
推动业务间融合的关键是建立平台化的资源配置架构，实现对电网资源、客户服务、项目管理、财务管理等电网关键业务共性能力的固化沉淀，实现通用数字技术的平台化部署，提升公共业务处理服务能力，提高业务运行透明度，推动业务流程相互融合，支撑各类业务快速灵活应用。
推动业务与数据融合的关键是建立“云、管、边、端”协同运营体系，满足不同业务数据计算全面性和实时性的差异，切实解决数据存储、传输、应用中的标准与共识问题，打造“业务-数据-业务”的闭环流程，前期以业务沉淀数据、分析数据、挖掘数据价值为主，后期向依靠数据预测电力供需市场、依靠数据优化生产和营销业务流程、依靠数据驱动电网业务创新发展的模式转变。
（四）强化广域连接和实时交互，实现对电力系统更大范围的精准控制
精准调控能力是实现智能电网高度韧性、敏捷反应、安全可控的基础，也是保障高比例可再生能源并网接入的核心。电力系统长期以来一直是以自动化、数字化为优势的工业系统，面对多种能源、不同市场主体引入后带来的复杂性、不确定性等新情况，精准控制的策略重点体现在控制范围的拓展以及控制能力的增强两方面。
对于控制范围拓展，以建立广域连接为关键，建立电网上下游采集和控制技术的标准规范，确保各类市场参与主体能够安全、稳定、即时、可靠的实现数字化连接，电力系统作为整体实现更大范围的感知、追踪、控制，全局优化能力得到极大的提升。
对于控制能力增强，以推动实时交互为关键，加强关键节点的自动化装置部署，充分发挥信息系统云端化、平台化、智能化技术优势，各类主体与电网之间能够开展实时互动，关键设备能够实现参数可调可控。
（五）强化电碳数据深度耦合，服务“双碳”目标落地
在国家“双碳”目标下，电网作为连接能源生产消费的枢纽之一，具有开展碳计量、核算的天然优势，电碳融合不仅能服务于电网自身低碳发展，也是服务绿色低碳社会的需要。
对于电碳数据的采集与监测融合，利用电力流与碳流之间的映射关系，借助电网的传感通信网络，统筹电、碳数据采集和传输，开展以电力数据为核心，综合多源数据的碳排放计量，支撑构建电碳数据联动的碳监测能力，开展能源生产传输消费全环节碳排放计量和分析，服务国家建设绿色核算体系和绿色责任账户。
对于电碳数据的应用与服务融合，在服务构建国家级碳排放监测平台的基础上，加强电力市场和碳交易市场数据的交互耦合，推动市场之间的动态衔接，有效支撑碳核查、碳交易等应用。
本文来源于中能传媒研究院专家介绍✦
刘素蔚，国网能源院能源数字经济研究所研究员。主要从事企业数字化转型发展、数据管理及应用等领域研究工作。曾参与多项国家电网公司重大科技项目、重大战略课题、管理咨询项目等的研究与管理工作。
刘键烨，国网能源院能源数字经济研究所研究员。主要从事能源数字经济投资评估及优化相关领域研究工作。以第一作者或通讯作者发表核心及以上期刊9篇，曾多次参与国家、省部及央企横纵向项目，作为主要参与人获得过商务部发展成果三等奖。
柳占杰，国网能源院能源数字经济研究所研究员。主要从事企业数字化转型、运营监测分析、大数据应用等方面研究工作，作为课题负责人或主要完成人承担国网公司各类项目20余项，发表学术论文20余篇。
团队简介✦
国网能源院能源数字经济研究所专注能源大数据、企业数据管理与数据创新、融媒体与品牌宣传研究，深度支撑政府部门和国网公司决策，高质量完成了三十余项能源数字经济相关重大课题研究任务，配合制定了《国家电网公司数据管理办法》《国家电网公司大数据建设方案》等多份文件，出版《国内外能源电力企业数字化转型分析报告》《能源大数据时代》《大型企业运营分析体系建设与实践》《电网企业运营分析体系与预警技术》等多部著作，多次获得中国管理科学学会管理科学奖、国家电网公司科技进步奖等省部级奖项，多次举办能源数字经济论坛，为众多业界交流合作提供了平台，获得广泛响应。
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编辑：杨彪
审核：方彤
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