與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，新型電力系統(tǒng)受新能源隨機性、波動性、間歇性特點的影響，其系統(tǒng)調節(jié)資源需求大，在持續(xù)可靠供電、電網安全穩(wěn)定和生產經營等方面將面臨重大挑戰(zhàn)。近日發(fā)布的《南方電網建設新型電力系統(tǒng)行動方案(2021—2030年)白皮書》明確提出要加快數字電網建設，提升數字電網運營能力，確保面向千萬級新能源客戶的高效服務水平，支撐以海量新能源為主體的新型電力系統(tǒng)運行管理及控制。
新型電力系統(tǒng)建設的要求必然給電網運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字技術是電網生產領域數字化轉型的關鍵技術支撐，將顯著提升電網透明化水平，提升能源供給環(huán)節(jié)的質量與效率，保障高比例新能源接入后的新型電力系統(tǒng)安全運行。
隨著三維量測技術的發(fā)展，以南方電網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，規(guī)?；_展了輸電、變電、配電等設備資產的高精度三維建模。目前通過實景三維重建技術可以獲得精度優(yōu)于1毫米的空間物理模型，實現電網實物資產向數字資產轉化，全方位獲得電網設備的高精度空間坐標，對電力規(guī)劃、基建、運維、作業(yè)風險管控等提供了精準的空間基準信息，為進一步的數字孿生奠定了地理信息基礎。隨著新能源風電、光伏場站的建設，高精度數字化建模技術可以復制到新能源建設及運維領域，形成涵蓋發(fā)、輸、變、配、用一體化的全息、高清、高精的結構化實體和電力能源數字空間，從較為單一的GIS數據升級為融合多源、異構、多時態(tài)空間的數據，以滿足新型電力系統(tǒng)各類應用和分析對空間信息的需求。
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)對設備狀態(tài)、對外部運行環(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，實現智感、智測、智控，為新型電力系統(tǒng)的智能運行奠定實物基礎。目前，對于主要電力設備已經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，南方電網公司研發(fā)了系列化微型智能傳感器，電力系統(tǒng)的物聯體系也正在逐步建立。
隨著材料技術、光學技術、新型通信技術、集成電路技術等的快速發(fā)展，以及光學、化學、生物學、電子學等學科深度滲透和融合，針對新型電力系統(tǒng)下節(jié)點繁多的高電力電子化的裝備，研發(fā)高精度、高可靠、快響應、智能化、微型化的狀態(tài)傳感裝置是進一步的重點研究方向。得益于上述各類新型傳感裝置的研發(fā)和廣泛應用，對新型電力系統(tǒng)各類設備運行狀態(tài)進行全面感知也將成為現實。
無人化、少人化作業(yè)將是數字電網智能運維的重要特征
新型電力系統(tǒng)的能源生產、供給將更為分散分布，尤其是海上風電、陸上風電、分布式光伏等，不再是單機組大容量設備。單純依靠傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的人工運維方式，已經無法滿足電網安全性的需要。設備的操作、巡視、檢修、帶電作業(yè)等將更依賴于無人化智能運維技術，進而實現巡視智能化、操作程序化、檢修少人化、作業(yè)零風險。
巡視智能化方面，機器人、無人機等先進裝備將進一步發(fā)展應用，南方電網公司已經實現全國規(guī)模最大的省域配網機巡自動駕駛，自動巡視作業(yè)將進一步代替人工開展重復、低效的巡視作業(yè)，人工智能技術將更為深入地開展數據分析處理和巡視結果智能判斷；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建成，電力設備的自動化水平將進一步提高，物聯網、激光測距、北斗定位等技術將進一步融合，輔助開展程序化操作的判斷復核；檢修少人化方面，電力特種作業(yè)機器人將是重點研發(fā)方向，復雜環(huán)境下的作業(yè)機器人需求極為迫切，如高壓帶電作業(yè)機器人、風機檢修機器人等。
多源信息融合的狀態(tài)監(jiān)測是數字電網智能運維的關鍵
傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測大多面向特定設備和特定監(jiān)測參量，各類監(jiān)測數據之間相互獨立、信息割裂。而在數字電網中，系統(tǒng)面臨的不確定性將顯著增加，新能源廣泛接入，設備節(jié)點更為豐富多元，信息與能源深度耦合。多源信息的融合對于設備狀態(tài)的精準掌握將更為必要。
基于物聯網技術，在電網生產管理數據的基礎上，融合各類設備在線監(jiān)測、離線檢測、運行工況、巡視維護、移動終端等數據，以及衛(wèi)星監(jiān)測、氣象、地質、水文等環(huán)境信息，構建電力設備全息狀態(tài)監(jiān)測網絡，實現設備全生命周期數據的完整獲取，全工況運行參數的感知測量，全場景影響要素的信息交換，為設備的精準管控奠定基礎。
隨著數字化建模技術、先進傳感量測技術、多源融合的狀態(tài)監(jiān)測技術的廣泛應用，必將構建起越來越真實的設備狀態(tài)數據集。依靠人工智能和神經網絡對狀態(tài)的科學評價，并逐步建立自動學習、持續(xù)迭代、自我完善的深度學習模型，實現知識的自我學習和成長，進而對設備的狀態(tài)進行判斷、預測、預警等，在數字世界推演電力系統(tǒng)運行態(tài)勢將成為可能。
目前，基于大數據的電力設備數字孿生技術架構已經取得了階段性的成果。物聯網技術、5G通信技術、新型傳感技術、大數據分析技術、數據挖掘技術、人工智能等技術已經應用于電力設備的狀態(tài)評估中，初步形成了電力設備狀態(tài)評估數字孿生技術應用體系。然而，結合實際的業(yè)務需求以及現場的各種工況，數字孿生技術還面臨著傳感信息有限、數據復雜多樣融合度不高、數字孿生模型準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)下將變得更為復雜。進一步開展數值計算技術、多物理場耦合仿真的同時，開展基于知識協(xié)同、知識圖譜的模型構建是提高數字孿生模型準確性的有益探索。
得益于大數據、云計算、物聯網、移動互聯網、人工智能等新興技術的快速發(fā)展，數字電網智能運維的技術架構已經初步成型，提升了電網生產運行水平和設備健康水平。而新材料技術、量子通信技術、量子計算、芯片技術、融合人工智能和物聯網技術等前沿技術的持續(xù)發(fā)展，也必然會推動數字電網智能運維技術不斷發(fā)展和完善，為新型電力系統(tǒng)建設提供更為堅強的支撐保障。
(作者：南方電網電力科技股份有限公司機器人事業(yè)部總經理 吳昊)
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