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透明電網(wǎng)的理論和現(xiàn)實[中國工程院 李立浧]

2020-10-27 12:40  瀏覽:   會議之聲  電網(wǎng)  能源互聯(lián)網(wǎng)  影像中心 


中國工程院院士、南方電網(wǎng)公司專家委員會主任委員李立浧作了題為《透明電網(wǎng)的理論和現(xiàn)實》的主旨報告。李立浧院士從透明電網(wǎng)的概念入手,深入淺出地闡述了實現(xiàn)透明電網(wǎng)的“三步走”路徑。他談到,為實現(xiàn)透明電網(wǎng),第一步要依靠小微智能傳感器和設(shè)備智能化,以做到對電網(wǎng)信息的精確獲取和全面感知;其次,需要開發(fā)基于數(shù)據(jù)的強大軟件平臺,對數(shù)據(jù)進行計算、分析和挖掘;最后,通過實踐逐漸形成透明電網(wǎng)。李立浧院士強調(diào),未來大家需要更多關(guān)注數(shù)字信息科學(xué)的發(fā)展,加強對數(shù)字科學(xué)和數(shù)據(jù)的利用,早日實現(xiàn)透明電網(wǎng)由理論向現(xiàn)實的轉(zhuǎn)變,從而進一步提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、計量準確性和運行效率,為“推進能源生產(chǎn)和消費革命,構(gòu)建清潔、低碳、安全、高效的能源體系”提供強勁支撐。

以下為發(fā)言實錄:

李立浧:尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo),朋友們,大家好。

今天很高興參加能源互聯(lián)網(wǎng)大會,今天給大家講一講透明電網(wǎng)的理念,和我對這個理念提出的過程,希望和大家一起來討論,也希望聽到大家的建議,把透明電網(wǎng)這件事真正做起來。

首先,為什么我提出了透明電網(wǎng)的概念?第一、2015年我們承擔了中國工程院重大咨詢項目,能源技術(shù)革命的技術(shù)方向和體系戰(zhàn)略研究,我們增加了一個智能電網(wǎng)和能源網(wǎng)融合的問題并進行討論。我們研究的結(jié)果是從能源網(wǎng)、智能電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)這三者的關(guān)系,最后從互聯(lián)網(wǎng)角度來看,能源網(wǎng)和智能電網(wǎng)如何融合?最后結(jié)論是要靠信息技術(shù)讓兩個融合起來,這是我們起初的研究思想。

還有兩件事給了我們啟示,一個是交通導(dǎo)航系統(tǒng),現(xiàn)在大家對導(dǎo)航系統(tǒng)已非常熟悉,導(dǎo)航系統(tǒng)對于狀態(tài)透明是非常明顯的,交通導(dǎo)航系統(tǒng)帶來了很多便利。所以我們就在想我們這個系統(tǒng)能不能像交通導(dǎo)航系統(tǒng)一樣。我們知道,我們在講電力的時候有很多假設(shè),有很多模型,我們能不能像交通導(dǎo)航系統(tǒng)一樣在數(shù)據(jù)的指引下形成一個透明狀態(tài),這是對我們的一個啟示。就是交通系統(tǒng)的情況,路況、車況能夠統(tǒng)統(tǒng)展示,能夠?qū)χ敢煌〒矶聽顩r,車輛健康狀況,規(guī)劃行車路線,完成自動駕駛等,這是基本的透明交通系統(tǒng)。那么我們就聯(lián)想到電力系統(tǒng)。

第二件事情就是以色列農(nóng)業(yè)科技的啟示,以色列國家是缺水,干旱,但是以色列農(nóng)業(yè)發(fā)展得非常好,不但自給自足,還向歐洲出口蔬菜,它怎么能做到呢?大家看這張圖,上面的圖是養(yǎng)奶牛的,它上面有傳感器,能夠展示奶牛整個的生活情況,包括飼料的需求,對水的需求,能夠展示出來,它的產(chǎn)奶量一年可以產(chǎn)12噸奶,是中國產(chǎn)奶量的1.5—1.8倍。

下面的圖也有很多傳感器,土壤里面也有傳感器,能夠反映什么時候需要澆水,什么時候需要施肥。他們在農(nóng)業(yè)上做了這樣的事情,這也給我們啟示。我到以色列參觀、考察以后得出一個結(jié)論,說以色列是科學(xué)家在種田,中國是農(nóng)民在種田,信息技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)在以色列農(nóng)業(yè)方面應(yīng)用得非常好。中國的電力系統(tǒng)號稱是技術(shù)密集型企業(yè),那么我們現(xiàn)在狀況是什么樣?我們對于信息化的應(yīng)用還不如以色列的農(nóng)業(yè),所以我們應(yīng)該把信息技術(shù)也用在電力系統(tǒng)上用到極致,也能夠展示像以色列農(nóng)業(yè)這樣,我們的電力也能夠展示。

所以智能電網(wǎng)要向透明電網(wǎng)發(fā)展,進一步透明電力系統(tǒng),包括能源互聯(lián)網(wǎng)最終也是在信息技術(shù)的情況下讓它透明化。那么要做到透明有幾條路:

第一步,要有信息,信息要靠小微智能傳感器。電力系統(tǒng)有幾套數(shù)據(jù),基本數(shù)據(jù)就是電壓、電流、頻率、相位,有了這四大基本數(shù)據(jù)以后,我們在電力系統(tǒng)怎么展示狀態(tài)都能夠做到,所以第一步要有小微智能傳感器。大家都知道這是一個非常龐大的東西,50萬的傳感器,價值一百萬以上,十五六米高,這樣的傳感器不適用于信息系統(tǒng)的透明化,所以第一步要制作小微智能傳感器。我們找到了一些思路,就是巨磁組傳感器,就是巨磁組的材料。巨磁組材料對電磁場非常敏感,這是我們覺得傳感器做到小微而智能、準確,這是一條路徑。所以這是我們第一步就想到的電流傳感器。

通過這條思路走下去,還是有所成功。這是南方電網(wǎng)研究的設(shè)備,現(xiàn)在已經(jīng)走向商用化,南方電網(wǎng)的4000值,總共還不到兩百萬。這是我們傳感器現(xiàn)在的水平(圖示),但是這個傳感器還不是我剛才說的最終的小微智能傳感器,它還有很多地方要研發(fā)、改進。

第一個它的取能還沒有做得非常好,我們希望小微智能傳感器能夠自取能,但是它已經(jīng)能夠組網(wǎng),通過信息中心技術(shù)已經(jīng)能夠組網(wǎng)。

傳感器的要求

回過頭來,我們希望小微智能傳感器是什么樣的?第一是小型化;第二是低功耗,是微瓦級的,希望明年達到0.1微瓦級,目標要往這個走,為什么要有這個要求?因為我們要自取能,如果能量很高,要做到自取能難度就很大,第三就是自取能。第四就是自組網(wǎng)功能,它是一個智能的終端,可以無線傳輸數(shù)據(jù)。還有,它是粘貼式的,或者是纏繞式的。再就是高精度,是0.5級,0.1級的。再就是高性價比。另外還需要構(gòu)建自我學(xué)習(xí)功能,方便修改相應(yīng)的地質(zhì)信息。這是我們對小微智能傳感器提出來的要求,我們正在規(guī)范這方面的規(guī)范。

電壓傳感器

注意電壓傳感器它還要加上一個軟件技術(shù)功能進去,和遠方的信息交互,在這方面我們和國外大學(xué)合作過,探討在電壓傳感器上我們?nèi)绾瓮黄啤,F(xiàn)在我們希望他們和清華能源互聯(lián)網(wǎng)一塊合作。另外還有頻率、相位,我們現(xiàn)在也在安排部署,做新的智能電表,基于新的電壓、電流、相位這樣的傳感器來構(gòu)建新的智能電表。這是我們要做的事,這是電力系統(tǒng)要做的小微智能傳感器,電力的四大基本數(shù)據(jù)我們要做的。

當然電力系統(tǒng)不僅僅是要有電力參數(shù),其他參數(shù)也要做。第一步小微智能傳感器提供數(shù)字和數(shù)據(jù),第二方面設(shè)備也要智能化,智能設(shè)備智能化,和小微智能傳感器相輔相成。這方面我們也做了一些工作,我們也有了一些設(shè)想,已經(jīng)做了在線監(jiān)測,包括變壓器,包括開關(guān),就是智能電器設(shè)備從端云、云結(jié)合信息技術(shù)在做。

有一個想法,就是智能變壓器,就是在變壓器內(nèi)部植入一個微納智能機器人,智能職能機器人能夠自動巡檢變壓器油的質(zhì)量,并將信息發(fā)送過來。有一個問題,變壓器是一個大殼子,那信息技術(shù)怎么傳輸,所以我們也在請信息通訊的研究機構(gòu),他們建議用聲納來進行傳輸。所以在設(shè)備的智能化和智能設(shè)備方面我們還有很多工作要做,包括在線監(jiān)測,我們的思路應(yīng)該更寬。

另外,輸電線路圖,大家看到上面布滿了傳感器,大家知道輸電線路的運行管理非常困難,現(xiàn)在是用智能機、無人機巡,未來我們就需要無需巡。這些紅紅綠綠的點,所以這是我們的一個思想,這個思想已經(jīng)不是遙不可及的,我們現(xiàn)在正在部署相應(yīng)的力學(xué)、環(huán)境的小微智能傳感器,它和現(xiàn)在傳感器的區(qū)別就是它能夠自動輸出信息和穩(wěn)定性更強。這是我講的第二部分,設(shè)備智能化和智能設(shè)備,設(shè)備本身讓它透明化。

數(shù)字孿生

為什么要講數(shù)字孿生技術(shù)?鏡像/數(shù)字孿生,剛才講到透明電網(wǎng),但是我們還需要預(yù)測,還需要規(guī)劃,所以我們設(shè)想用數(shù)字孿生系統(tǒng),在軟件系統(tǒng)上建設(shè)一個完全等同的電力系統(tǒng),可以做系統(tǒng)預(yù)測,可以做系統(tǒng)規(guī)劃,這樣一個透明系統(tǒng)來實現(xiàn)我們對系統(tǒng)的管理,這是數(shù)字孿生的應(yīng)用。

再舉一個智能設(shè)備的例子,我們叫芯片化保護,它的信息、狀態(tài),我們現(xiàn)在研發(fā)的芯片化保護現(xiàn)在已經(jīng)實際應(yīng)用了,是原來體積的四分之一,功耗是原來的六分之一還是八分之一,我記不準確,原來有近萬個元件,現(xiàn)在只有800個。就是我們不光是一次設(shè)備要智能化、透明化,二次設(shè)備也要留這樣的空間。

前面講到小微智能傳感器,智能設(shè)備提供了很多數(shù)字和數(shù)據(jù),但是這些數(shù)字和數(shù)據(jù)它怎么能夠發(fā)揮作用?組成系統(tǒng)性的功能?注意,要基于數(shù)據(jù)強大的軟件平臺,所以現(xiàn)在電力系統(tǒng)的計算是依靠模型的,如果在系統(tǒng)內(nèi)電網(wǎng)、設(shè)備透明化以后,我們應(yīng)該基于電力系統(tǒng)的狀態(tài)研究,而不是基于模型,應(yīng)該是基于數(shù)字和數(shù)據(jù)。那么基于數(shù)字、數(shù)據(jù)就需要有強大的邏輯平臺,那么就要體現(xiàn)數(shù)字之間的關(guān)系,海量的小微智能傳感器提供數(shù)據(jù),要有數(shù)據(jù)存儲,數(shù)據(jù)挖掘,軟件分析驅(qū)動,還有一個怎么自由應(yīng)用,這方面的功能也是我們現(xiàn)在要通盤研究的。今天華為公司的老總也來了,我就想問華為能不能和我們一塊合作,在軟件開發(fā)方面,構(gòu)件軟件平臺方面能夠和我們一塊合作,這個方面是我們做小微智能傳感器還要復(fù)雜,難度還要大的,真正的應(yīng)用要把軟件平臺建立起來,我們立足國內(nèi),與清華大學(xué)一起合作,這個過程會有同時存在的過程,我們基于模型的,基于數(shù)據(jù)的,慢慢步入透明電網(wǎng)實現(xiàn)。

邏輯平臺要構(gòu)建,數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)處理技術(shù),數(shù)據(jù)驅(qū)動等方面的技術(shù),人工智能技術(shù)也都需要,說明軟件系統(tǒng)對我們來說更關(guān)鍵。再回過頭來說一下,小微智能傳感器設(shè)備智能化提供了大量數(shù)字、數(shù)據(jù)信息,要通過軟件系統(tǒng)把數(shù)字和數(shù)據(jù)之間的關(guān)系能夠按照電力系統(tǒng)的需求展示出來。

技術(shù)與科學(xué)

我覺得電力系統(tǒng)要從講技術(shù)逐步步入到技術(shù)和科學(xué)并重,要從科學(xué)角度來研判,在信息化時代要把信息技術(shù)融入到電力系統(tǒng)技術(shù)當中去,這還是有很多區(qū)別的。因為我們以往的理論是傳統(tǒng)的模型是仿真計算,這是原來的主要手段,未來透明電網(wǎng)應(yīng)該是基于信息化的計算科學(xué),這個是有根本的區(qū)別,并不是說仿真不需要,還是需要有一個過渡階段,但是未來走到透明階段主要是依靠計算科學(xué),要靠數(shù)字、數(shù)據(jù)來進行科學(xué)計算,通過科學(xué)計算發(fā)現(xiàn)規(guī)律。就是通過技術(shù)科學(xué)發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)的一些規(guī)律,這也是未來我們在透明電網(wǎng)的技術(shù)和科學(xué)里面要做的事,就是未來我們更要關(guān)注數(shù)字信息科學(xué),數(shù)字科學(xué)和數(shù)據(jù)的利用。我們現(xiàn)在靠電網(wǎng)模型,電力系統(tǒng)有很多黑箱子,透明電網(wǎng)就像解決電力系統(tǒng)夠不進的黑箱子問題,讓它透明化,讓黑箱子能夠展示出來,讓電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性可以大大提升,可以提高電力系統(tǒng)的運行效率。

我有一個理想,第一步小微智能傳感器替代傳統(tǒng)的傳感器,我希望這一步花3—5年時間。大家試想一下,現(xiàn)在十幾米高的傳感器,未來用一個硬幣大小的傳感器粘上去就可以了。第二步軟件系統(tǒng)逐漸構(gòu)建數(shù)字數(shù)據(jù)的關(guān)系,能夠代替模型驅(qū)動,這個難度比較大,就是以模型驅(qū)動和數(shù)字驅(qū)動的要共存很長時間。第三步是逐步形成透明電網(wǎng),這步就靠科技工作者,電力系統(tǒng)科技工作者充分發(fā)揮才智,我希望電力系統(tǒng)內(nèi)外都能夠做這件事。

有人說我們電力系統(tǒng)還要分析情況,不能到處放傳感器,它就回答了這個問題。第一這個傳感器太貴,裝那么多,沒有那么多的錢,首先是錢沒有那么多。第二你有那么多錢,但是也沒有那么多的地方可以裝。第三即便能夠裝,數(shù)據(jù)準不準確?能不能傳出來?那么小微智能傳感器,我們的透明電網(wǎng)就回答了這三個問題,第一個小微智能傳感器不能太貴,要便宜,我想一兩萬大家都能夠接受。第二個安裝環(huán)境,小微智能傳感器它的環(huán)境適應(yīng)性是廣泛的,可以隨時裝。第三數(shù)據(jù)的準確性,我們對于數(shù)據(jù)的準確性,數(shù)據(jù)的傳輸,我們現(xiàn)在的信息技術(shù)能夠做到。所以我回答學(xué)生們?nèi)齻€疑問就放到這里,因為這三個疑問是我想到要解決的問題。未來我們就三步走,這三步希望大家一起努力,一起實現(xiàn)。

潛在的顛覆性影響,電力系統(tǒng),我們總講現(xiàn)在的光伏、消納有問題,除了電力系統(tǒng)以外,它自身也要做到智能化,光伏和風(fēng)機能夠部分適應(yīng)電力需求,也需要信息化的處理,比如風(fēng)機的方向自動調(diào)節(jié),還有預(yù)測。再就是光伏風(fēng)電智能運維,特別是海上風(fēng)電的智能運維裝上了小微智能傳感器狀態(tài)就能展示。所以透明電網(wǎng),透明電力系統(tǒng),透明能源系統(tǒng)應(yīng)該把信息系統(tǒng)用到極致。

我講完了,謝謝大家。(發(fā)言根據(jù)速記整理,未經(jīng)演講嘉賓本人審核)

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