安徽涡阳新风力发电场储能设施：新能源+储能助力电力系统安全稳定运行
图展示的是安徽省亳州市涡阳县的和新风力发电场的储能设施。“新能源+储能”这种配置具备削峰的功能，也具备填谷的功能，还具备调频等多重功能，能够有效地保障电力系统安全稳定地运行。新华社记者 黄博涵 摄构建新型电力系统，其主体为新能源，这是保障能源供应安全的重要战略举措，也是实现碳达峰、碳中和目标的重要手段，具有重大的历史意义和现实意义。
构建以新能源为主体的新型电力系统面临诸多挑战。风光等代表的清洁能源发电具有随机性、波动性和间歇性，电动汽车负荷时空随机分布，这导致系统面临的不确定性进一步增加，电力和电量平衡压力较大，电网运行控制更加复杂且多变；新能源对极端天气的耐受能力较弱，保障高比例新能源并网消纳、系统安全和可靠供电的难度更大；在传统电力系统中，千兆瓦级的煤电机组将被数量众多的兆瓦级风电机组以及更低容量的光伏发电所替代，尤其是配网侧电网形态发生改变，分布式特征更为明显，新型电力系统中发电设备的数量将达到千万台级，系统需要处理的数据将急剧增长。
新问题的解决需要新技术应用，且这些新技术应用要与新问题相适应。新型电力系统具有其特定的特征，这些特征必定会催生新技术。为应对新型电力系统建设带来的挑战，需在“可观、可测、可控”方面进一步深化。以云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能、区块链等新一代数字技术为核心驱动力，持续提高电网数字化、网络化、智能化水平。加快促使传统电力系统向灵活韧性的新型电力系统转变。运用数字系统理论推动运行控制体系进行优化与重构。基于数字技术特性提升电网的全域互联能力和高效感知能力。
面向新型电力系统建设，需聚焦电网的数字化与智能化。用数据流来引领并优化电网的能量流和业务流，以此支撑业务创新。依托全域物联网的“云-管-边-端”架构，围绕新型电力系统“源网荷储用”的业务场景，运用“系列传感+边缘技术+多类型通信+统一平台+数据融合+业务智能”的技术路线，构建出从终端到系统应用的整体解决方案，打造出“状态全感知、设备全连接、数据全融合、业务全智能”的全域物联网，增强新能源、柔性负荷等主体的广泛互联以及全面感知能力。
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终端设备在端侧，其功能和性能更多由软件来定义，并且朝着智能化处理以及多功能融合的方向发展。芯片的算力在快速提升，集成度也在不断提高，轻量化物联网操作系统逐步走向成熟，这样就解决了边端算力不足的问题。“多专业功能融合、智能分层”这种技术架构以及“智能化处理”的边端设备，成为了新型电力系统的重要形态。在配网侧，能够实现多种类型的传感终端与智能网关之间做到即插即用，同时还可以实现远程维护。
智能 AI 应用在边侧将逐步深化。新型电力系统有“源网荷储用”的需求，未来需要大量边缘物联网计算节点，这些节点能实现对各类现场智能传感器和智能业务终端进行统一接入、数据解析和实时计算，并且能与物联网平台双向互联，从而实现跨专业数据就地集成共享、区域自治以及云边协同业务处理。边缘物联网计算节点根据业务场景的不同，会逐步展现出边端分离、边端融合以及边缘节点这三种功能形态。它具备硬件平台化的特点，同时软件也实现了容器化。这样就能实现软硬件的解耦，达到架构统一通用的效果，还可以进行个性化定制应用，构建起开放共享的终端应用生态等功能。
管侧的多类型通信场景会进一步丰富。负荷侧的资源越来越多元且分散，数亿的传感设备需要进行信息联网。电力通信网的业务需求已经朝着大连接、低时延、高可靠、大带宽的方向发展。5G作为新一代无线通信系统的发展方向，能够为数字电网建设提供重要的支撑，也能为电力通信网“最后一公里”的无线通信接入提供更优良的解决方案。5G 网络可推动电力通信网络的智能化升级发展。
在云侧，其处理海量数据的能力会进一步得到提升。随着新型电力系统的建设推进，海量设备开始接入配电网，配网侧需要及时获取分布式电源以及低压配电台区现场设备的电气量和状态量数据，并且要面对采集时存在请求优先级划分、协议多样、规模间歇性推送等这些问题。需要增加平台请求的优先级划分能力，要进行规约的动态扩展，还要具备动态节点管理能力。同时要强化平台的连接能力、设备管理能力以及云边协同能力。在平台侧，应该将分布式光伏、新能源站点、风能、新型储能、智能充电桩等新型应用进行延伸。基于统一电网数据模型，以地图作为入口，能够承载全类型电网设备的图形、拓扑以及台账的编辑、分析与管理工作，进而实现地理、物理和管理数据的融合，并且以灵活开放、全面兼容的方式来支撑新型电力系统的相关业务应用。
数字技术结合电力业务场景将激发出更大价值。在数字调度领域，数字电网的技术架构依托云边协同。以虚拟电厂、微网等作为聚合的载体，借助基于人工智能的多能互补技术、自治优化的分布式控制技术、边缘集群计算技术以及主配一体协同控制技术，达成了云边协同的效果，实现了泛在接入、灵活定制以及就地决策，能够满足不同类型电源、微网的海量接入需求，也能支撑大电网的自主巡航以及园区微网的智慧化管理。
在数字输电领域，依托物联网平台，运用 WAPI 技术、北斗定位技术、智能纠偏技术以及任务航线技术等，对机巡系统进行升级，构建出云巢巡检的新方式，达成了航线的智能规划以及无人机的远程自动驾驶。通过这些设备，实现输电全景信息融合、全域智能决策，提高输电网安全运行和防灾抗灾能力。
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在数字变电领域，借助数字技术，对变电智能网关进行优化升级，从而实现变电站二、三区数据的全面采集；凭借南网云和全域物联网平台来建设变电运行支持系统，加强对人工智能算法的研究，提高对表计以及设备缺陷的识别精准度，开发出巡视点位的优化配置功能，把智能巡视工作做扎实；围绕程序化操作，对智能操作功能进行优化，最终构建出具备全景感知、风险可视、操作可达等特点的数字孪生变电站。
在数字配电领域，以配网生产一线的需求作为导向。以配电智能网关、智能传感器以及智能一二次融合设备为核心。基于全域物联网平台和南网智瞰等支撑平台。打造出配网生产运行支持系统。此系统能够实现配电网设备状态的透明化以及运行状态的透明化。还能支撑配电网的智能运维、智能服务和智能作业。从而全面提升供电的可靠性以及客户服务的水平。
在数字用电领域，需围绕“双碳”目标以及新型电力系统的要求来建设需求侧管理平台。该平台具备资源管理、有序用电、需求响应、电能替代、节能服务等功能，以此来支撑智能用电业务的开展。同时，要部署自动需求响应控制器、低压负控开关等终端设备，以做实需求侧的负荷调节能力。此外，在客户侧推广电能替代设备、微网和储能产品，从而实现绿色低碳且科学有序的用能。
以“数字技术+电力业务”来推动新型电力系统建设，这是一个漫长且艰难的过程。各领域需要共同去探索，要不断提升新型电力系统的服务能力，以此促进我国能源产业的转型升级，进而构建清洁低碳、安全高效的能源体系。
郭晓斌是南方电网数字电网研究院有限公司数字电网分公司的总经理；刘灏是华北电力大学电气与电子工程学院的副教授；毕天姝是华北电力大学的副校长。
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