自國家提出建設新型電力系統(tǒng)以來，我國電網(wǎng)企業(yè)在保障電力安全、滿足社會經(jīng)濟發(fā)展電力需求的大前提下，正在以超乎尋常的力度布局新一代數(shù)字電網(wǎng)建設。
但作為消納高比例新能源的核心樞紐，以及支撐“源荷”供需調(diào)配的大腦中樞，愈加復雜的用能需求和業(yè)務邏輯逐漸暴露出傳統(tǒng)電網(wǎng)在數(shù)據(jù)處理能力上的短板。而這些原本存在于“源網(wǎng)荷儲”各個環(huán)節(jié)的海量數(shù)據(jù)資產(chǎn)，一旦通過強大的分析建模以及進化迭代，即可對電網(wǎng)運行進行超強賦能。
在此趨勢下，基于云平臺的數(shù)字電網(wǎng)建設提上日程，“電力上云”的價值已經(jīng)不僅體現(xiàn)在線上服務、可視化等表層應用，而是深入推進電網(wǎng)業(yè)務結構化改革，牽引新型電力系統(tǒng)建設的重要能力體現(xiàn)。
“云”上新型電力系統(tǒng)
新型電力系統(tǒng)建設下，基于“彈性靈活、供需可靠”的新一代電網(wǎng)需求，“源網(wǎng)荷儲”一體化成為能源電力發(fā)展的重要趨勢。
作為電網(wǎng)核心業(yè)務，電力調(diào)度擔負著對所有電廠、用戶計劃進行編排，保證發(fā)/用電實時平衡的任務?？梢哉f，電力調(diào)度是連接源-網(wǎng)-荷-儲，構建多方互動的關鍵樞紐。
隨著風光發(fā)電的高比例滲透，負荷側分布式光伏、風電這些“不可測”電源的加入，如何將“源荷”雙端數(shù)據(jù)進行對接分析，保障電網(wǎng)穩(wěn)定，促進新能源消納，成為電力調(diào)度系統(tǒng)面臨的頭號挑戰(zhàn)。
而借著數(shù)字技術飛速發(fā)展的東風，“上云”就成為了解決上述的問題的關鍵。
2019年，南方電網(wǎng)提出深度應用基于云平臺的互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術的“4321”數(shù)字化轉型方案。同年，采用阿里云飛天云計算操作系統(tǒng)，在電網(wǎng)運行核心環(huán)節(jié)構建南方電網(wǎng)“調(diào)度云”平臺，將所有網(wǎng)、省、地超過150套系統(tǒng)上云，投運兩年即實現(xiàn)了30%左右的業(yè)務云化開發(fā)。
基于“調(diào)度云”平臺，南網(wǎng)總調(diào)深度拓展相關系統(tǒng)技術架構，上線云化SCADA系統(tǒng)、云化電力系統(tǒng)仿真DSP、電力現(xiàn)貨交易、AI應用等，逐步實現(xiàn)企業(yè)IT基礎設施云化和調(diào)度業(yè)務的數(shù)字化、智能化。
以云化電力系統(tǒng)仿真DSP為例，南方電網(wǎng)覆蓋五省區(qū)，系統(tǒng)復雜，為了滿足新型電力系統(tǒng)建設和運行所面臨的海量仿真需求，南網(wǎng)總調(diào)率先將電力仿真軟件上云，借助分布式并行計算把以往2-3小時的計算時間縮短至30-40秒，仿真計算提速360倍，有效解決了傳統(tǒng)硬件上電力仿真軟件“跑不動”的問題。
如果說“數(shù)據(jù)”是構建數(shù)字電網(wǎng)的基礎，那么“算力”就是支撐數(shù)字電網(wǎng)業(yè)務的下一個關鍵。
數(shù)字化轉型期間，南網(wǎng)總調(diào)不間斷地對“調(diào)度云”平臺進行升級，2021年8月，南方電網(wǎng)調(diào)度云超算平臺上線。此為國內(nèi)電力行業(yè)首個云超算平臺，每秒鐘可進行825萬億次浮點運算，節(jié)點性能較普通云服務器提升5倍?？捎行еС志毣瘮?shù)值天氣預報、電力現(xiàn)貨市場和新能源功率預測等多種大型計算場景。
數(shù)據(jù)顯示，在超算平臺上線后，“未來7天臺風9公里預測業(yè)務”由16臺服務器運行8小時，縮短為16臺超算服務器運行1.7小時，效率提升4倍以上，進一步提高了電力調(diào)度的決策效率。
可以說，超算平臺的上線標志著電力調(diào)度開始邁入高性能并行計算行列，也是南方電網(wǎng)加速數(shù)字化轉型的重要舉措，此舉對大電網(wǎng)自主巡航、電力市場有序運轉、新能源高效消納等業(yè)務形成強有力的助力和支撐。
“云+AI”新發(fā)展
從數(shù)字化到智能化，數(shù)據(jù)、算力、算法從來都是企業(yè)數(shù)字化轉型的三大重要因素，電網(wǎng)企業(yè)更是如此。新型電力系統(tǒng)下，新能源大規(guī)模接入對電網(wǎng)穩(wěn)定性和消納能力提出更高要求，電網(wǎng)需要實時性更強的調(diào)度能力，依托算法優(yōu)化的AI就成為智能電網(wǎng)建設的絕佳助力。
基于上述需求，在保障電網(wǎng)穩(wěn)定高效運行之外，南方電網(wǎng)還將“調(diào)度云”作為一個開放的技術開發(fā)平臺，為AI在電力業(yè)務的創(chuàng)新應用提供肥沃的土壤。
“調(diào)度云就相當手機的操作系統(tǒng)和開發(fā)運行的生態(tài)，我們可以在云上快速開發(fā)出各種應用，就像手機的APP。”南方電網(wǎng)高級技術專家梁壽愚曾這樣形容南網(wǎng)“調(diào)度云”的重要價值。
從2019到2021年，南網(wǎng)總調(diào)已舉辦三屆圍繞“系統(tǒng)負荷預測”、“母線負荷預測”、“新能源出力預測”等重要賽題的“電力調(diào)度AI應用大賽”，基于“調(diào)度云”，普通調(diào)度員現(xiàn)學現(xiàn)用，通過拖拉拽和簡單代碼就能做到敏捷化AI開發(fā)，大幅降低了人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術的研發(fā)應用門檻。
而且，作為目前電力行業(yè)內(nèi)影響力最大、應用性最強的AI大賽，其多項創(chuàng)新成果已應用于電網(wǎng)業(yè)務。
以首屆賽事勝出的“AI負荷預測”為例，該平臺2020年3月投入試運行，截至2022年10月數(shù)據(jù)，南方五省區(qū)96點AI負荷預測年度平均準確率97.4%，較人工預測提升0.6%。
一組來自《數(shù)字電網(wǎng)實踐白皮書》的數(shù)據(jù)顯示：以廣東珠三角某市為例，其年最大負荷約為1358萬千瓦，原平均負荷預測誤差平均5.6%。以往預計需要228.09萬千瓦旋轉備用，導致的年煤耗達619.4萬噸標煤。通過基于人工智能技術的負荷高精度預測，可降誤差降低到3.5%，旋轉備用煤耗降低37.5%，每年降低標準煤耗232.3萬噸。
2023年2月17日，第四屆電力調(diào)度AI應用大賽決賽如期舉辦，本次賽事基于“強化學習平臺、電力調(diào)度仿真平臺、提高電網(wǎng)運行安全穩(wěn)定和新能源消納”幾個賽題展開，體現(xiàn)出了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)向以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)轉型所面臨的多重挑戰(zhàn)，以及對新一代數(shù)字技術的迫切需求。
第四屆電力調(diào)度AI應用大賽
作為本屆AI大賽的賽題之一，“強化學習技術”引起電力行業(yè)關注。其實，從圍棋大師AlphaGo，到生物醫(yī)藥界明星AlphaFold，再到電網(wǎng)新星AlphaGrid，Alpha家族的迭代已經(jīng)充分體現(xiàn)出強化學習技術等前沿技術對于傳統(tǒng)領域的變革和引領。而所謂“強化學習技術”，簡單說就是以“試錯”的方式通過千百萬次的訓練，使訓練體形成專家經(jīng)驗的神經(jīng)模型，形成以最優(yōu)決策來指導業(yè)務的AI應用。
當前，強化學習技術正處在各行業(yè)的應用爆發(fā)階段，對于電力系統(tǒng)而言，基于電網(wǎng)現(xiàn)有的仿真環(huán)境來訓練智能體猶如“如魚得水”，搭建一個“DSP電網(wǎng)仿真系統(tǒng)+強化學習算法+集群化封裝”的訓練平臺，將極大提升強化學習技術在電網(wǎng)深度應用的想象空間。
值得一提的是，除賽事之外，本次活動也重磅發(fā)布《數(shù)字電網(wǎng)調(diào)度領域新技術成熟度報告》。當前南方電網(wǎng)正在構建以數(shù)據(jù)為核心生產(chǎn)要素的數(shù)字電網(wǎng)體系，以推動電網(wǎng)運行向“云+AI”智能進化，該報告也展示出電力調(diào)度從“云”向“云+AI”進化的過程與趨勢。
當前，中國電網(wǎng)的智能化水平已領先世界，自我突破是推動其發(fā)展的內(nèi)生力量。某種程度上看，“云+AI”是數(shù)字電網(wǎng)積極進化的方向，也將成為構建新型電力系統(tǒng)的關鍵。
“堅定AI在新型電力系統(tǒng)應用的信心，找準AI應用場景，完善AI開發(fā)應用機制，加強AI在電網(wǎng)實際生產(chǎn)運行中的應用?！蹦戏诫娋W(wǎng)電力調(diào)度控制中心總經(jīng)理李建設2月16日舉辦的“人工智能技術在新型電力系統(tǒng)的應用”主題沙龍上這樣表示，要進一步認識云計算、大數(shù)據(jù)、AI的價值，并積極推動新技術的落地，“只有真正用起來，才能推動技術更加完善，更加安全，更加可靠”。
未來已來
2022年，南網(wǎng)總調(diào)啟動了新型調(diào)度AI認知服務平臺（“左腦”）和新型調(diào)度強化優(yōu)化決策平臺（“右腦”）建設，以構成新型電力調(diào)度系統(tǒng)“智慧大腦”?？梢灶A測的是，在新型電力系統(tǒng)時代，“云+AI”所提供的強大決策能力將對源網(wǎng)荷儲柔性互動、促進新能源消納、保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定提供更大的助力。
《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出，十四五期間要提升能源產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化水平，加快能源產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、智能化升級，加強對于新一代AI、云計算、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術的應用。
當前，AI在能源電力行業(yè)應用還處于初級階段。但是“十三五”至“十四五”初期這個階段，大模型參數(shù)的指數(shù)級增長帶來了AI“智力”的指數(shù)級增長，2023年初爆火的chatGPT的出現(xiàn)帶來了不亞于2016年AlphaGo戰(zhàn)勝人類圍棋冠軍的震撼。
能源互聯(lián)網(wǎng)時代，相信會有更多基于預測類、圖譜類、強化學習類、綜合類新技術的應用產(chǎn)生，并且這些新技術的研發(fā)和應用模式將由傳統(tǒng)的“作坊式”生產(chǎn)轉變?yōu)楣I(yè)化流水線模式，未來更多的電網(wǎng)AI應用也將有效提升電網(wǎng)智能化水平，成為構建新型電力系統(tǒng)的有效支撐。
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