2024人工智能赋能数字化配电网探索与实践

二〇二四年九月 目标与思路 形势与要求 形势与要求 党的二十大报告强调：“要积极稳妥推进碳达峰碳中和，深入推进能源革命，加快规划建设新型能源体系”，为新时代我国能源电力发展指明了前进方向，也提出了更高要求。配电网是能源绿色低碳转型的主要载体，为满足分布式可再生能源、储能、V2G等现代化电力资源的承载、利用和消纳，吸需通过数字化手段对配电网的电力供应支撑体系、新能源开发利用体系以及电力系统智慧化运行体系进行全面升级 形势与要求 国网公司贯彻落实中央决策部署，践行现代设备管理体系工作要求，组织起草了《关于进一步加快数字化转型的意见》及2023年行动方案，提出“着力平台整合、业务倍增、数字赋能，系统性、全局性推进电网生产、企业经营、客户服务等公司全业务、全环节数学化转型”。吸需立足公司数字化发展战略，适应公司新形式下配电网网架、业务和数字化管控形态变革，全面夯实配电网安全基础、转变业务模式、挖掘数据价值，以先进技术革新，推动配电网数字化转型升级。 电网侧 电源侧 负荷侧 新型能源：分散、间歇性、随机性的新能源发电接入规模快速扩大，预计2025年，我国分布式能源将达到2.7亿千瓦，集中式优化控制难度翻翻； 电网特性：电网侧接入分布式能源配电网从传统无源网络向有源网络转变，配电网已出现较多潮流倒送现象电网调峰压力越来越大； 虚拟电厂：随着电价和、市场机制完善，将新增大量灵活调节负荷资源。电动汽车：随着国家双碳战略落地，充电桩大量应用安装，2023年6月，全国新能源汽车保有量达1620万辆充电基础设施累计数量为665.2万台整体车桩比约2.4:1，增长趋势明显光伏接入：随着分布式光伏在低压和中压侧并网，以满足供电为主的配电网已经转变成源荷互动典型场景。储能装置：用于存储和管理电能，电池是其中的一种电化学储能设备，但储能设备还包括其他类型，如机械储能设备、热能储能设备、超级电容器动能储能设备等。 分布式光伏 网侧储能：电网侧接入抽水蓄能电站、压缩空气和电化学储能实现网侧储能，应对用电高峰出现的负荷缺口； 市场机制：能源侧转型发展的配套机制政策严重滞后，分布式能源市场化的交易规则尚不完善； 电能运维：出现由于负荷侧和电网侧的变化，出现影响设备安全的反向重过载、影响电能量利用的电压越限： 分布式储能 传统能源：传统能源仍承担着保底电源的职能，同时传统发电机组未来也承担着调峰调频、平抑新能源出力波动的重要职责。 电网规划：挑战原有以满足负荷为主的规划方式，考虑分布式光伏消纳，部分县公司已无可开放并网容量，不再受理分布式光伏并网业务。 多能互补 数字化应用现状 近年来，配电专业依托配电自动化系统、设备精益化管理系统（PMS2.0）供电服务指挥平台，构建了支撑配电专业管理的“两系统一平台”应用体系，基本满足了配电网采集监测、运维管理和指挥管控的业务需求，初步实现了以工单驱动为抓手的配网管控模式。随着分布式能源、电动汽车、储能等社会“源荷储”资源快速发展，配电网逐步发展为囊括“源网荷储”全要素的配电系统，对配电网综合承载能力、数字管控手段和运营服务水平提出了更高要求。 设备资产精益管理系统，服务于国网、省、地、县、班组各级运检管理及作业人员，主要涵盖配电网运维、检修、抢修等基础作业类应用。 配电自动化系统，服务于省、地、县各级配网调控及运检人员，其中工区配电自动化系统接入DTU、FTU、故障指示器等中压自动化装置，涵盖配电网运行监测控制、方式调整和故障处理等业务应用：IV区配电自动化系统通过智能融合终端接入台区低压侧自动化装置，同时汇聚I区自动化数据，涵盖配电网设备运行状态管控、故障定位分析、新能源监测等业务应用。 供电服务指挥平台，服务于市、县供电服务指挥中心以及省、地、县、班组各级运检管理及作业人员，主要涵盖服务工单处置、业务协同指挥配电运营管控、服务质量监督、工单驱动业务、供电可靠性过程管控等业务应用，通过主动运维、检修、抢修三类工单的发起、执行、跟踪、督办，初步形成了以工单驱动为主的配网运营管控新模式。 目标与思路 02 建设目标 运用数字技术，将物理空间实体电网的网架、状态、参数、环境等要素在数字空间进行动态呈现，通过电力与算力结合，支撑电网全环节业务在数字空间中全时空呈现、仿真和决策，打造统一的数字配电网空间映射，满足跨专业、跨区、跨层的资源协同控制。 调节 控制 管理 基于配电网生产运行数据汇聚、分析、研判，充分发挥“云大物移智”优势，支撑配网全环节透明感知、全业务流程贯通、全方位智能，实现智慧化的规划、建设、运维、运营等业务应用。管理类业务为控制类及调节类业务提供图模数基础支撑，具有透明、智慧、协同等特点。 实现配电网多态全景感知、监测与控制、故障处理、电力电量平衡及电力保供等业务，支撑实现主配微网协同。控制类业务电网模型和图形来自部署于管理大区的公司统一数字化平台（电网资源业务中台、实时量测中心等），并向统一数字化平台共享生产运行测控数据及调节策略。 通过接收生产控制类业务调节策略，智能决策、分解形成调节指令，支撑电力电量平衡、电力保供、电动汽车有序充电、分布式电源消纳等业务。 关键技术应用 03 基础数据质量分析 主网拼接拓扑分析基于主配拼接信息综合拼接研判结果，以图形、列表等形式展示研判结果。选择相应区域展示该区域馈线拼接情况列表及结果统计，选择相应馈线图形展示馈线主配拼接情况。 基础数据质量分析 以业务应用需求为导向，围绕已接入的配网模型数据和量测数据，设计主配拼接校核、馈线模型校核、主网负荷及馈线映射关系分析等数据分析服务。主配拼接属性校核：旨在发现从调度自动化系统（EMS）和配电自动化系统（DMS）获取的10kv/20kv出线开关的数据，出现的出线开关ID不一致、关键参数差异等出线开关不一致问题。配网馈线模型校核：旨在发现从设备（资产）运维精益管理系统（PMS）和配电自动化系统（DMS）获取的配网馈线模型，出现的模型id不一致、关键参数差异等数据质量问题，保障配网馈线模型的准确性，及时处理潜在风险。 基础数据质量分析 基于实时量测中心接入的调度自动化系统（EMS）和配电自动化系统（DMS）、PMS系统获取的主网母线、1OkV出线开关配网馈线的模型及拓扑数据，进行拓扑分析获取主配拼接关联关系，为实时拓扑分析、配网馈线量测服务等提供基础数据支撑能力。 电网实时分析引擎 构建电网实时分析引擎建设，对物管平台的采集数据进行处理，同时整合生产控制大区的实时运行方式等数据，构建涵盖完整电网各类要素的实时流式数据，为各类上层应用提供调节控制闭环支撑能力。 电网实时分析引擎 构建具备工业控制调节测点自适应分区、可移动算力预测、流式任务动态弹性框架，研发实时量测流式执行引擎，实现每秒百万级以上量测数据高性能、低延时、可扩展的流式处理，具备工业控制调节处理能力。 电网实时分析引擎 构建基于图计算的中低压配网拓扑聚合和实时网络分层体系，面向省级配电网全量拓扑模型及增量异动模型，基于图计算的中低压配网拓扑聚合方法和实时网络分层并行技术，实现配电网动态实时拓扑分析与网架结构续变化分析，支撑未来新型电力系统运行分析的相关高级应用。 人工智能 基于电力本体库，利用图像识别、语音识别、自然语言处理等技术，对规程规范、运行日志、仿真案例、故障预案等半结构化、非结构化数据进行结构化，进而实现电网知识的融合、存储、更新以及应用。 人工智能 依托大数据及大模型技术，对多源异构数据进行抽取、融合、关联，可以高度智能识别电网侧用户行为以及电网架构的调优 用户行为 节电技术 网架优化 用电预测 错峰调度 ·考虑与气象、用电行为、特殊事件等关联性修正的中短期用电负荷预测融合空间地理数据的用电变化趋势和群体用电行为的大模型用电预测技术 ●分析多因素的用户节电潜力和节电策略，研究、探索用户节电服务新模式基于大模型对用户用电特性的配电网无功配置及调节优化方法，促进配电网降损精益 ●基于配用电安全性、经济性及用户多样化用电需求的错峰资源潜力分析考虑分层分区、用户侧需求响应等多种可调度错峰资源的自动分配策略 基于多维指标体系、多时间剖面的个体与群体用电负荷数据动态统计特征 基于分层分类数据关联模型生成可行网架集的方法，提高网架优化的有效性 ●基于经济景气、生产效率、能源供需等因素、融合行业运行特征的工、商业行业驱动关联分析。 基于网架可行方案集的快速优化大模型参数，提高网架优化效率 规划仿真应用 根据新能源、充电站规划对于城市路网、城市土地等环境要求，利用电网一张图的失量分析、路径处理等相关栅格处理功能分析测算资源开发潜力、架设线路寻优、充电站设施可利用土地范围，同时结合网架运行信息、区域充电需求预测数据、配网承载力测算信息，进一步从供应分析、区域概况、潜客分析等方面筛选可利用土地，支撑新能源接入、充电站选址等规划设计类业务。 运行状态管控 依托物联管理平台、企业级量测中心、气象环境中心等平台基础，通过实时监测、趋势预测和异常状态研判，实现配网运行状态全息感知。一是贯通配网设备自动化终端、传感器、摄像头等各类监测装置，结合电网一张图实现配网设备本体、潮流环境、安防及“源荷储”等新要素的全方位透明感知。二是基于配网历史/实时运行数据，结合气象灾害、时间变化、季节特征等多源要素，通过人工智能预测模型算法，实现面向配网设备、分布式光伏运行风险趋势预警，辅助基层做好预防措施，降低电网风险。三是基于配网潮流推演，实现部分采集、全量计算，支撑配网故障停电研判以及运行状态异常研判分析，驱动配电网主动抢修、主动运维、主动检修。 全景智慧保电 》概况 基于地理信息集成展示保电对象以及交通路网，结合主配网模型，直观显示检修停电及处理过程、数字李生三维场景，支持保电方案智能编制，以及保电用户风险在线评估以及精细化风险等级分析。 》亮点 基于地理图、接线图综合展现、联动信息，结合主配一体全电网模型实现即时供电路径追溯、用户集分析、负荷转供策略生成，利用拓扑关联关系逆向潮源自下而上实现10kV-330kV供电路径自动生成：检索设备下游电网，形成关联的用户集列表；充分利用人工智能技术，集成语音助手以及采用决策树及神经网络混合算法，使用策略网络生成多步电网操作策略 》效果 以沙盘全貌方式全景总览，打通主配网模型拓扑关联实现全链条分析，实现保电场景纵向贯通、数据有效集成，以及基于地理图、接线图打造保电场所全景监视、重点负荷电源追溯、应急响应预案编制、设备数据应采尽采，达成态势全感知、保障零死区、设备零缺陷” 智能运行指挥 融合现有信息系统和多源数据，构建集全面监测、智能评价、决策指挥、操作控制功能于一体的智能运行指挥平台，全面提升设备全息感知力、设备风险管控力、生产指挥穿透力、应急处置响应力，实现”设备态势一自了然、风险管控一线穿、生产操作一键可达、决策指挥一体作战、智能辅助一气呵成” AI配网大脑 》概况 随着大云物移智链现代技术的飞速发展，电力传统业务必将快速引入人工智能，国调中心、设备部都计划将人工智能技术列入重点工作试点攻坚，不断提升调控承载力与电网运行效率。以人工智能技术和现代通信技术为载体全面应用智能化技术建设虚拟调度助手、智能值长监护、停电智能编排、调度驾驶舱、无人办公坐席、应急预案巡航、缺陷隐患预警等应用。 》亮点 基于语音识别技术建立配网调控业务语音交互新模式。以电网设备模型为中心，训练电力专业术语，建立电网语音信息数据库：建立风险播报、策略分析等应用的语音交互新模式。针对指定设备对象的历史运行数据及故障、检修、缺陷等特征数据进行关联性分析，实现对设备未来缺陷状态预警、预测的功能。 》效果 实现电网运行业务自动分析与人工替代，应用在操作票交互、日常报表制作、现场信息收集、工作日志梳理等各个环节，实现机器智能代替大量不必要的人工重复劳动降低业务人员的疲劳感，提升配网调控检修业务整体运营效率。 故障全流程管控