自國家提出建設(shè)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(jì)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(shè)。
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(fù)雜的用能需求和業(yè)務(wù)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(gè)環(huán)節(jié)的海量數(shù)據(jù)資產(chǎn)，一旦通過強(qiáng)大的分析建模以及進(jìn)化迭代，即可對電網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行超強(qiáng)賦能。
在此趨勢下，基于云平臺的數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)提上日程，“電力上云”的價(jià)值已經(jīng)不僅體現(xiàn)在線上服務(wù)、可視化等表層應(yīng)用，而是深入推進(jìn)電網(wǎng)業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)化改革，牽引新型電力系統(tǒng)建設(shè)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(shè)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(wù)，電力調(diào)度擔(dān)負(fù)著對所有電廠、用戶計(jì)劃進(jìn)行編排，保證發(fā)/用電實(shí)時(shí)平衡的任務(wù)?？梢哉f，電力調(diào)度是連接源-網(wǎng)-荷-儲，構(gòu)建多方互動的關(guān)鍵樞紐。
隨著風(fēng)光發(fā)電的高比例滲透，負(fù)荷側(cè)分布式光伏、風(fēng)電這些“不可測”電源的加入，如何將“源荷”雙端數(shù)據(jù)進(jìn)行對接分析，保障電網(wǎng)穩(wěn)定，促進(jìn)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(shù)飛速發(fā)展的東風(fēng)，“上云”就成為了解決上述的問題的關(guān)鍵。
2019年，南方電網(wǎng)提出深度應(yīng)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(shù)的“4321”數(shù)字化轉(zhuǎn)型方案。同年，采用阿里云飛天云計(jì)算操作系統(tǒng)，在電網(wǎng)運(yùn)行核心環(huán)節(jié)構(gòu)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(yùn)兩年即實(shí)現(xiàn)了30%左右的業(yè)務(wù)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(guān)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)，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(yīng)用等，逐步實(shí)現(xiàn)企業(yè)IT基礎(chǔ)設(shè)施云化和調(diào)度業(yè)務(wù)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(fù)雜，為了滿足新型電力系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)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(jì)算把以往2-3小時(shí)的計(jì)算時(shí)間縮短至30-40秒，仿真計(jì)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(gòu)建數(shù)字電網(wǎng)的基礎(chǔ)，那么“算力”就是支撐數(shù)字電網(wǎng)業(yè)務(wù)的下一個(gè)關(guān)鍵。
數(shù)字化轉(zhuǎn)型期間，南網(wǎng)總調(diào)不間斷地對“調(diào)度云”平臺進(jìn)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(gè)云超算平臺，每秒鐘可進(jìn)行825萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算，節(jié)點(diǎn)性能較普通云服務(wù)器提升5倍?？捎行еС志?xì)化數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、電力現(xiàn)貨市場和新能源功率預(yù)測等多種大型計(jì)算場景。
數(shù)據(jù)顯示，在超算平臺上線后，“未來7天臺風(fēng)9公里預(yù)測業(yè)務(wù)”由16臺服務(wù)器運(yùn)行8小時(shí)，縮短為16臺超算服務(wù)器運(yùn)行1.7小時(shí)，效率提升4倍以上，進(jìn)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(biāo)志著電力調(diào)度開始邁入高性能并行計(jì)算行列，也是南方電網(wǎng)加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要舉措，此舉對大電網(wǎng)自主巡航、電力市場有序運(yùn)轉(zhuǎn)、新能源高效消納等業(yè)務(wù)形成強(qiáng)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(zhuǎn)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(shí)時(shí)性更強(qiáng)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(shè)的絕佳助力。
基于上述需求，在保障電網(wǎng)穩(wěn)定高效運(yùn)行之外，南方電網(wǎng)還將“調(diào)度云”作為一個(gè)開放的技術(shù)開發(fā)平臺，為AI在電力業(yè)務(wù)的創(chuàng)新應(yīng)用提供肥沃的土壤。
“調(diào)度云就相當(dāng)手機(jī)的操作系統(tǒng)和開發(fā)運(yùn)行的生態(tài)，我們可以在云上快速開發(fā)出各種應(yīng)用，就像手機(jī)的APP?！蹦戏诫娋W(wǎng)高級技術(shù)專家梁壽愚曾這樣形容南網(wǎng)“調(diào)度云”的重要價(jià)值。
從2019到2021年，南網(wǎng)總調(diào)已舉辦三屆圍繞“系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測”、“母線負(fù)荷預(yù)測”、“新能源出力預(yù)測”等重要賽題的“電力調(diào)度AI應(yīng)用大賽”，基于“調(diào)度云”，普通調(diào)度員現(xiàn)學(xué)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(shù)的研發(fā)應(yīng)用門檻。
而且，作為目前電力行業(yè)內(nèi)影響力最大、應(yīng)用性最強(qiáng)的AI大賽，其多項(xiàng)創(chuàng)新成果已應(yīng)用于電網(wǎng)業(yè)務(wù)。
以首屆賽事勝出的“AI負(fù)荷預(yù)測”為例，該平臺2020年3月投入試運(yùn)行，截至2022年10月數(shù)據(jù)，南方五省區(qū)96點(diǎn)AI負(fù)荷預(yù)測年度平均準(zhǔn)確率97.4%，較人工預(yù)測提升0.6%。
一組來自《數(shù)字電網(wǎng)實(shí)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(fù)荷約為1358萬千瓦，原平均負(fù)荷預(yù)測誤差平均5.6%。以往預(yù)計(jì)需要228.09萬千瓦旋轉(zhuǎn)備用，導(dǎo)致的年煤耗達(dá)619.4萬噸標(biāo)煤。通過基于人工智能技術(shù)的負(fù)荷高精度預(yù)測，可降誤差降低到3.5%，旋轉(zhuǎn)備用煤耗降低37.5%，每年降低標(biāo)準(zhǔn)煤耗232.3萬噸。
2023年2月17日，第四屆電力調(diào)度AI應(yīng)用大賽決賽如期舉辦，本次賽事基于“強(qiáng)化學(xué)習(xí)平臺、電力調(diào)度仿真平臺、提高電網(wǎng)運(yùn)行安全穩(wěn)定和新能源消納”幾個(gè)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(zhuǎn)型所面臨的多重挑戰(zhàn)，以及對新一代數(shù)字技術(shù)的迫切需求。
第四屆電力調(diào)度AI應(yīng)用大賽
作為本屆AI大賽的賽題之一，“強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)”引起電力行業(yè)關(guān)注。其實(shí)，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(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)等前沿技術(shù)對于傳統(tǒng)領(lǐng)域的變革和引領(lǐng)。而所謂“強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)”，簡單說就是以“試錯(cuò)”的方式通過千百萬次的訓(xùn)練，使訓(xùn)練體形成專家經(jīng)驗(yàn)的神經(jīng)模型，形成以最優(yōu)決策來指導(dǎo)業(yè)務(wù)的AI應(yīng)用。
當(dāng)前，強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)正處在各行業(yè)的應(yīng)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(xùn)練智能體猶如“如魚得水”，搭建一個(gè)“DSP電網(wǎng)仿真系統(tǒng)+強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法+集群化封裝”的訓(xùn)練平臺，將極大提升強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)在電網(wǎng)深度應(yīng)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(lǐng)域新技術(shù)成熟度報(bào)告》。當(dāng)前南方電網(wǎng)正在構(gòu)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(yùn)行向“云+AI”智能進(jìn)化，該報(bào)告也展示出電力調(diào)度從“云”向“云+AI”進(jìn)化的過程與趨勢。
當(dāng)前，中國電網(wǎng)的智能化水平已領(lǐng)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(jìn)化的方向，也將成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵。
“堅(jiān)定AI在新型電力系統(tǒng)應(yīng)用的信心，找準(zhǔn)AI應(yīng)用場景，完善AI開發(fā)應(yīng)用機(jī)制，加強(qiáng)AI在電網(wǎng)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中的應(yīng)用?！蹦戏诫娋W(wǎng)電力調(diào)度控制中心總經(jīng)理李建設(shè)2月16日舉辦的“人工智能技術(shù)在新型電力系統(tǒng)的應(yīng)用”主題沙龍上這樣表示，要進(jìn)一步認(rèn)識云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、AI的價(jià)值，并積極推動新技術(shù)的落地，“只有真正用起來，才能推動技術(shù)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(rèn)知服務(wù)平臺（“左腦”）和新型調(diào)度強(qiáng)化優(yōu)化決策平臺（“右腦”）建設(shè)，以構(gòu)成新型電力調(diào)度系統(tǒng)“智慧大腦”?？梢灶A(yù)測的是，在新型電力系統(tǒng)時(shí)代，“云+AI”所提供的強(qiáng)大決策能力將對源網(wǎng)荷儲柔性互動、促進(jìn)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(qiáng)對于新一代AI、云計(jì)算、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的應(yīng)用。
當(dāng)前，AI在能源電力行業(yè)應(yīng)用還處于初級階段。但是“十三五”至“十四五”初期這個(gè)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(shí)代，相信會有更多基于預(yù)測類、圖譜類、強(qiáng)化學(xué)習(xí)類、綜合類新技術(shù)的應(yīng)用產(chǎn)生，并且這些新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用模式將由傳統(tǒng)的“作坊式”生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)化流水線模式，未來更多的電網(wǎng)AI應(yīng)用也將有效提升電網(wǎng)智能化水平，成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的有效支撐。
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