“云+AI”,数字电网未来已来

2023-02-21 18:16

自国家提出建设新型电力系统以来,我国电网企业在保障电力安全、满足社会经济发展电力需求的大前提下,正在以超乎寻常的力度布局新一代数字电网建设。


但作为消纳高比例新能源的核心枢纽,以及支撑“源荷”供需调配的大脑中枢,愈加复杂的用能需求和业务逻辑逐渐暴露出传统电网在数据处理能力上的短板。而这些原本存在于“源网荷储”各个环节的海量数据资产,一旦通过强大的分析建模以及进化迭代,即可对电网运行进行超强赋能。


在此趋势下,基于云平台的数字电网建设提上日程,“电力上云”的价值已经不仅体现在线上服务、可视化等表层应用,而是深入推进电网业务结构化改革,牵引新型电力系统建设的重要能力体现。


“云”上新型电力系统


新型电力系统建设下,基于“弹性灵活、供需可靠”的新一代电网需求,“源网荷储”一体化成为能源电力发展的重要趋势。


作为电网核心业务,电力调度担负着对所有电厂、用户计划进行编排,保证发/用电实时平衡的任务。可以说,电力调度是连接源-网-荷-储,构建多方互动的关键枢纽。


随着风光发电的高比例渗透,负荷侧分布式光伏、风电这些“不可测”电源的加入,如何将“源荷”双端数据进行对接分析,保障电网稳定,促进新能源消纳,成为电力调度系统面临的头号挑战。


而借着数字技术飞速发展的东风,“上云”就成为了解决上述的问题的关键。


2019年,南方电网提出深度应用基于云平台的互联网、人工智能、大数据、物联网等新技术的“4321”数字化转型方案。同年,采用阿里云飞天云计算操作系统,在电网运行核心环节构建南方电网“调度云”平台,将所有网、省、地超过150套系统上云,投运两年即实现了30%左右的业务云化开发。


基于“调度云”平台,南网总调深度拓展相关系统技术架构,上线云化SCADA系统、云化电力系统仿真DSP、电力现货交易、AI应用等,逐步实现企业IT基础设施云化和调度业务的数字化、智能化。


以云化电力系统仿真DSP为例,南方电网覆盖五省区,系统复杂,为了满足新型电力系统建设和运行所面临的海量仿真需求,南网总调率先将电力仿真软件上云,借助分布式并行计算把以往2-3小时的计算时间缩短至30-40秒,仿真计算提速360倍,有效解决了传统硬件上电力仿真软件“跑不动”的问题。


如果说“数据”是构建数字电网的基础,那么“算力”就是支撑数字电网业务的下一个关键。


数字化转型期间,南网总调不间断地对“调度云”平台进行升级,2021年8月,南方电网调度云超算平台上线。此为国内电力行业首个云超算平台,每秒钟可进行825万亿次浮点运算,节点性能较普通云服务器提升5倍。可有效支持精细化数值天气预报、电力现货市场和新能源功率预测等多种大型计算场景。


数据显示,在超算平台上线后,“未来7天台风9公里预测业务”由16台服务器运行8小时,缩短为16台超算服务器运行1.7小时,效率提升4倍以上,进一步提高了电力调度的决策效率。


可以说,超算平台的上线标志着电力调度开始迈入高性能并行计算行列,也是南方电网加速数字化转型的重要举措,此举对大电网自主巡航、电力市场有序运转、新能源高效消纳等业务形成强有力的助力和支撑。


“云+AI”新发展


从数字化到智能化,数据、算力、算法从来都是企业数字化转型的三大重要因素,电网企业更是如此。新型电力系统下,新能源大规模接入对电网稳定性和消纳能力提出更高要求,电网需要实时性更强的调度能力,依托算法优化的AI就成为智能电网建设的绝佳助力。


基于上述需求,在保障电网稳定高效运行之外,南方电网还将“调度云”作为一个开放的技术开发平台,为AI在电力业务的创新应用提供肥沃的土壤。


“调度云就相当手机的操作系统和开发运行的生态,我们可以在云上快速开发出各种应用,就像手机的APP。”南方电网高级技术专家梁寿愚曾这样形容南网“调度云”的重要价值。


从2019到2021年,南网总调已举办三届围绕“系统负荷预测”、“母线负荷预测”、“新能源出力预测”等重要赛题的“电力调度AI应用大赛”,基于“调度云”,普通调度员现学现用,通过拖拉拽和简单代码就能做到敏捷化AI开发,大幅降低了人工智能、大数据等新技术的研发应用门槛。


而且,作为目前电力行业内影响力最大、应用性最强的AI大赛,其多项创新成果已应用于电网业务。


以首届赛事胜出的“AI负荷预测”为例,该平台2020年3月投入试运行,截至2022年10月数据,南方五省区96点AI负荷预测年度平均准确率97.4%,较人工预测提升0.6%。


一组来自《数字电网实践白皮书》的数据显示:以广东珠三角某市为例,其年最大负荷约为1358万千瓦,原平均负荷预测误差平均5.6%。以往预计需要228.09万千瓦旋转备用,导致的年煤耗达619.4万吨标煤。通过基于人工智能技术的负荷高精度预测,可降误差降低到3.5%,旋转备用煤耗降低37.5%,每年降低标准煤耗232.3万吨。


2023年2月17日,第四届电力调度AI应用大赛决赛如期举办,本次赛事基于“强化学习平台、电力调度仿真平台、提高电网运行安全稳定和新能源消纳”几个赛题展开,体现出了传统电力系统向以新能源为主体的新型电力系统转型所面临的多重挑战,以及对新一代数字技术的迫切需求。


第四届电力调度AI应用大赛


作为本届AI大赛的赛题之一,“强化学习技术”引起电力行业关注。其实,从围棋大师AlphaGo,到生物医药界明星AlphaFold,再到电网新星AlphaGrid,Alpha家族的迭代已经充分体现出强化学习技术等前沿技术对于传统领域的变革和引领。而所谓“强化学习技术”,简单说就是以“试错”的方式通过千百万次的训练,使训练体形成专家经验的神经模型,形成以最优决策来指导业务的AI应用。


当前,强化学习技术正处在各行业的应用爆发阶段,对于电力系统而言,基于电网现有的仿真环境来训练智能体犹如“如鱼得水”,搭建一个“DSP电网仿真系统+强化学习算法+集群化封装”的训练平台,将极大提升强化学习技术在电网深度应用的想象空间。


值得一提的是,除赛事之外,本次活动也重磅发布《数字电网调度领域新技术成熟度报告》。当前南方电网正在构建以数据为核心生产要素的数字电网体系,以推动电网运行向“云+AI”智能进化,该报告也展示出电力调度从“云”向“云+AI”进化的过程与趋势。


当前,中国电网的智能化水平已领先世界,自我突破是推动其发展的内生力量。某种程度上看,“云+AI”是数字电网积极进化的方向,也将成为构建新型电力系统的关键。


“坚定AI在新型电力系统应用的信心,找准AI应用场景,完善AI开发应用机制,加强AI在电网实际生产运行中的应用。”南方电网电力调度控制中心总经理李建设2月16日举办的“人工智能技术在新型电力系统的应用”主题沙龙上这样表示,要进一步认识云计算、大数据、AI的价值,并积极推动新技术的落地,“只有真正用起来,才能推动技术更加完善,更加安全,更加可靠”。


未来已来


2022年,南网总调启动了新型调度AI认知服务平台(“左脑”)和新型调度强化优化决策平台(“右脑”)建设,以构成新型电力调度系统“智慧大脑”。可以预测的是,在新型电力系统时代,“云+AI”所提供的强大决策能力将对源网荷储柔性互动、促进新能源消纳、保障电网安全稳定提供更大的助力。


《“十四五”现代能源体系规划》提出,十四五期间要提升能源产业链现代化水平,加快能源产业数字化、智能化升级,加强对于新一代AI、云计算、区块链、大数据、物联网等技术的应用。


当前,AI在能源电力行业应用还处于初级阶段。但是“十三五”至“十四五”初期这个阶段,大模型参数的指数级增长带来了AI“智力”的指数级增长,2023年初爆火的chatGPT的出现带来了不亚于2016年AlphaGo战胜人类围棋冠军的震撼。


能源互联网时代,相信会有更多基于预测类、图谱类、强化学习类、综合类新技术的应用产生,并且这些新技术的研发和应用模式将由传统的“作坊式”生产转变为工业化流水线模式,未来更多的电网AI应用也将有效提升电网智能化水平,成为构建新型电力系统的有效支撑。