面向新型电力系统的数字化电力设备关键技术及其发展趋势

摘要：提高电力设备运行维护水平、保障电力设备安全稳定运行是电网可靠供电的基础。现有电力设备运行维护的主要技术手段包括预防性试验、人工巡检、带电检测、在线监测及机器人/无人机巡检。从应用效果来看，这些手段有效地提高了电力设备状态检修水平，但还存在检测效率低、实时性差、设备状态精准评估困难、漏报和误报较多等问题，难以全面、及时、准确地发现设备缺陷和掌握设备状态。

关键词：新型电力系统；;数字化；电力设备；关键技术；发展趋势；

引言

新型电力系统是以确保能源电力安全为基本前提，以满足经济社会发展电力需求为首要目标，以坚强智能电网为枢纽平台，以源网荷储互动与多能互补为支撑，具有清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动基本特征的电力系统。新能源大规模高比例并网，给新型电力系统在消纳、安全运行、机制体制等方面带来了巨大挑战。源网荷储的高效互动将成为新型电力系统运行的常态，需要运用数字化技术，打通源网荷储各环节信息，使电网具备超强感知能力、智慧决策能力和快速执行能力。

一、新型电力系统的特点

新型电力系统是以新能源为供给主体、以确保能源电力安全为基本前提、以满足经济社会发展电力需求为首要目标，以数字电网为支撑，具备多能源多元互补、“源—网—荷—储”互联互动、用能需求智能管控的新一代电力系统。新型电力系统具有绿色高效、柔性开放、数字赋能三大特征。就目前而言，电力系统主要为“源随荷动”的确定性电量平衡，而搭建了新型电力系统后，将过渡到“源—网—荷—储”各元协同的概率性电量平衡。新型电力系统也呈现出资源多样化、需求品质化、利用高效化、管控智能化等发展趋势。构建和运行以新能源为主体的新型电力系统离不开数字化技术的推动，数字技术与传统电网产业的深度融合发展加速了产业数字化和数字产业化，通过智能化技术改造电力企业的生产及管理模式，以企业数字化转型助推新型电力系统建设。以数字转型作为关键支撑，将电网安全运行放在首位，将可靠供电作为核心重点，以经济高效作为发展目标，不断优化企业管理模式，深入挖掘信息资源价值，合理利用数字化技术，提升人员能力，提高管理效率，进一步提升数字电网运营能力，支撑新型电力系统和清洁低碳、安全高效的现代能源体系构建。

二、数字化电力设备基本架构

1）利用智能传感、物联网、云计算、大数据、人工智能、数字孪生等先进的数字化和智能化技术实现电力设备在网运行、服役环境和健康状态数据的采集、传输、处理、分析及应用，为设备研发设计和智能运维提供全面支撑。2）将设计制造、测试试验、状态监测、运行维护等电力设备全生命周期管理各环节数据深度融合，通过云平台、区块链等技术实现全生命周期数据的安全共享和互通。3）通过数字化建模、多物理场仿真等手段构建高度保真的电力设备数字孪生体，在设备数字孪生体上全面、动态反映物理设备状态变化，实现设备状态精准感知、推演预测和模拟操作，并可作用于物理实体进行信息交互和优化控制。数字化电力设备的实现包含设备本身的数字化转型升级和衍生出数字孪生体两个层级。设备数字化转型升级主要是将传统模式下电力设备固有特性和运行状态相关的数据、文件、影像、信息等元素转换成数字化的形式，利用先进的数字化技术进行传输、存储、管理、分析和应用，提高电力设备设计制造、试验测试和运行维护的智能化水平和设备的可靠性。

三、数字化电力设备的关键技术

3.1数字化建设

新型电力系统在建立健全数字化技术标准体系基础上，需大力推进数字化建设。深化云计算、大数据、物联网、5G、人工智能、区块链、数字孪生等新一代数字技术在源网荷储、新能源消纳、光伏、绿电交易、智慧车联网、大数据应用、数字营销、智能调控、数据治理、智能运维、财务数字化、审计数字化等业务场景的创新应用。利用先进数字化技术和电力电子技术，加快智能、主动、柔性交直流混合配电网的发展。促进数字化技术和信息化技术结合，推动电力系统灵活性从目前的发电侧为主向发电侧、电网侧、用户侧并重转变，构建适应高比例新能源的新型电力系统，着重加强网络安全建设。

3.2搭建集成化办公平台

通过科学的管理模式结合数字化技术，搭建契合电力企业的集成化办公应用平台，延伸纵向管理的深度，拓展横向管理的广度。在现有的管理平台的基础上进行优化，升级决策审批、文档备份管理等常用系统，合理提升管理平台的应用空间，实现多系统通行，统一身份认证、多向数据传输等功能，形成一个方便快捷、信息互通、高效共享的一站式管理平台。在大数据的背景下，所搭建电力企业的集成化应用平台还需要具备共享互通的能力，有效实现跨部门的监督管理工作，持续优化简化企业管控流程，协同开展企业管理工作。除此之外，平台需要具备集成数据的能力，促进各业务单位之间的信心对接，提升跨层级、跨职能的业务协调能力，持续扩大管理工作覆盖范围，提升企业化管控水平，提升业务管理效率，进一步实现电力企业管理体制数字化改革。

3.3智能终端的边缘计算技术

电力设备智能终端用于接入不同传感器的设备运行数据、环境气象数据和状态监测数据，在数据汇聚、传输的基础上，还可以通过边缘计算来实现数据的实时分析、故障预警、智能控制甚至设备的主动保护。对电力设备智能终端来说，其边缘计算的主要目标包括：1）快速对设备状态感知数据进行分析诊断，减少数据往返云端等待时间，为设备状态实时分析、故障预警甚至主动保护提供支撑。2）对海量数据进行筛选，防止无筛选数据上传至云端增加网络带宽成本及大量的云存储造成高昂的成本，有效降低电力设备数字化的系统资源需求。3）提高终端智能水平，使终端具备自我学习能力，以应对快速变化的运行条件与新问题。

3.4数字化技术标准体系架构

结合新型电力系统业务需求，以新型电力系统数字化技术支撑框架为依据，构建包含基础层、技术支撑层、应用层的新型电力系统数字化技术标准体系架构。基础层包括基础综合、体系架构、测试评价、规划架构等基础通用标准，位于整个体系架构最底层，对新型电力系统数字化技术标准起基础指导作用。技术支撑层包括采集、传输、存储、碳管理、安全防护五大领域分支，其中碳管理与安全防护两大分支与采集、传输、存储分支技术密切相连，支撑新型电力系统数字化技术应用层的技术标准。

四、结束语

构建新型电力系统是实现我国发展目标的必然要求，新型电力系统对于电力企业提出数字化、智能化的新要求，为了顺应工作发展趋势、满足数字化时代需求、突破发展限制，电力企业通过管理体制数字化改革，多方位促进新型电力系统的更新换代，进而适应不同业务发展需要，从而提高核心竞争能力。数字化电力设备主要目标是利用数字化技术手段实现全寿命周期设备状态的精准感知和推演预测，精准掌握设备内部健康状态，准确预测设备缺陷演变发展趋势，从而提升设备的智能化水平、降低设备的运行风险、延长设备的使用寿命、提高设备的利用效率，支撑新型电力系统安全可靠和高效稳定运行。

参考文献

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