电力数字化蓝图构想及场景分析

安全、效率、绿色是面向 2030 电力行业转型发 展的关键议题。

一、电力数字化蓝图构想

在去中心化、终端电气化的行业背景和发展趋势 推动下，电力系统“源网荷储”的互动会逐步加速、 加深，打破传统价值链的边界，打破传统电力系统“源 随荷动”的强计划属性，电力供需将变得越来越灵活、 随机。 围绕电力数字化总体发展目标，未来在数字化边 端（边端采集与控制）、泛在通信网络（地面通信与 卫星通信）、算力和存储（云平台、云边端协同、空 间计算与区块链）、算法和应用（人工智能、图计算 与高级分析等）等新一代数字化使能技术的大力发展 和广泛应用下，将全面联通物理世界与数字空间，通 过将电力系统中的设备信息、生产过程等转化为数字 表达，打造电力系统在虚拟空间中的“数字镜像”。 同时，通过数字化监控、智能化分析、数智化自治等 数字化能力的进阶式提升，完成物理世界与数字空间 从虚实映射到深度交互的演进，进而实现整个电力系 统的数字孪生。 具体来看，电力数字孪生可以分为三种形态：

1、数字化监控 监控的目的是通过泛在感知、高速通信及平台存 储，对电力设备资产的运行过程及运行状态全面、精 准、实时地在数字空间中进行反映，并基于多维 数据 对设备资产进行全生命周期的动态监控与诊断，从而 实现对各类电力场景的“比特感知瓦特”，配电网承 载力和灵活性的需求将显著增多，配电网数字化转型 将全面推进，预计到 2030 年，实现设备数字化率超 过 90%。感知网络的建立和机理模型的构建是实现 电力系统高效 数字化监控的基础；同时，数据互通 和泛在物联也需要数据加密技术的支持以确保信息安 全。

2、智能化分析 智能化分析的目的是基于确定的运行模式和机理 规则，对发电机组、输配电网、电力负荷等未来运行变化进行分析预测与模拟反馈，为基于现有体系的运 营优化和系统控制提供决策支持，从而实现对各类电 力场景的“比特管理瓦特”，预计到 2030 年电力数 字化业务上云将超过 90%。算力和算法是提高电力 系统智能化分析准确性的核心技术，通过构建涵盖多 领域多学科复杂数据模型以及数字空间的仿真模拟， 可以帮助物理实体进行优化和决策，并形成有效闭环。

3、数智化自治 数智化自治是指基于跨系统、跨模块的海量数据 交互，依托自适应、自进化的复杂算法模型，通过数 字空间共享的智能成果，主动识别出当前物理世界运 行模式的“瓶颈”，下达决策性指令或提出预见性改 造方案，从而通过数字空间的“决策自治、成果反哺”， 促进物理世界与数字空间的深度交互，实现“比特增 值瓦特”，预计到 2030 年 AI 加持电力数字化比例 将超过 80%。由于涉及到大量跨系统数据的交换与 共享，因此除了高级分析等人工智能技术外， 区块链 及隐私计算等技术也是关键。

二、电力数字化典型场景分析

1、典型场景选择 我们从价值属性和技术成熟度属性两大维度， 对 基于电力数字孪生下的众多电力数字化场景进行了拆 解和评估，梳理出了三类场景定义： 1） 当前热点场景：这类场景市场规模增长较 快 且已有相对成熟的数字化解决方案，可以视为相关企 业电力数字化能力建设的“入门标准”； 2） 未来重点场景：这类场景普遍体现出了对供 电可靠及“双碳”的显性价值，但大规模应用仍待关 键能源技术与信息化技术的突破和支撑； 3） 其他场景：这类场景或者已是红海市场、 或 者商业价值尚不明朗，不纳入本白皮书研究范围。

2、典型场景分析 安全、效率、绿色是面向 2030 电力行业转型发 展的关键议题。当前，围绕电力系统升级建设，在供 电安全可靠、关键设备延寿、厂网运行效率、新能源 消纳与交易等方面还面临诸多挑战。在电力数字化总体发展目标下，我们将进一步探 讨电力数字化在未来电力系统六大业务场景中的核心 价值与关键技术应用支撑。

场景一：数字绿色电厂

在环境可持续、能源安全等因素影响和推动下，电力系统核心向新能源和分布式转移，大型风 电场与光伏电站将承担着提高电力系统绿色电量渗透水平的核心作用。大规模新能源场站具有“看 天吃饭”、地理位置偏远、分布分散等特性，上网电量也依赖大电网对新能源电量的消纳能力，为 提高有效发电量、延长设备使用寿命、及时响应配合大电网进行出力调节等，在设备巡检、电厂运维、 远程控制等方面都存在智能化管理需求。 在未来新能源电厂管理中，电力数字化技术将应用于贯穿电厂全生命周期的数字孪生、基于跨 域物联的远程集控等场景，实现电厂智能化管理水平跃升。

场景二：电网数字巡检

电网线路是电力系统的“骨骼”，变电站是连接不同骨骼的“关节”。一张健康的电网之于电力系统， 就好比一幅骨密度高的骨架对于人体的支撑，是电力系统高效运行的前提条件。 未来，大规模新能源发电量的上网、大量分布式电源在配电网络中的接入，都会改变电网设备 传统运行方式，对设备健康水平及使用寿命带来影响。以往定期点检、重输轻配的电网巡检模式已 不能满足电力系统升级带来的新要求，亟需一种更全、更频、更快、更准的巡检手段。 电力数字化技术可以为电网设备提供全天候、全方位、全自主的健康“体检”，帮助打通电网 巡线的数字通路、保证变电枢纽的安全高效运转，实现电网设备延寿，保障整个系统的供电安全。

场景三：多源自愈配网

城市配电网是连接电网与终端用户的桥梁，配电网的安全稳定运行对企业开展日常经营和居民 安居乐业有着重要的保障作用。随着能源结构发生变化、供电模式发生调整，电力供应的重心已经 逐渐从主干电网慢慢向配电网络发生偏移，这就要求未来城市配电网必须兼顾稳定性和灵活性，同 时加强应对突发事件的运行能力，通过数字化、智能化技术的应用和加持，最终实现“刚中带柔、 柔中带刚、刚柔并济、相得益彰”的建设目标，从负荷侧提高电网系统对新能源的消纳能力。

场景四：多能协同互补

随着终端电气化加速与储能技术的突破，电能将是未来能源供应体系的核心。在一定区域范围内， 通过微电网或微能网的建设，依托电力数字化技术与能源技术的深度融合，可以实现电、热、气等 多种能源形式间的灵活转换与协同互补，在加强区域供电供能可靠性保障的同时， 也提高了能源综 合利用效率与能源服务质量，最终实现净零排放。 微电网 / 微能网具有源网荷储一体融合的特性，可以独立自治运营，也可以通过开关与上级电 网相连，进行电量交换。智慧园区和智慧楼宇是微电网 / 微能网的两个典型应用场景。

场景五：跨域电力调度

2021 年以来，受极端天气高发、燃料价格上涨、疫情持续蔓延等多元因素共同影响，全球多 个国家和地区都出现了能源短缺现象，不得不采取非季节性的拉闸限电等非常手段进行保供，对城 市生产生活造成严重影响。 通过合理的调度安排，将负荷较低或有电量盈余地区的电量，利用输配电网络输送到限电地区， 实现跨域电力的应急支援与调节，是解决限电问题的有效途径之一。跨域电力的调度有两种实现方式： 一是通过智能电网调度，实现不同区域电网间的协调互动；二是通过虚拟电厂平台运营，实现电能 优化再分配。

场景六：赋能绿色低碳

电力行业实现“双碳”目标极具挑战，除了可再生能源替代传统能源、发展循环经济之外， 数 字技术和数字平台因其广泛触达、实时记录、全面增信、正向激励等优势，在实现绿色低碳的发展 目标中，正发挥越来越重要的作用。