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中国工程院院士李立浧:透明电网大大提高电力系统的稳定性

北极星智能电网在线  来源:北极星电力网    2020/10/15 13:42:02  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:“未来透明电网应该是基于信息化的计算科学,未来走到透明阶段主要是依靠计算科学,要靠数字、数据来进行科学计算,通过科学计算发现规律。透明电网让电力系统的稳定性可以大大提升,可以提高电力系统的运行效率。”这是中国工程院院士 南方电网专家委员会主任委员李立浧院士在2020国家能源互联网大会暨国家能源互联网产业及技术创新联盟全体成员大会上做的主题报告《透明电网的理论和现实》中的发言。北极星电力网对会议进行全程直播。

专题直播:2020国家能源互联网大会

李立浧.jpg

以下为发言实录:

李立浧:尊敬的各位领导,朋友们,大家好。

今天很高兴参加能源互联网大会,今天给大家讲一讲透明电网的理念,和我对这个理念提出的过程,希望和大家一起来讨论,也希望听到大家的建议,把透明电网这件事真正做起来。

首先,为什么我提出了透明电网的概念?第一、2015年我们承担了中国工程院重大咨询项目,能源技术革命的技术方向和体系战略研究,我们增加了一个智能电网和能源网融合的问题并进行讨论。我们研究的结果是从能源网、智能电网、互联网这三者的关系,最后从互联网角度来看,能源网和智能电网如何融合?最后结论是要靠信息技术让两个融合起来,这是我们起初的研究思想。

还有两件事给了我们启示,一个是交通导航系统,现在大家对导航系统已非常熟悉,导航系统对于状态透明是非常明显的,交通导航系统带来了很多便利。所以我们就在想我们这个系统能不能像交通导航系统一样。我们知道,我们在讲电力的时候有很多假设,有很多模型,我们能不能像交通导航系统一样在数据的指引下形成一个透明状态,这是对我们的一个启示。就是交通系统的情况,路况、车况能够统统展示,能够对指引交通拥堵状况,车辆健康状况,规划行车路线,完成自动驾驶等,这是基本的透明交通系统。那么我们就联想到电力系统。

第二件事情就是以色列农业科技的启示,以色列国家是缺水,干旱,但是以色列农业发展得非常好,不但自给自足,还向欧洲出口蔬菜,它怎么能做到呢?大家看这张图,上面的图是养奶牛的,它上面有传感器,能够展示奶牛整个的生活情况,包括饲料的需求,对水的需求,能够展示出来,它的产奶量一年可以产12吨奶,是中国产奶量的1.5—1.8倍。

下面的图也有很多传感器,土壤里面也有传感器,能够反映什么时候需要浇水,什么时候需要施肥。他们在农业上做了这样的事情,这也给我们启示。我到以色列参观、考察以后得出一个结论,说以色列是科学家在种田,中国是农民在种田,信息技术等现代化技术在以色列农业方面应用得非常好。中国的电力系统号称是技术密集型企业,那么我们现在状况是什么样?我们对于信息化的应用还不如以色列的农业,所以我们应该把信息技术也用在电力系统上用到极致,也能够展示像以色列农业这样,我们的电力也能够展示。

所以智能电网要向透明电网发展,进一步透明电力系统,包括能源互联网最终也是在信息技术的情况下让它透明化。那么要做到透明有几条路:

第一步,要有信息,信息要靠小微智能传感器。电力系统有几套数据,基本数据就是电压、电流、频率、相位,有了这四大基本数据以后,我们在电力系统怎么展示状态都能够做到,所以第一步要有小微智能传感器。大家都知道这是一个非常庞大的东西,50万的传感器,价值一百万以上,十五六米高,这样的传感器不适用于信息系统的透明化,所以第一步要制作小微智能传感器。我们找到了一些思路,就是巨磁组传感器,就是巨磁组的材料。巨磁组材料对电磁场非常敏感,这是我们觉得传感器做到小微而智能、准确,这是一条路径。所以这是我们第一步就想到的电流传感器。

通过这条思路走下去,还是有所成功。这是南方电网研究的设备,现在已经走向商用化,南方电网的4000值,总共还不到两百万。这是我们传感器现在的水平(图示),但是这个传感器还不是我刚才说的最终的小微智能传感器,它还有很多地方要研发、改进。

第一个它的取能还没有做得非常好,我们希望小微智能传感器能够自取能,但是它已经能够组网,通过信息中心技术已经能够组网。

传感器的要求

回过头来,我们希望小微智能传感器是什么样的?第一是小型化;第二是低功耗,是微瓦级的,希望明年达到0.1微瓦级,目标要往这个走,为什么要有这个要求?因为我们要自取能,如果能量很高,要做到自取能难度就很大,第三就是自取能。第四就是自组网功能,它是一个智能的终端,可以无线传输数据。还有,它是粘贴式的,或者是缠绕式的。再就是高精度,是0.5级,0.1级的。再就是高性价比。另外还需要构建自我学习功能,方便修改相应的地质信息。这是我们对小微智能传感器提出来的要求,我们正在规范这方面的规范。

电压传感器

注意电压传感器它还要加上一个软件技术功能进去,和远方的信息交互,在这方面我们和国外大学合作过,探讨在电压传感器上我们如何突破。现在我们希望他们和清华能源互联网一块合作。另外还有频率、相位,我们现在也在安排部署,做新的智能电表,基于新的电压、电流、相位这样的传感器来构建新的智能电表。这是我们要做的事,这是电力系统要做的小微智能传感器,电力的四大基本数据我们要做的。

当然电力系统不仅仅是要有电力参数,其他参数也要做。第一步小微智能传感器提供数字和数据,第二方面设备也要智能化,智能设备智能化,和小微智能传感器相辅相成。这方面我们也做了一些工作,我们也有了一些设想,已经做了在线监测,包括变压器,包括开关,就是智能电器设备从端云、云结合信息技术在做。

有一个想法,就是智能变压器,就是在变压器内部植入一个微纳智能机器人,智能职能机器人能够自动巡检变压器油的质量,并将信息发送过来。有一个问题,变压器是一个大壳子,那信息技术怎么传输,所以我们也在请信息通讯的研究机构,他们建议用声纳来进行传输。所以在设备的智能化和智能设备方面我们还有很多工作要做,包括在线监测,我们的思路应该更宽。

另外,输电线路图,大家看到上面布满了传感器,大家知道输电线路的运行管理非常困难,现在是用智能机、无人机巡,未来我们就需要无需巡。这些红红绿绿的点,所以这是我们的一个思想,这个思想已经不是遥不可及的,我们现在正在部署相应的力学、环境的小微智能传感器,它和现在传感器的区别就是它能够自动输出信息和稳定性更强。这是我讲的第二部分,设备智能化和智能设备,设备本身让它透明化。

数字孪生

为什么要讲数字孪生技术?镜像/数字孪生,刚才讲到透明电网,但是我们还需要预测,还需要规划,所以我们设想用数字孪生系统,在软件系统上建设一个完全等同的电力系统,可以做系统预测,可以做系统规划,这样一个透明系统来实现我们对系统的管理,这是数字孪生的应用。

再举一个智能设备的例子,我们叫芯片化保护,它的信息、状态,我们现在研发的芯片化保护现在已经实际应用了,是原来体积的四分之一,功耗是原来的六分之一还是八分之一,我记不准确,原来有近万个元件,现在只有800个。就是我们不光是一次设备要智能化、透明化,二次设备也要留这样的空间。

前面讲到小微智能传感器,智能设备提供了很多数字和数据,但是这些数字和数据它怎么能够发挥作用?组成系统性的功能?注意,要基于数据强大的软件平台,所以现在电力系统的计算是依靠模型的,如果在系统内电网、设备透明化以后,我们应该基于电力系统的状态研究,而不是基于模型,应该是基于数字和数据。那么基于数字、数据就需要有强大的逻辑平台,那么就要体现数字之间的关系,海量的小微智能传感器提供数据,要有数据存储,数据挖掘,软件分析驱动,还有一个怎么自由应用,这方面的功能也是我们现在要通盘研究的。今天华为公司的老总也来了,我就想问华为能不能和我们一块合作,在软件开发方面,构件软件平台方面能够和我们一块合作,这个方面是我们做小微智能传感器还要复杂,难度还要大的,真正的应用要把软件平台建立起来,我们立足国内,与清华大学一起合作,这个过程会有同时存在的过程,我们基于模型的,基于数据的,慢慢步入透明电网实现。

逻辑平台要构建,数据库,数据处理技术,数据驱动等方面的技术,人工智能技术也都需要,说明软件系统对我们来说更关键。再回过头来说一下,小微智能传感器设备智能化提供了大量数字、数据信息,要通过软件系统把数字和数据之间的关系能够按照电力系统的需求展示出来。

技术与科学

我觉得电力系统要从讲技术逐步步入到技术和科学并重,要从科学角度来研判,在信息化时代要把信息技术融入到电力系统技术当中去,这还是有很多区别的。因为我们以往的理论是传统的模型是仿真计算,这是原来的主要手段,未来透明电网应该是基于信息化的计算科学,这个是有根本的区别,并不是说仿真不需要,还是需要有一个过渡阶段,但是未来走到透明阶段主要是依靠计算科学,要靠数字、数据来进行科学计算,通过科学计算发现规律。就是通过技术科学发现电力系统的一些规律,这也是未来我们在透明电网的技术和科学里面要做的事,就是未来我们更要关注数字信息科学,数字科学和数据的利用。我们现在靠电网模型,电力系统有很多黑箱子,透明电网就像解决电力系统够不进的黑箱子问题,让它透明化,让黑箱子能够展示出来,让电力系统的稳定性可以大大提升,可以提高电力系统的运行效率。

我有一个理想,第一步小微智能传感器替代传统的传感器,我希望这一步花3—5年时间。大家试想一下,现在十几米高的传感器,未来用一个硬币大小的传感器粘上去就可以了。第二步软件系统逐渐构建数字数据的关系,能够代替模型驱动,这个难度比较大,就是以模型驱动和数字驱动的要共存很长时间。第三步是逐步形成透明电网,这步就靠科技工作者,电力系统科技工作者充分发挥才智,我希望电力系统内外都能够做这件事。

有人说我们电力系统还要分析情况,不能到处放传感器,它就回答了这个问题。第一这个传感器太贵,装那么多,没有那么多的钱,首先是钱没有那么多。第二你有那么多钱,但是也没有那么多的地方可以装。第三即便能够装,数据准不准确?能不能传出来?那么小微智能传感器,我们的透明电网就回答了这三个问题,第一个小微智能传感器不能太贵,要便宜,我想一两万大家都能够接受。第二个安装环境,小微智能传感器它的环境适应性是广泛的,可以随时装。第三数据的准确性,我们对于数据的准确性,数据的传输,我们现在的信息技术能够做到。所以我回答学生们三个疑问就放到这里,因为这三个疑问是我想到要解决的问题。未来我们就三步走,这三步希望大家一起努力,一起实现。

潜在的颠覆性影响,电力系统,我们总讲现在的光伏、消纳有问题,除了电力系统以外,它自身也要做到智能化,光伏和风机能够部分适应电力需求,也需要信息化的处理,比如风机的方向自动调节,还有预测。再就是光伏风电智能运维,特别是海上风电的智能运维装上了小微智能传感器状态就能展示。所以透明电网,透明电力系统,透明能源系统应该把信息系统用到极致。

我讲完了,谢谢大家。(发言为北极星电力网根据速记整理,未经演讲嘉宾本人审核)

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