實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)是一場(chǎng)廣泛而深刻的變革。習(xí)近平總書記在中共中央政治局第三十六次集體學(xué)習(xí)時(shí)指出，要加大力度規(guī)劃建設(shè)以大型風(fēng)光電基地為基礎(chǔ)、以其周邊清潔高效先進(jìn)節(jié)能的煤電為支撐、以穩(wěn)定安全可靠的特高壓輸變電線路為載體的新能源供給消納體系。
新能源大規(guī)模開發(fā)并網(wǎng)使電力系統(tǒng)“雙高”“雙峰”特征日益凸顯，復(fù)雜的能源供需優(yōu)化平衡需要最大限度獲取電力系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的信息。新形勢(shì)下，應(yīng)圍繞基礎(chǔ)測(cè)量理論、先進(jìn)采集技術(shù)、量傳溯源體系、安全密鑰防護(hù)及計(jì)量技術(shù)監(jiān)督等方面發(fā)展智能量測(cè)技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)可觀、可測(cè)與靈活互動(dòng)，服務(wù)新型電力系統(tǒng)構(gòu)建。
構(gòu)建新型電力系統(tǒng)對(duì)量測(cè)技術(shù)提出新需求
新能源隨機(jī)功率注入，考驗(yàn)測(cè)量響應(yīng)水平。光伏發(fā)電、風(fēng)電等新能源的隨機(jī)波動(dòng)性強(qiáng)，非線性用電設(shè)備不斷增加，向電網(wǎng)注入大量諧波，波形可能呈現(xiàn)震蕩等非穩(wěn)定形態(tài)，或伴有瞬時(shí)沖擊、諧波超限等極端量。
源網(wǎng)荷儲(chǔ)維持動(dòng)態(tài)平衡，產(chǎn)生全景感知需求。新型電力系統(tǒng)中，源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)等要素間快速聯(lián)動(dòng)，導(dǎo)致電網(wǎng)變化過(guò)程更加頻繁。為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)全景感知，需要通過(guò)冗余方式或虛擬量測(cè)的方式實(shí)現(xiàn)量測(cè)無(wú)縫布點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)所有觀測(cè)點(diǎn)全面覆蓋。
分布式電源優(yōu)化控制，亟須提升反饋能力。新能源特別是分布式電源逐漸成為發(fā)電主力，在有序用電、電網(wǎng)穩(wěn)定的前提下，實(shí)現(xiàn)高滲透接入新能源最優(yōu)控制，需要不斷提升量測(cè)快速反饋能力。
建設(shè)準(zhǔn)確穩(wěn)定、廣泛感知的智能量測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施
面對(duì)構(gòu)建新型電力系統(tǒng)對(duì)智能量測(cè)技術(shù)提出的新需求，應(yīng)建設(shè)與新型電力系統(tǒng)相適應(yīng)的智能量測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施，夯實(shí)精密測(cè)量基礎(chǔ)理論，建設(shè)傳感器網(wǎng)絡(luò)，加快新一代用電信息采集體系與電學(xué)量傳溯源體系建設(shè)，以準(zhǔn)確穩(wěn)定、高速互聯(lián)、廣泛感知的智能量測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施驅(qū)動(dòng)新型電力系統(tǒng)運(yùn)行。
●夯實(shí)精密測(cè)量基礎(chǔ)理論，實(shí)現(xiàn)全景信息靈敏感知
新能源發(fā)電因具有隨機(jī)波動(dòng)性與電力電子裝置響應(yīng)特性，在電力系統(tǒng)中引入了極端量和復(fù)雜信號(hào)，使得現(xiàn)有量測(cè)方法、精密材料、核心器件無(wú)法有效適配。
精密測(cè)量方法研究方面，提升現(xiàn)有測(cè)量/計(jì)量裝置的技術(shù)水平、強(qiáng)化各類傳感器測(cè)量能力，將對(duì)新型電力系統(tǒng)二次側(cè)感知能力改進(jìn)有明顯的影響。應(yīng)著重突破誤差控制、測(cè)量屏蔽等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，研究高動(dòng)態(tài)、寬范圍暫態(tài)信號(hào)的無(wú)損、低噪采集。
基礎(chǔ)工藝、關(guān)鍵材料方面，我國(guó)的精密材料制造在屬性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性方面與國(guó)外存在差距。未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步探索更小、更實(shí)用的材料，同時(shí)注重系統(tǒng)沖擊等因素給測(cè)量材料帶來(lái)的物理、化學(xué)等本質(zhì)影響，尤其需要強(qiáng)化鐵磁基材、精密電阻等方面的生產(chǎn)工藝研究。
新型傳感器件與核心裝備制造方面，應(yīng)發(fā)揮智能傳感對(duì)新型電力系統(tǒng)監(jiān)測(cè)能力提升的放大作用。面向光伏設(shè)備、風(fēng)機(jī)等場(chǎng)景，推廣直流電能表、抗直流偏磁電流互感器；聚焦模數(shù)轉(zhuǎn)換、高穩(wěn)定電源、精密放大器等“卡脖子”器件，推動(dòng)熱、壓、磁、光、場(chǎng)、氣等傳感器件的小型化、智能化。
●加快用電信息采集體系升級(jí)，提升源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)能力
國(guó)家電網(wǎng)有限公司在“十三五”期間建成的用電信息采集系統(tǒng)覆蓋終端超過(guò)5.1億用戶。近日，新一代用電信息采集系統(tǒng)在6個(gè)單位試點(diǎn)上線，進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。
采集對(duì)象向多元化發(fā)展，使電力系統(tǒng)的潮流從單向流動(dòng)向多向流動(dòng)轉(zhuǎn)變，從而使規(guī)模化的廣義負(fù)荷出現(xiàn)，也就是負(fù)荷中含有電源但仍然以電力負(fù)荷為主。因此，采集對(duì)象必須由單一的電力用戶轉(zhuǎn)向源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)全面覆蓋。采集系統(tǒng)除需兼容電、水、氣、冷、暖、油等能源終端外，還需支持碳計(jì)量終端、綜合環(huán)境量傳感裝置的兼容接入。
采集內(nèi)容向多樣化延伸，采集內(nèi)容將由單一的電能量采集向全狀態(tài)量感知轉(zhuǎn)變，由直接測(cè)量向間接測(cè)量轉(zhuǎn)變。目前，公司已試點(diǎn)開展居民、工商業(yè)負(fù)荷辨識(shí)，獲取更加詳細(xì)的用電數(shù)據(jù)，支撐服務(wù)政府監(jiān)管、用電安全、節(jié)能減排等業(yè)務(wù)。
采集架構(gòu)向敏捷化演進(jìn)，未來(lái)新型電力系統(tǒng)數(shù)十億計(jì)采集設(shè)備高頻率曲線采樣，將產(chǎn)生高達(dá)千億級(jí)的數(shù)據(jù)和上千萬(wàn)峰值計(jì)算載荷，需要提升系統(tǒng)容器化+微服務(wù)+中臺(tái)架構(gòu)數(shù)據(jù)承載能力。接入網(wǎng)將向低功耗、快響應(yīng)、高可靠和易實(shí)施的多模無(wú)線通信方式升級(jí)，通過(guò)即插即用、多協(xié)議適配無(wú)縫接入用戶內(nèi)部電器和工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，服務(wù)生產(chǎn)生活。
●完善電學(xué)量傳溯源體系，保障系統(tǒng)量值準(zhǔn)確可靠
2021年，公司計(jì)量專業(yè)加快量子標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)突破，國(guó)網(wǎng)計(jì)量中心協(xié)同各省級(jí)電力公司研制量子電流調(diào)控試驗(yàn)平臺(tái)、基于量子精密磁測(cè)量的互感器樣機(jī)，完成量子系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)方案設(shè)計(jì)。
應(yīng)建設(shè)高精度時(shí)頻量值體系，搭建公司系統(tǒng)時(shí)間頻率溯源比對(duì)平臺(tái)，提升故障測(cè)距、相量測(cè)量、雷電定位、合并單元等裝置的授時(shí)能力，推進(jìn)基于北斗、5G的高精度網(wǎng)絡(luò)授時(shí)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用，并在終端側(cè)研究時(shí)延狀態(tài)估計(jì)與測(cè)量修正方法，在系統(tǒng)側(cè)實(shí)現(xiàn)分級(jí)節(jié)點(diǎn)比對(duì)。
新型電力系統(tǒng)對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性提出了更高的要求，目前基于電磁原理提升標(biāo)準(zhǔn)器準(zhǔn)確性存在較大技術(shù)難度。近年來(lái)，國(guó)際單位制基本物理量全面量子化，量子技術(shù)逐漸成為重塑計(jì)量體系的中堅(jiān)力量。應(yīng)構(gòu)建全系列量子電學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)交直流電能、電壓、電流方面應(yīng)用。
具有測(cè)量功能的傳感器將逐步在新型電力系統(tǒng)中普及，形成規(guī)模龐大的傳感器網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)有實(shí)物、逐級(jí)、長(zhǎng)鏈條的量值溯源方式不能滿足多樣化、大規(guī)模傳感器量值傳遞需求，應(yīng)建設(shè)扁平化傳感量傳溯源網(wǎng)絡(luò)。
強(qiáng)化智能量測(cè)支撐保障
除了相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)外，未來(lái)還需要強(qiáng)化智能量測(cè)支撐保障，重點(diǎn)聚焦新型電力系統(tǒng)信息安全防護(hù)，提升電力系統(tǒng)物聯(lián)設(shè)備、信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的安全水平。同時(shí)需通過(guò)提高計(jì)量技術(shù)監(jiān)督能力，保障電力系統(tǒng)計(jì)量器具裝備質(zhì)量。
●筑牢安全密鑰防護(hù)屏障，保障終端/平臺(tái)運(yùn)行安全
具有通信功能傳感器的廣泛接入，網(wǎng)上辦電、新能源汽車、綜合能源服務(wù)、智能家居、分布式光伏發(fā)電等新興業(yè)務(wù)的興起，5G、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)大規(guī)模引入，給電力系統(tǒng)信息安全防護(hù)也提出了更高要求。
高彈性是電網(wǎng)提高接入和配置能力的必然趨勢(shì)，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)邊界難以適應(yīng)電網(wǎng)彈性靈活的接入要求，無(wú)法進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制。因此，需加強(qiáng)新能源發(fā)電、虛擬電廠、綜合能源系統(tǒng)等局域型電力系統(tǒng)的接入認(rèn)證和準(zhǔn)入控制，構(gòu)建可動(dòng)態(tài)調(diào)整的網(wǎng)絡(luò)安全邊界。
應(yīng)研發(fā)適配物聯(lián)終端的輕量級(jí)密碼模塊，滿足傳感器等弱計(jì)算能力終端的安全防護(hù)需求，實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)全場(chǎng)景、全業(yè)務(wù)覆蓋，提升新型電力系統(tǒng)設(shè)備安全防護(hù)能力。
應(yīng)打造電力密碼服務(wù)生態(tài)體系，提高電力密碼服務(wù)供給質(zhì)量，降低業(yè)務(wù)密碼應(yīng)用的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)成本，實(shí)現(xiàn)新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，保障電力供應(yīng)安全。
●建設(shè)計(jì)量技術(shù)監(jiān)督體系，保障計(jì)量器具裝備質(zhì)量
相較于一次設(shè)備，智能量測(cè)設(shè)備存在使用壽命和故障率方面的不足。公司已具備覆蓋電能表、互感器等計(jì)量設(shè)備的全性能檢測(cè)能力，未來(lái)需要進(jìn)一步適應(yīng)測(cè)量裝置質(zhì)量管控的更高要求。
目前，以新型傳感器、智能控制系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)化成套生產(chǎn)線為代表的智能制造裝備產(chǎn)業(yè)體系已初步形成。應(yīng)提升智能化檢測(cè)能力，實(shí)現(xiàn)智能工業(yè)系統(tǒng)與計(jì)算、分析、感應(yīng)融合，以及故障自動(dòng)診斷、設(shè)備智能維修。
電能計(jì)量裝置的準(zhǔn)確可靠是保障電力現(xiàn)貨交易結(jié)算公平公正的基礎(chǔ)。隨著高比例新能源和高比例電力電子設(shè)備的接入，電網(wǎng)運(yùn)行方式更加復(fù)雜，對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確性提出了更高要求。需建設(shè)廣域在線監(jiān)測(cè)體系，開展面向關(guān)口電能表、互感器等設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)，建立廣域節(jié)點(diǎn)模型，實(shí)現(xiàn)云端協(xié)同分析。
同時(shí)，應(yīng)圍繞體系質(zhì)量管控、設(shè)備互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用3個(gè)方面打造計(jì)量智慧實(shí)驗(yàn)室，升級(jí)計(jì)量量傳業(yè)務(wù)系統(tǒng)，推動(dòng)計(jì)量活動(dòng)數(shù)字化管理，全面支撐計(jì)量數(shù)字化轉(zhuǎn)型方案落地。
（作者單位：中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司）
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