透明電網(wǎng)的理論和現實(shí)[中國工程院 李立浧]

以下為發(fā)言實(shí)錄：

李立浧：尊敬的各位領(lǐng)導，朋友們，大家好。

今天很高興參加能源互聯(lián)網(wǎng)大會(huì )，今天給大家講一講透明電網(wǎng)的理念，和我對這個(gè)理念提出的過(guò)程，希望和大家一起來(lái)討論，也希望聽(tīng)到大家的建議，把透明電網(wǎng)這件事真正做起來(lái)。

首先，為什么我提出了透明電網(wǎng)的概念?第一、2015年我們承擔了中國工程院重大咨詢(xún)項目，能源技術(shù)革命的技術(shù)方向和體系戰略研究，我們增加了一個(gè)智能電網(wǎng)和能源網(wǎng)融合的問(wèn)題并進(jìn)行討論。我們研究的結果是從能源網(wǎng)、智能電網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)這三者的關(guān)系，最后從互聯(lián)網(wǎng)角度來(lái)看，能源網(wǎng)和智能電網(wǎng)如何融合?最后結論是要靠信息技術(shù)讓兩個(gè)融合起來(lái)，這是我們起初的研究思想。

還有兩件事給了我們啟示，一個(gè)是交通導航系統，現在大家對導航系統已非常熟悉，導航系統對于狀態(tài)透明是非常明顯的，交通導航系統帶來(lái)了很多便利。所以我們就在想我們這個(gè)系統能不能像交通導航系統一樣。我們知道，我們在講電力的時(shí)候有很多假設，有很多模型，我們能不能像交通導航系統一樣在數據的指引下形成一個(gè)透明狀態(tài)，這是對我們的一個(gè)啟示。就是交通系統的情況，路況、車(chē)況能夠統統展示，能夠對指引交通擁堵?tīng)顩r，車(chē)輛健康狀況，規劃行車(chē)路線(xiàn)，完成自動(dòng)駕駛等，這是基本的透明交通系統。那么我們就聯(lián)想到電力系統。

第二件事情就是以色列農業(yè)科技的啟示，以色列國家是缺水，干旱，但是以色列農業(yè)發(fā)展得非常好，不但自給自足，還向歐洲出口蔬菜，它怎么能做到呢?大家看這張圖，上面的圖是養奶牛的，它上面有傳感器，能夠展示奶牛整個(gè)的生活情況，包括飼料的需求，對水的需求，能夠展示出來(lái)，它的產(chǎn)奶量一年可以產(chǎn)12噸奶，是中國產(chǎn)奶量的1.5—1.8倍。

下面的圖也有很多傳感器，土壤里面也有傳感器，能夠反映什么時(shí)候需要澆水，什么時(shí)候需要施肥。他們在農業(yè)上做了這樣的事情，這也給我們啟示。我到以色列參觀(guān)、考察以后得出一個(gè)結論，說(shuō)以色列是科學(xué)家在種田，中國是農民在種田，信息技術(shù)等現代化技術(shù)在以色列農業(yè)方面應用得非常好。中國的電力系統號稱(chēng)是技術(shù)密集型企業(yè)，那么我們現在狀況是什么樣?我們對于信息化的應用還不如以色列的農業(yè)，所以我們應該把信息技術(shù)也用在電力系統上用到極致，也能夠展示像以色列農業(yè)這樣，我們的電力也能夠展示。

所以智能電網(wǎng)要向透明電網(wǎng)發(fā)展，進(jìn)一步透明電力系統，包括能源互聯(lián)網(wǎng)最終也是在信息技術(shù)的情況下讓它透明化。那么要做到透明有幾條路：

第一步，要有信息，信息要靠小微智能傳感器。電力系統有幾套數據，基本數據就是電壓、電流、頻率、相位，有了這四大基本數據以后，我們在電力系統怎么展示狀態(tài)都能夠做到，所以第一步要有小微智能傳感器。大家都知道這是一個(gè)非常龐大的東西，50萬(wàn)的傳感器，價(jià)值一百萬(wàn)以上，十五六米高，這樣的傳感器不適用于信息系統的透明化，所以第一步要制作小微智能傳感器。我們找到了一些思路，就是巨磁組傳感器，就是巨磁組的材料。巨磁組材料對電磁場(chǎng)非常敏感，這是我們覺(jué)得傳感器做到小微而智能、準確，這是一條路徑。所以這是我們第一步就想到的電流傳感器。

通過(guò)這條思路走下去，還是有所成功。這是南方電網(wǎng)研究的設備，現在已經(jīng)走向商用化，南方電網(wǎng)的4000值，總共還不到兩百萬(wàn)。這是我們傳感器現在的水平(圖示)，但是這個(gè)傳感器還不是我剛才說(shuō)的最終的小微智能傳感器，它還有很多地方要研發(fā)、改進(jìn)。

第一個(gè)它的取能還沒(méi)有做得非常好，我們希望小微智能傳感器能夠自取能，但是它已經(jīng)能夠組網(wǎng)，通過(guò)信息中心技術(shù)已經(jīng)能夠組網(wǎng)。

傳感器的要求

回過(guò)頭來(lái)，我們希望小微智能傳感器是什么樣的?第一是小型化;第二是低功耗，是微瓦級的，希望明年達到0.1微瓦級，目標要往這個(gè)走，為什么要有這個(gè)要求?因為我們要自取能，如果能量很高，要做到自取能難度就很大，第三就是自取能。第四就是自組網(wǎng)功能，它是一個(gè)智能的終端，可以無(wú)線(xiàn)傳輸數據。還有，它是粘貼式的，或者是纏繞式的。再就是高精度，是0.5級，0.1級的。再就是高性?xún)r(jià)比。另外還需要構建自我學(xué)習功能，方便修改相應的地質(zhì)信息。這是我們對小微智能傳感器提出來(lái)的要求，我們正在規范這方面的規范。

電壓傳感器

注意電壓傳感器它還要加上一個(gè)軟件技術(shù)功能進(jìn)去，和遠方的信息交互，在這方面我們和國外大學(xué)合作過(guò)，探討在電壓傳感器上我們如何突破?，F在我們希望他們和清華能源互聯(lián)網(wǎng)一塊合作。另外還有頻率、相位，我們現在也在安排部署，做新的智能電表，基于新的電壓、電流、相位這樣的傳感器來(lái)構建新的智能電表。這是我們要做的事，這是電力系統要做的小微智能傳感器，電力的四大基本數據我們要做的。

當然電力系統不僅僅是要有電力參數，其他參數也要做。第一步小微智能傳感器提供數字和數據，第二方面設備也要智能化，智能設備智能化，和小微智能傳感器相輔相成。這方面我們也做了一些工作，我們也有了一些設想，已經(jīng)做了在線(xiàn)監測，包括變壓器，包括開(kāi)關(guān)，就是智能電器設備從端云、云結合信息技術(shù)在做。

有一個(gè)想法，就是智能變壓器，就是在變壓器內部植入一個(gè)微納智能機器人，智能職能機器人能夠自動(dòng)巡檢變壓器油的質(zhì)量，并將信息發(fā)送過(guò)來(lái)。有一個(gè)問(wèn)題，變壓器是一個(gè)大殼子，那信息技術(shù)怎么傳輸，所以我們也在請信息通訊的研究機構，他們建議用聲納來(lái)進(jìn)行傳輸。所以在設備的智能化和智能設備方面我們還有很多工作要做，包括在線(xiàn)監測，我們的思路應該更寬。

另外，輸電線(xiàn)路圖，大家看到上面布滿(mǎn)了傳感器，大家知道輸電線(xiàn)路的運行管理非常困難，現在是用智能機、無(wú)人機巡，未來(lái)我們就需要無(wú)需巡。這些紅紅綠綠的點(diǎn)，所以這是我們的一個(gè)思想，這個(gè)思想已經(jīng)不是遙不可及的，我們現在正在部署相應的力學(xué)、環(huán)境的小微智能傳感器，它和現在傳感器的區別就是它能夠自動(dòng)輸出信息和穩定性更強。這是我講的第二部分，設備智能化和智能設備，設備本身讓它透明化。

數字孿生

為什么要講數字孿生技術(shù)?鏡像/數字孿生，剛才講到透明電網(wǎng)，但是我們還需要預測，還需要規劃，所以我們設想用數字孿生系統，在軟件系統上建設一個(gè)完全等同的電力系統，可以做系統預測，可以做系統規劃，這樣一個(gè)透明系統來(lái)實(shí)現我們對系統的管理，這是數字孿生的應用。

再舉一個(gè)智能設備的例子，我們叫芯片化保護，它的信息、狀態(tài)，我們現在研發(fā)的芯片化保護現在已經(jīng)實(shí)際應用了，是原來(lái)體積的四分之一，功耗是原來(lái)的六分之一還是八分之一，我記不準確，原來(lái)有近萬(wàn)個(gè)元件，現在只有800個(gè)。就是我們不光是一次設備要智能化、透明化，二次設備也要留這樣的空間。

前面講到小微智能傳感器，智能設備提供了很多數字和數據，但是這些數字和數據它怎么能夠發(fā)揮作用?組成系統性的功能?注意，要基于數據強大的軟件平臺，所以現在電力系統的計算是依靠模型的，如果在系統內電網(wǎng)、設備透明化以后，我們應該基于電力系統的狀態(tài)研究，而不是基于模型，應該是基于數字和數據。那么基于數字、數據就需要有強大的邏輯平臺，那么就要體現數字之間的關(guān)系，海量的小微智能傳感器提供數據，要有數據存儲，數據挖掘，軟件分析驅動(dòng)，還有一個(gè)怎么自由應用，這方面的功能也是我們現在要通盤(pán)研究的。今天華為公司的老總也來(lái)了，我就想問(wèn)華為能不能和我們一塊合作，在軟件開(kāi)發(fā)方面，構件軟件平臺方面能夠和我們一塊合作，這個(gè)方面是我們做小微智能傳感器還要復雜，難度還要大的，真正的應用要把軟件平臺建立起來(lái)，我們立足國內，與清華大學(xué)一起合作，這個(gè)過(guò)程會(huì )有同時(shí)存在的過(guò)程，我們基于模型的，基于數據的，慢慢步入透明電網(wǎng)實(shí)現。

邏輯平臺要構建，數據庫，數據處理技術(shù)，數據驅動(dòng)等方面的技術(shù)，人工智能技術(shù)也都需要，說(shuō)明軟件系統對我們來(lái)說(shuō)更關(guān)鍵。再回過(guò)頭來(lái)說(shuō)一下，小微智能傳感器設備智能化提供了大量數字、數據信息，要通過(guò)軟件系統把數字和數據之間的關(guān)系能夠按照電力系統的需求展示出來(lái)。

技術(shù)與科學(xué)

我覺(jué)得電力系統要從講技術(shù)逐步步入到技術(shù)和科學(xué)并重，要從科學(xué)角度來(lái)研判，在信息化時(shí)代要把信息技術(shù)融入到電力系統技術(shù)當中去，這還是有很多區別的。因為我們以往的理論是傳統的模型是仿真計算，這是原來(lái)的主要手段，未來(lái)透明電網(wǎng)應該是基于信息化的計算科學(xué)，這個(gè)是有根本的區別，并不是說(shuō)仿真不需要，還是需要有一個(gè)過(guò)渡階段，但是未來(lái)走到透明階段主要是依靠計算科學(xué)，要靠數字、數據來(lái)進(jìn)行科學(xué)計算，通過(guò)科學(xué)計算發(fā)現規律。就是通過(guò)技術(shù)科學(xué)發(fā)現電力系統的一些規律，這也是未來(lái)我們在透明電網(wǎng)的技術(shù)和科學(xué)里面要做的事，就是未來(lái)我們更要關(guān)注數字信息科學(xué)，數字科學(xué)和數據的利用。我們現在靠電網(wǎng)模型，電力系統有很多黑箱子，透明電網(wǎng)就像解決電力系統夠不進(jìn)的黑箱子問(wèn)題，讓它透明化，讓黑箱子能夠展示出來(lái)，讓電力系統的穩定性可以大大提升，可以提高電力系統的運行效率。

我有一個(gè)理想，第一步小微智能傳感器替代傳統的傳感器，我希望這一步花3—5年時(shí)間。大家試想一下，現在十幾米高的傳感器，未來(lái)用一個(gè)硬幣大小的傳感器粘上去就可以了。第二步軟件系統逐漸構建數字數據的關(guān)系，能夠代替模型驅動(dòng)，這個(gè)難度比較大，就是以模型驅動(dòng)和數字驅動(dòng)的要共存很長(cháng)時(shí)間。第三步是逐步形成透明電網(wǎng)，這步就靠科技工作者，電力系統科技工作者充分發(fā)揮才智，我希望電力系統內外都能夠做這件事。

有人說(shuō)我們電力系統還要分析情況，不能到處放傳感器，它就回答了這個(gè)問(wèn)題。第一這個(gè)傳感器太貴，裝那么多，沒(méi)有那么多的錢(qián)，首先是錢(qián)沒(méi)有那么多。第二你有那么多錢(qián)，但是也沒(méi)有那么多的地方可以裝。第三即便能夠裝，數據準不準確?能不能傳出來(lái)?那么小微智能傳感器，我們的透明電網(wǎng)就回答了這三個(gè)問(wèn)題，第一個(gè)小微智能傳感器不能太貴，要便宜，我想一兩萬(wàn)大家都能夠接受。第二個(gè)安裝環(huán)境，小微智能傳感器它的環(huán)境適應性是廣泛的，可以隨時(shí)裝。第三數據的準確性，我們對于數據的準確性，數據的傳輸，我們現在的信息技術(shù)能夠做到。所以我回答學(xué)生們三個(gè)疑問(wèn)就放到這里，因為這三個(gè)疑問(wèn)是我想到要解決的問(wèn)題。未來(lái)我們就三步走，這三步希望大家一起努力，一起實(shí)現。

潛在的顛覆性影響，電力系統，我們總講現在的光伏、消納有問(wèn)題，除了電力系統以外，它自身也要做到智能化，光伏和風(fēng)機能夠部分適應電力需求，也需要信息化的處理，比如風(fēng)機的方向自動(dòng)調節，還有預測。再就是光伏風(fēng)電智能運維，特別是海上風(fēng)電的智能運維裝上了小微智能傳感器狀態(tài)就能展示。所以透明電網(wǎng)，透明電力系統，透明能源系統應該把信息系統用到極致。

我講完了，謝謝大家。(發(fā)言根據速記整理，未經(jīng)演講嘉賓本人審核)