新型電力系統背景下電網發展業務數字化轉型架構及路徑研究

高騫，楊俊義，洪宇，孫小磊，朱前進，俞天，王鑫，王琳媛，李澤森

（1.國網江蘇省電力有限公司，江蘇省 南京市 210028；2.國網江蘇省電力有限公司經濟技術研究院，江蘇省 南京市 210028）

0 引言

2021年2月22日，國務院國資委正式印發《關于加快推進國有企業數字化轉型工作的通知》，明確國有企業數字化轉型的基礎、方向、重點和舉措，開啟了國有企業數字化轉型的新篇章，積極引導國有企業在數字經濟時代準確識變、科學應變、主動求變，加快改造提升傳統動能、培育發展新動能。2021年3月15日中央財經委員會第九次會議中，習近平總書記提出“十四五”是碳達峰的關鍵期、窗口期，要構建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構建以新能源為主體的新型電力系統。同年，國網公司“兩會”明確了“一體四翼”的總體布局，為國網公司數字化轉型指明方向、明確目標，提出要大力推動全業務、全環節數字化轉型。面向能源發展變革、新型電力系統建設及國企數字化改革的浪潮下，能源大數據將成為重要的生產要素，大數據、人工智能及數據挖掘技術將是生產力，而傳統業務的生產關系將無法滿足新興生產力、生產技術的需求，這必將催生與之對應的生產關系的變革。

近年來，國內外有關數字化轉型的研究較多。如：文獻[1]基于對英國市政府數字化轉型的分析，結合我國數字化轉型面臨的問題，從頂層架構、政策制度層面提出我國數字化轉型建議；文獻[2]基于企業運營管控平臺進行數字化轉型探索與實踐，提出數據是企業“資產”理念；文獻[3]從數據感知、數據應用、機制建設3個方面對電網企業數字化轉型的實施策略和路徑進行探索研究；文獻[4]以服務南方五省區社會經濟發展為目標，提出數字化轉型背景下的供電可靠性發展策略。然而現有研究多涉及企業轉型方法論及實施路徑，進一步面向電網企業的數字化轉型也多以電網數字化建設為主，針對業務層面與電網數字化建設匹配的管理轉型研究鮮見報道。

為了強化引領新型電力系統高質高效發展，開展電網發展決策業務的數字化轉型架構及路徑研究，本文通過分析新型電力系統典型特征、發展藍圖及其對數字化轉型的需求，研究制定發展業務數字化轉型目標、時間點選擇及3階段數字化轉型策略。最后，以規劃業務為例，制定數字化轉型路徑及實施策略，以期通過先行先試、帶頭示范、由點及面，最終實現推動電網公司數字化轉型的全面開展。

1 數字化轉型相關概念

1.1 信息化

中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發的《2006—2020年國家信息化發展戰略》中提出：信息化是充分利用信息技術，開發利用信息資源，促進信息交流和知識共享，提高經濟增長質量，推動經濟社會發展轉型的歷史進程。面向企業或部門內開展的業務[5-7]可簡單理解為：利用計算機和通信技術，服務于日常工作，提升勞動效率，即通過紙質轉信息，實現“線下”轉“線上”。

1.2 數字化

國務院發展研究中心課題組提出數字化的定義[8]：利用新一代信息技術，構建數據的采集、傳輸、存儲、處理和反饋的閉環，打通不同層級與不同行業間的數據壁壘，提高行業整體的運行效率，構建全新的數字經濟體系。從業務角度簡單地理解，利用云計算、大數據、物聯網、人工智能等先進技術將現實世界重構為數字世界，形成對物理世界的仿真，實現從“物理”到“虛擬”的轉變。

1.3 數字化轉型

國務院發展研究中心課題組提出數字化轉型的定義[8]：在數字化的基礎上，利用現代新技術手段完善數據從源頭收集、處理、計算、存儲及反饋的全流程運用，這個過程有利于企業間與行業間的數據流通，打破原有數據壁壘、改善整個行業的信息流通、提高效率、升級數字經濟體系。

數字化轉型對象是業務，從業務角度簡單地理解，數字化轉型是在新一代信息技術(大數據、云計算、物聯網、移動互聯、人工智能)驅動下的一場業務、管理、商業模式的深度變革和重構。數字化轉型并非將信息化推倒重來，而是在融合優化信息系統基礎上，利用新的技術手段提高技術能力、管理和運營水準。

2 新型電力系統對數字化轉型需求

2.1 總體架構

新型電力系統是在電源側以新能源為主體，在電網側實現數字化轉型發展，在消費側構建多層級的源網荷儲一體化[9-11]。新型電力系統是實現雙碳目標的重要載體，是堅強智能電網在綠色、安全、智慧等方面的全面升級，能源是新型電力系統在業務、產業等方面的拓展延伸[12-13]。

從整體架構上，新型電力系統涵蓋能源網架體系及信息支撐體系2部分，如圖1所示。能源網架體系通過源網荷儲協調，促進多能耦合互補和多元聚合互動，推動堅強電網向新能源為主體的新型電力系統升級，實現電網綠色發展，確保能源安全供應。信息支撐體系通過電網數字化轉型，全面提升信息采集、傳輸、處理、應用、安全等能力，推動智能電網向智慧電網升級。

圖1 新型電力系統架構Fig.1 New power system architecture

2.2 典型特征

新型電力系統包括以下4個典型特征：

1）高比例分布式電源接入。新型電力系統核心特征在于新能源高比例接入，未來新能源廣泛接入將呈現智能靈活、友好并網、靈活互動、主動支撐等性能。

2）源網荷儲協調運行。新型電力系統需要解決高比例新能源接入下系統不確定性(即隨機性與波動性)與脆弱性問題，充分發揮電網大范圍資源配置的能力。在數據驅動下的智能調度技術下，實現源網荷儲全網協調的運行調度模式。

3）終端負荷多元互動。既是消費者又是生產者的全新模式改變著能源電力服務形態，需求側響應、虛擬電廠及分布式交易越來越多地成為用戶的新選擇。為支撐能源互聯網背景下的消費模式需求，除普遍服務外，綠色電力、定制化服務、優質供電、精準計量、電力大數據增值服務也將應運而生。

4）基礎設施數字賦能。電網基礎設施全面智能感知，建設具有活力的電力數字生態。電力大數據服務社會治理與經濟發展，數字電網平臺賦能，培育新型電力數字產業；對接工業互聯網，服務數字政府和智慧城市；對接能源價值鏈各環節資源，發揮企業間的互利共生優勢，構建產業鏈合作平臺與新能源電力生態。

2.3 發展業務數字化轉型的新要求

面向新型電力系統未來發展藍圖，對電網發展決策業務提出了數字化轉型需求，要求能夠實現更加靈活、多約束、智慧化的發展決策。

1）基于大數據的決策分析需求[14-17]。分布式電源、多元負荷、儲能等大量要素接入，若要實現新型電力系統多能互補、多元互動的靈活性運行，則需在電源、電網、負荷等運行大數據協調分析基礎上進行合理的決策制定。

2）多約束條件規劃的需求。分布式電源的隨機性、負荷的多樣性、需求響應的不確定性給電網帶來了較大的沖擊，傳統簡單不過載的約束條件無法滿足需求，需要考慮電能質量、碳排達標、經濟性最優等多種約束條件的規劃。

3）靈活性規劃的需求。高比例可再生能源電力系統規劃面臨規劃框架調整、方法升級和內涵擴充的變革，反映從電源跟隨負荷到源網荷廣泛互動的運行機制的轉變，實現源側配置充裕靈活性資源，網側構建靈活性支撐平臺，并涵蓋儲能配置等新形式的要求。

4）虛擬全景展示的需求。新型電力系統將全面實現物理電網的“數字孿生”[18]，開展由規劃、建設到運行的全息虛擬場景展示及作業，應用虛擬現實(virtual reality，VR)技術及三維模擬技術，便于可視化支撐下的決策制定。

3 “3段式”數字化轉型體系框架構建

國網公司加大力度開展數字化規劃建設工作，面向業務的數字化轉型仍屬于探索階段。從業務需求實際出發，制定轉型目標、明確時間點選擇、構建轉型體系框架，形成普適性的方法，以期對其他部門具有借鑒作用。

3.1 轉型目標

運用人工智能、區塊鏈、云計算、大數據等信息技術，能夠選擇和分析大量數據，發現其中蘊含的規律，進而選取有價值的數據信息，建立“用數據說話、用數據決策、用數據管理、用數據創新”的管理機制。通過基于數據分析的科學決策，實現發展業務的“主動化、智能化、高效化”的數字化轉型。

主動化體現在發展轉型理念上，從傳統“滿足需求”到“創造需求”轉變。智能化體現在決策力轉型及技術能力轉型2方面：決策力轉型從經驗判斷向“用數據說話、用數據決策”轉變；技術能力轉型從簡單的信息化應用到人工智能技術及大數據挖掘等新技術應用的轉變。高效化體現在管理方式上，從多層級到扁平化“端到端、點到點”的轉變。

3.2 時間點選擇

管理思想大師查爾斯·漢迪提出“第二曲線理論”：任何一條增長曲線都會滑過拋物線的頂點(增長的極限)，持續增長的秘密是在第1條曲線消失之前開始一條新的S曲線。此時，時間、資源和動力都足以使新曲線度過它起初的探索掙扎的過程。數字化延續信息化的第2條曲線如圖2所示，信息化極值點之前開展數字化破局，是尋求長遠高效發展的關鍵，也是實現業務方面數字化轉型的關鍵。

圖2 信息化發展第二曲線示意圖Fig.2 The second curve diagram of information development

3.3 體系框架

3.3.1 數字化轉型思路

本文提出“先由遠及近、再由近及遠”的數字化轉型思路，通過3個階段實現目標明確、方法科學、路徑清晰的發展專業數字化轉型。數字化轉型思路示意如圖3所示。

圖3 業務數字化轉型體系框架Fig.3 Business digital transformation system framework

3.3.2 第1階段

第1階段梳理各專業業務清單，收集基層數字化需求，夯實數字化發展基礎，思路框架如圖4所示。

圖4 第1階段工作內容思路框架Fig.4 Work content and thinking framework of the first stage

1）梳理業務——確立“業務主干”。為了確保業務清單梳理得符合實際、貼近基層、不重不漏、準確無誤，應深入基層，組織相關單位參與討論會，經過反復研討，確定發展業務主干。

2）功能提煉——展開“功能分枝”。根據前期業務梳理，針對部分單位開展了業務分層級功能需求調研、數字化項目建議書提報、“網上電網”應用完善3次需求調研工作，再梳理調研結果，提煉功能清單。

3）項目需求——形成“項目成果”。堅持項目需求“來源于基層、服務于基層”的原則，通過剔除已有功能，劃分優先等級，形成項目清單。去除功能清單中現有信息系統及“網上電網”預上線功能所涵蓋部分，剩余的功能形成項目需求清單。再對項目從重要度及可實施度2個維度進行分析，并劃分星級。

3.3.3 第2階段

第2階段制定業務數字化轉型目標，評估信息化應用現狀，由遠及近推演分步實施方案。路徑推演如圖5所示，由業務現狀經歷信息化夯實、數字化提升、智能化賦能3個階段，實現發展業務的轉型升級。

圖5 業務數字化轉型路徑推演Fig.5 Deduction of business digital transformation path

在信息化夯實階段，通過軟件系統建設夯實發展業務的信息化支撐能力，實現業務全線上開展。在數字化提升階段，引入內外部大數據，開展大數據分析及深化應用，提升科學決策能力。在智慧化賦能階段，基于大數據技術、人工智能技術成熟、多場景應用，實現智慧化決策；將發展業務由需求導向轉向創造需求的主動決策中，賦能發展業務實現數字化轉型升級。

3.3.4 第3階段

第3階段依據路徑及實施方案，結合最新的數字化需求，依托數字化項目開展數字化轉型建設，發揮作用、迭代優化、逼近目標。

數字化轉型過程是循序漸進、迭代提升的，不是現狀的推倒重來，也不是全盤繼承。第2階段是制定發展路徑及方案，第3階段則是通過需求催生項目，在實際建設應用中進一步反饋需求，逐漸完善并最終實現數字化的提升。

在具體實施過程中，需要對數字化轉型項目的可落地性及重要性2個維度進行綜合評估，評價項目落地等級，由易到難逐步實施。

4 電網規劃業務數字化轉型實例

以某省電力公司電網規劃業務為實例，應用提出的“3段式”數字化轉型架構及實施路徑方法，制定規劃業務數字化轉型方案。

4.1 業務現狀

從技術上看，現行電網規劃診斷分析、負荷預測均對最大負荷時刻典型工況進行診斷分析；電力電量平衡不考慮分布式電源出力及用戶側的需求響應影響；配電網規劃計算分析僅進行簡單的指標統計分析，一般不開展潮流、短路等電氣計算；方案制定及方案優選多以專家分析法為主，整體來看，現行發展業務決策制定的量化支撐有待提升。從管理上看，現行電網規劃具有數據未進行規范化管理、二維地理信息數據應用、不定期納入市政規劃、需求導向及規劃邊界較為清晰等特征。

4.2 未來業務形態

從技術方面來看，未來電網規劃具有如下特點：不僅僅是針對極值點的典型工況開展，而是基于全時域大數據開展[19]；電力電量平衡要充分考慮分布式電源等靈活性資源影響；全時域仿真計算將成為必備的基礎計算工具[20]；方案制定及方案優選在大數據量化分析結果基礎上開展[21]。

從管理方面來看，未來電網規劃具有如下特點：規劃數據作為資產進行管理，制定數據資產管理制度；與市政規劃緊密銜接，實時納入市政規劃；基于三維地理信息數據開展[22]；根據實時問題診斷開展的實時規劃方案制定；基于電網及市政規劃信息規劃新能源裝機量，引導電源廠家投資，實現引導需求主動規劃；規劃邊界拓展至電源側、多能源供應轉換、用戶需求側響應等內容。

4.3 第1階段方案

第1階段重點梳理現階段數字化轉型需求。依據《發展策劃專業業務工作程序文件》(簡稱《程序文件》)，按照全面覆蓋、逐層細分、追根溯源的原則進行業務梳理，將電網規劃業務劃分為5項大類、18項中類、68項小類及部分特殊項。對地市供電公司開展了業務分層級功能需求調研、數字化項目建議書提報、“網上電網”應用完善3次需求調研工作，共計調研收集107項功能需求，刪除重復項3項，采用項目“來源于基層、服務于基層”的原則進行篩選審核，共計采納80項功能需求。需求清單中涉及“網上電網”預上線功能從中去除，剩余的功能形成項目需求清單，共計形成了反映基層訴求的19項基礎性數字化項目。

4.4 第2階段方案

第2階段重點對電網規劃業務進行數字化轉型路徑推演。本文分別從現狀到信息化、數字化、智能化3階段對電網規劃業務技術層面及管理層面制定數字化轉型演變路徑，具體如表1、2所示。其中：技術層面包括電網診斷分析、負荷預測、電源規劃及電氣計算；管理層面包括數據管理、與政府規劃銜接、規劃周期及規劃導向等內容。

表1 電網規劃業務技術層面數字化轉型路徑Tab.1 Digital transformation path of power grid planning business technology

以技術層面及管理層面轉型路徑推演為基礎進一步細化，詳細制定具體技術環節轉型方案，如表3、4所示。

表2 電網規劃業務管理層面數字化轉型路徑Tab.2 Digital transformation path of power grid planning business management

表3 以電網診斷分析為例的技術層面數字化轉型方案Tab.3 Digital transformation scheme at technical level based on power grid diagnosis analysis

表4 以規劃導向為例的管理層面數字化轉型方案Tab.4 Digital transformation scheme of management level based on planning orientation

4.5 第3階段方案

在第2階段規劃業務技術、管理層面數字化轉型路徑推演以及方案制定的基礎上，形成信息化、數字化及智能化3階段實施的數字化項目，共計形成46項數字化項目，如圖6所示。在實際建設應用過程中進一步反饋需求，逐漸進行完善，實現數字化的提升，逐步支撐完成業務的數字化轉型。

圖6 規劃業務數字化轉型項目示意圖Fig.6 Schematic diagram of planning business digital transformation project

4.6 建設效果分析

通過對發展業務的3階段數字化轉型建設，實現發展決策的“主動化、智能化、高效化”。主要體現在以下方面：

1）實現全業務數據的資產化管理，發展決策相關的內外部數據全納入數據中臺；

2）實現對內及對外業務的100%線上率；

3）發展決策均基于大數據分析及人工智能算法開展，實現智能決策率超過90%；

4）實現基于三維數字孿生技術的實時主動規劃，規劃引導需求，增加營收10%~20%。

5 結論

分析了新型電力系統典型特征、發展藍圖及其對數字化轉型的需求，提出了構建面向業務的“3段式”數字化轉型架構及路徑推演。以某省公司發展策劃業務為例開展實例驗證，梳理了5項大類、18項中類、68項小類電網規劃業務，分別從技術、管理2個層面制定信息化、數字化、智能化各階段的數字化轉型方案及措施，共計形成46項數字化項目，支撐實現發展業務的主動化、智能化及高效化的數字化轉型發展目標。研究結果對全面深入開展數字化轉型工作具有參考借鑒意義。