余贻鑫院士：智能电网将催生新技术和商业模式，实现工业革命

智能电网能够以电力和信息的双向流动性，将通信的优势引入传统电网，实现转型升级。

推动实现“双碳”目标，能源是主战场，电力是主力军，新型电力系统则是其中的关键载体。随着新能源装机规模与绿电渗透率的不断增长，配电网稳定运行面临着巨大挑战。

当下，推进新型电力系统下的配电网改造升级已经成为迫切需求。而智能电网能够以电力和信息的双向流动性，将通信的优势引入传统电网，实现转型升级。 

12月14日，在2023新型电力系统与电力电子产业发展论坛上，中国工程院院士、天津大学教授余贻鑫对配电网未来将面对的挑战与机遇进行了分析，他表示：“设想中的智能电网将像互联网那样具有颠覆性，其关键目标是像Internet一样催生新技术和商业模式，实现工业革命！”

智能化电网建设正当时

配电网是实现能源转型的重要支撑点，在“双碳”目标的驱动下，配电网将发生重大变革，其作用比以往任何时候都更加重要。

在新的战略机遇下，新型能源体系建设对配电网向现代化智慧升级提出了更高要求。今年4月，国家能源局印发的《关于加快推进能源数字化智能化发展的若干意见》中提到，以数字化智能化电网支撑新型电力系统建设。

作为国内智能电网研究的首倡者，余贻鑫院士在2023新型电力系统与电力电子产业发展论坛上提到，现在的配电系统仍面临多方面的挑战。

具体来讲，一是电力负荷需求增长快，二是电力需要保持高的和不同的可靠性，三是需要具有容许接入分布式电源的灵活性，四是高成本、低使用系数的问题，五是需要满足市区和社区的环境、健康和安全需要，六是建设场地的获取问题。

众所周知，我国传统电力系统的资产利用率是不高的。余贻鑫提到，利用率不高说明余量大，余量大说明可靠。“但是我国电力资产的利用率和可靠性均不高，这说明我们的电网需要更高的智能化。”

智能电网的特点是电力和信息的双向流动性，以便建立一个高度自动化的和广泛分布的能量交换网络。为了实时地交换信息和达到设备层次上近乎瞬时的供需平衡，把通信的优势引入电网。

提及当前的电网和智能电网的区别和差距时，余贻鑫表示，电网重点就是一张电力网，但是未来的智能电网是两张网：一张电力网、一张通信网。“从最基础的电力设施开始就有智能代理，通信网和电力网就结合起来了，而电力网实现这件事情的手段是通过高级量测体系的建立，就是安装智能电表之后应该把通信体系完善起来。”

“相关数据表示，我国已经装了4亿-5亿块智能电表。虽然通信提升了，但还有不少地方通信提升得不够。”余贻鑫表示，智能电表还不能完全获得其安装后所需要获得的效益。不过，智能电网会把大量的监视（运行状态和设备健康的）传感器连接到一个安全的通信网上，实现其近乎实时的可观性。

而集成的能量与通信体系则通过创建高级电表和电力公司业务系统之间的双向通信网络（AMI），完善了电力通信系统的“最后一公里”。

技术创新驱动配电网智慧升级

纵观当前电网，“源-网-荷-储”各个环节都发生了巨大的变化。

国家能源局印发的《关于加快推进能源数字化智能化发展的若干意见》提出，到2030年，能源系统各环节数字化智能化创新应用体系初步构筑、数据要素潜能充分激活，一批制约能源数字化智能化发展的共性关键技术取得突破。

本次论坛上，余贻鑫介绍了智能配电网的主要技术。他提到，在智能电网技术组成中，灵活的电力网络拓扑与鲁棒的信息和通信技术的集成，是最基础的基础设施。

余贻鑫表示，在建设智能电网时，首先要建设一个灵活的电力网络拓扑。“只是目前关于未来城市配电网的典型网络拓扑结构还不够清晰，可供参考的有多分段、多联络，既可以提高可靠性，也可以提高设备利用率。”

此外，在构建智能电网工程之前，要建立一个强大的信息通信网络。余贻鑫表示，目前DERs、负荷和电力公司之间缺乏适当通信是妨碍DERs大规模整合和AMI功能发挥的一个主要因素。

而在高级配电管理中，则需要注意，智能配电网管理是着力于最大限度地提高配电系统馈线、变压器和其他组件的性能，并将其与输电系统和客户运行相集成。

在数字化的浪潮下，数字孪生新技术与国民经济各产业融合不断深化，引发了业界的广泛关注。如今，数字孪生技术在电力行业的应用也越来越普遍。

余贻鑫提到，尽管数字孪生在我国推广的很快，但其背后的关键技术并没有得到更多的重视，他呼吁从业者抓住背后的关键技术——配电快速仿真与建模。

他表示，配电快速仿真与建模是智能电网运行的核心软件，其中包括风险评估、自愈控制。“自愈控制是第四次工业革命智能化中很重要的组成部分。智能化的特点是有自调节能力、自恢复能力等等，所以电网要有自愈的能力，它也具有优化的功能，能为智能电网提供数字支持和预测分析能力。”

随着智能电网的发展，高级量测体系、需求响应以及大量的分布式电源和电动汽车的部署，高级配电自动化对于整个电力系统高效可靠地运行变得越来越重要。

余贻鑫表示，高级配电自动化用于电力交换系统，它将使用电力电子技术、信息技术、分布式计算和仿真等方面的技术，因此高级配电自动化创建未来的城市电网或者智能配电网。

除此，余贻鑫还介绍了其他智能配电网的主要技术组成，比如用户侧系统的需求响应（用户适应电网的能力，帮助电网塑造负荷曲线和削峰填谷）、直接负荷控制、能效管理以及商业及客户服务，包括智能家居和数据服务；应用和未来服务中包括的实时电力市场等等。

当前，推进电力数据开放共享、释放电力数据更大价值已成为行业发展共识。

余贻鑫直言，任何智能电网的命脉都是用以驱动应用的数据和信息。“电力系统任一层，从用户计量到配电、输电、发电和市场运营，所收集到的数据都可能同其他层运行的改善相关。所以以适时的方式与那些需要使用或有权了解数据的参与者共享数据，并达到实时是智能电网的基本要素。”

论坛上，余贻鑫提到了其团队研制的非侵入式的户内设备功率分解装置。他说：“这是为用户提供的，但现在有的电力公司装了以后把数据握在自己手里，并没有进行数据共享。”他建议电力公司应该尽早着手研究相关事宜，毕竟这关系着数据安全，是不可回避的问题。

新工业革命的强劲引擎

2011年，美国学者杰里米·里夫金（Jeremy Rifkin）在其著作《第三次工业革命》中预言，以新能源技术和信息技术的深入结合为特征，一种新的能源利用体系即将出现。他将他所设想的这一新的能源体系命名为能源互联网（Energy Internet）。

里夫金说：人类社会必将迈进一个新时代，届时可再生能源和互联网技术将融合以创造一套强大的新基础设施。

对此，余贻鑫表示：“当时里夫金说的是第三次工业革命，但第三次工业革命的重点是自动化和电力电子。第三次工业革命和第四次工业革命在电网方面连起来了。第四次工业革命的重点是智能化，智能电网是其中的一个重要组成部分。”

在里夫金能源互联网的构想中，他表示：在这一愿景中，数以亿计的人们会从他们家中、办公室和工厂的可再生能源中生产绿色能源，并在“能源互联网”中彼此分享，就像现在我们在线创造和分享信息。通过部署各种储能技术，能量将本地存储在每一栋建筑和整个基础设施中。而且，交通车辆将转变成电动的和燃料电池汽车。

正如里夫金的构想，建设智能电网的过程，也是催生新技术和商业模式的过程。谈及未来的新业态，余贻鑫表示，与智能电网相关的技术非常之广，可以分为三类，即智能电网技术、电网可带动的技术和为智能电网创建平台的技术。

其中，电网可以带动的技术包括风力发电机组、插电式的电动汽车、光伏发电装置、绿色节能建筑和智能家电。余贻鑫用“范围非常之巨大、市场非常之广泛”来形容这类技术。

智能电网创新平台的技术包括综合的通信技术、传感和计量技术、高级的组件，其中包括超导技术、储能技术、电力电子技术和诊断技术。

提及智能电网的目标，余贻鑫表示：“设想中的智能电网将像互联网那样具有颠覆性，它将改变人们的生活和工作方式，并激励类似的变革，其关键目标是像Internet一样催生新技术和商业模式，实现工业革命。”