2025新型电力系统需要人工智能（58页 PPT 中国南方电网）

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新型电力系统需要人工智能 李立涅 2025.12.08 大湾区科学论坛 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 引言 一、新型电力系统需要人工智能 二、电力人工智能的现状 三、电力人工智能的研究和思考 -- 我们的工作 结语 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 目录 1 能源革命 2014 年 6 月习近平总书记在中央财经领导小组第六次会议上提出能源革命的战略思想。 双碳目标 2020 年 9 月习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布，中国将提高国家自主贡献力度，“二氧化碳排放 力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和”。 新型电力系统 2021 年 3 月中央财经委员会第九次会议提出，“实施可再生能源替代行动，深化电力体制改革， 构建以新能源为 主体的新型电力系统“。 分布式智能电网 2022 年 4 月中央财经委员会第十一次会议提出“要加强交通、能源、水利等网络型基础设施建设，把联网、补 网、强链作为建设的重点，着力提升网络效益” ,” 发展分布式智能电网，建设一批新型绿色低碳能源基地”。 新型能源体系 2022 年 10 月习近平总书记在党的二十大报告提出“深入推进能源革命，加强煤炭清洁高效利用，加大油气资源 勘探开发和增储上产力度， 加快规划建设新型能源体系”。 2023 年 7 月 11 日，习近平总书记在中央全面深化改革委员会第二次会议上，强调要深化电力体制改革，加快构建清洁低碳、安 全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统 2024 年 2 月 29 日，中共中央政治局就新能源技术与我国的能源安全进行第十二次集体学习。习近平总书记指出，我国能源发展 仍面临需求压力巨大、供给制约较多、绿色低碳转型任务艰巨等一系列挑战。应对这些挑战，出路就是大力发展新能源。推进 电网基础设施智能化改造和智能微电网建设，提高电网对清洁能源的接纳、配置和调控能力。 2025 年 9 月 24 日，习近平总书记在联合国气候变化峰会宣布 2035 年国家自主贡献目标，明确风电和太阳能发电总装机容量达 到 2020 年的 6 倍以上 力争达到 36 亿千瓦 我国能源电力的重大战略 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 引言 2035 年国家自主贡献目标明确风光发电总装机容量 2025 年 9 月 24 日，习近平主席在联合国气候变化峰会发表视频致辞，宣布中国新一轮 国家自主贡献： 到 2035 年， 中国全经济范围温室气体净排放量比峰值下降 7%-10%, 力争 做得更好。非化石能源消费占能源消费总量的比重达到 30% 以上， 风电和太阳能发 电总装 机容量达到 2020 年的 6 倍以上、力争达到 36 亿千瓦，森林蓄积量达到 240 亿 立方米以上， 新能源汽车成为新销售车辆的主流，全国碳排放权交易市场覆盖主要高排 放行业，气候适 应型社会基本建成。 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 引言 4 中共中央关于制定国民经济和社会 发展第十五个五年规划的建议 加快建设新型能源体系。 持续提高新能源供给比重，推进化石能源安全可靠有序替 代，着力构建新型电力系统， 建设能源强国。 坚持风光水核等多能并举，统筹就地消纳 和外送，促进清洁能源高质量发展。加强化石能源清洁高效利用，推进煤电改造升级和 散煤替代。全面提升电力系统互补互济和安全韧性水平，科学布局抽水蓄能，大力发 展 新型储能，加快智能电网和微电网建设。提高终端用能电气化水平，推动能源消费 绿色 化低碳化。加快健全适应新型能源体系的市场和价格机制。 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 引言 5 我国新能源迅猛发展 2024 年，全国新增风光等新能源装机 3.6 亿千瓦。 截至 2025 年 8 月底，全国累计发电装机容量约 36.9 亿千瓦，其中新能源装机容量约 17 亿千瓦 ( 其中 太阳能发电装机容量约 11.2 亿千瓦；风电装机容量约 5.8 亿千瓦 ) 。 随着沙戈荒大能源基地开发、海上风电开发、分布式光伏发展，我国风光新能源发展势头不减。 新能源发展的意义在于减少对传统化石能源的依赖，提高能源安全，促进经济增长，保护环境，实 现可持续发展。 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 引言 6 一、新型电力系统需要人工智能 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 7 电力人工智能 (AI EPS) (AI Electric Power System) 是专业大模型， 能够满足物理规律、电力系统技术准则， 实现电力系统生产智能应用 理论与技术是构建新型电力系统的重大需求 新型电力系统需要人工智能 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 8 新型电力系统新在哪里 ? 新能源 电力电子设备 系统规模巨大 安全机理复杂 能为新 海量数据分析 系统发 新能源功率支撑 支持 优化决策时效要求高 海量新能源接入电力系统 新能源的个体容量小、数量多、预测难度大 新能源和电力电子、储能的关系密切 , , 新型电力系统需要人工智能 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 展提供 人工智 型电力 9 可以“无条件”接受新能源 新能源为主体 能源供给侧脱碳 系统有“无限大”的功率、“无限多”的能量 系统的功率的动态平衡、能量的动态平衡：动态平衡理论 电力系统新理念：电压稳定、频率稳定、功角稳定 -- 电力电量平衡 新型电力系统需要人工智能 以新能源为主体的新型电力系统 构建清洁低碳、安全充裕、经济高效、供需协同、灵活智能的新型电力系统。 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 10 新型电力系统需要人工智能 以新能源为主体新型电力系统的理论 -- 电力电量平衡理论 新型电力系统将会遵循电学的基本理论和物理规律，这是不会变的。但是基于机电系统转动惯量 的稳定理论，受到系统转动惯量小，将不足够承担以新能源为主体的新型电力系统的稳定。 新型电力系统是基于电力电量的实时平衡的系统平衡理论，是“无限大”的功率、 “无限多”的 能量的动态随机平衡。 电量平衡 有功功率平衡 无功功率平衡 频率稳定 电压稳定 功角稳定 传 统 电 力 系 统 新 型 电 力 系 统 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 11 ■ 现有“源随荷动”的刚性调度模式，难以应对新能源高渗透率场景下电力安全消纳问题 ■ 亟需构建以电力专用人工智能技术为核心、源网荷储柔性动态平衡的电力调度 “超级大脑” 调度运行算法和系统面临分钟级时间窗口计算挑战 ——— — 大规模———— ———— 多任务一 口 全域感知 口 方 式 调 整 口 资源调节 研发更快 ( 小时→ 分钟 → ) 、更大规模 (10³→ 105) 、更自适应 ( 单任务 → 多任务 ) 电 网智能运行系 统 8156 66 云南 61 海南 利用率降低↓ 2024 年全国风、光利用率分别为 95.9% 、 96.8%, 弃电量约 700 亿 kWh 垂委鑫 新型电力系统需要人工智能 ■ 资源多变量 ■ 组合爆炸 千节点规模百机组变量 优化耗时 > 2 小 时 电力人工智能 系统 (AI EPS) 220kV 及以上 4 . 6 × 1 0³ 等 值节 点 五 省 系 统 运 行 1.5×10⁵ 实际 测 点 拓扑快速切换 15min 内拓扑变化次 数 省域电网 >300 次 全国范围 > 1 万 次 110kV 及以上 3.9×10⁴ 等值节 点 新能源高渗透率运行需求 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 渗 透 率 增 高 ↑ 青 海 考虑年度逐 15 分钟 的 运行方式 3 5 0 4 0 个 考虑真实测点的 主设备数量亿 级 翼北 宁夏 70% 70 等值聚合 真实量测 = 经济损 失 280 亿元 ≈ 北京市 半年用电 ≈0 . 3 亿吨 CO₂ 南 网 五 省 甘肃 02% ■ 人工智能是电网“无条件”接受新能源的技术基础。 ■ 人工智能是管理好新能源的技术基础。 ■ 研发符合电力系统基本物理规律、遵循电力系统技术原则、满足电力系统 应用需求的电力人工智能系统。 不完全依赖电网模型，在海量数据基础上，通过大数据和计算技术，透过 数据关系发现电力系统运行规律，实现电网的智能分析、智能决策、智能 管理、智能运行、“智能导航”。 人工智能推动电力创新发展： 人工智能技术使得海量新能源接入新型电力 系统成为可能，为系统运行提供智能导航运行。 新型电力系统需要人工智能 人工智能与新型电网新型电力系统 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 13 新型电力系统的透明化 新型电力系统是信息技术、计算技术、通信技术、传感技术、控制理论和控制技术、运筹学、 人工智能、互联网等与电力系统的深度融合。 新型电力系统中配置的小微智能传感器及其传感网络无处不在，构建含泛在电力物联网的基础 设施；先进通信技术、大数据技术、云计算技术、人工智能技术等在电网中广泛应用，实现电网的 自由 ( 无限、海量 ) 数据采集、自由 ( 无限、海量 ) 数据存储、自由 ( 无限、海量 ) 数据获取、 自 由 ( 无限、海量 ) 智能分析。智能设备和设备的智能化，强大的软件系统。 不完全依赖电网模型，在海量数据基础上，通过大数据和计算技术，透过数据关系发现电力系 统运行规律，实现电网的智能分析、智能决策、智能管理、智能运行、“智能导航”。 ■ 实现数字电网的透明化，在海量数据基础上， 基于数据的强大的智能软件系统，透过数据关系揭 示电力系统运行规律，实现电网的智能分析、智能决策、智能管理、智能运行、“智能导航” 14 新型电力系统需要人工智能 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 透明电网 -- 透明电力系统 透明电网是信息技术、计算技术、传感技术、控制理论和控制技术、人工智能、 互联网等与电力系统的深度融合。 透明电网中配置的小微智能传感器及其传感网络无处不在；设备功能与信息融 合，设备与先进传感、通讯、计算、人工智能技术有机结合；实现电网的自由 ( 无限、海量 ) 数据采集、自由 ( 无限、海量 ) 数据存储、自由 ( 无限、 海量 ) 数据获取、自由 ( 无限、海量 ) 智能分析。 基于数据的强大的智能软件系统能够实现电网的智能分析、 智能决策、智能管 理、智能运行、 “智能导航”。 电网全面可见、可知、可控，电网形态发展成为透明电网。 15 新型电力系统需要人工智能 -- 透明电网 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 透明电网要素 口信息技术、计算机技术、数据通信技术、传感器技术、电子控制技术、自动控制理论、运筹学、人 工智能、互联网技术等有效地综合运用于电力系统。 口基于透明电网，社会各方能够广泛深入参与电力生产、传输、消费等各个环节，协同促进能源电力 的安全高效、绿色低碳发展。 口 透 明 电 网 ( 电 力 系 统 ) 的 要 素 ： 小微智能传感器 智能设备和设备智能化、智能二次系统 强大的软件平台一超级大脑 (AI Electric Power System,AI EPS) …… 大数据平台 小微能量获取的自由化 ( 随时随地获取 ) 透明化和应用：电网设备状态透明、运行状态透明、市场信息透明、、、 16 新型电力系统需要人工智能 -- 透明电 网 中 国 南 方 电 网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 基于数据而不是基于模型 -- 人工智能 · 体现数字之间的关系 · 海量的小微传感器数据 · 智能设备的数据 · 数据存储：分布式，集中制， · 数据挖掘 · 数据驱动的分析、计算， ● ·· · · 自由应用 新型电力系统需要人工智能 -- 透明电网 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 17 新型电力系统需要人工智能 -- 透明电网 透明电网的“超级大脑” -- 电力人工智能 透明电网需要强大的软件系统这个 “超级大脑”对海量的数据进行管理，这是核心。 镜像 / 数字孪生信息物理电网， 基于数据建立的物理电网系统在数字空间的映射。基于物 理电网中的传感器和智能设备的数据，应用强大的算力算法构建电网运行导航决策系统。 线 路 厂 站 设 备 数字孪生电网： 主网 + 配电网 + 微电网一全息镜像系统 18 数字数据 镜像孪生体 外观形态 + 拓扑关联关系 数字孪生电网 站 物 理 电 网 ： 主 网 、 配 电 网 、 微 电 网 信息、状态 实时 计算交互 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 设 备 系 统 物理电网 线 路 数据、 口运行导航决策：透明电网运行决策关键技术 口智能调度决策 □ 电网安全域辨识与控制、直流故障辨识与决策 口多道防线协调控制多能互补协调 □ 新能源接入、虚拟电厂、柔性电网 口数字孪生：透明电网运行数字数据关键技术 口发电预测 口负荷预测与辨识 口电网状态数字数据 透明电网运行 电力系统优化目标 控制 信息 电力系统智能计算及自动导航 控制 信息 电力智能调度 ( 人工智能 + 大数据 ) 负荷预测等 控制 信息 全景控制 全景信息 控制 信息 透明电力系统 新型电力系统需要人工智能 -- 透明电网运行 中 国 南 方 电 网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 19 二、电力人工智能的研究现状 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 20 我国电力系统人工智能发展的态势 口我国电力系统人工智能大模型研发呈现出蓬勃发展的态势，众多企业和机构积极投入研发。 口结合国家“双碳”目标、新型电力系统建设以及能源数字化转型需求，电力行业正积极探索大模型 技术在发电、输电、配电、用电等全环节的深度融合。 口 我国电力大模型研发已从理论探索进入规模化应用初期，在设备巡检、新能源预测等领域成效显著 , 但仍需突破数据共享、实时计算、安全可信等技术瓶颈。未来随着政策支持和跨领域合作深化，电 力大模型有望成为新型电力系统的“智能中枢” , 助力实现“双碳”目标与能源革命。 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 21 众多企业和机构积极投入研发 电力系统人工智能大模型蓬勃发展，众多企业和机构积极投入研发：电力企业、高校、研究单位… 国家电网： 口 2023 年 5 月，国网信通产业集团发布“思极 GPT” 。 口 2024 年 7 月，国网湖南电科院发布 10 亿节点配网视觉大模型。 口 2024 年 12 月，国网长沙供电公司研发人工智能“配网调度员”“光明”。 口 2024 年 12 月 19 日，国家电网发布千亿级多模态行业大模型“光明电力大模型”。 南方电网： 口 2023 年 09 月，南网发布电力行业人工智能创新平台及“自主可控电力大模型 ( 大瓦特 )” 。 口 2023 年 12 月，南网总调发布“大瓦特 - 天璇”电力调度专业大模型。 口 2024 年 01 月，南方电网广西电网公司发布广西输电人工智能大模型。 口 2024 年 11 月，“驭电”大模型具备投用条件，是新型电力系统智能仿真计算工具。 口 2025 年 06 月 28 日， “擎源”发电行业大模型，国家能源集团发布。 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID ■ 多模态技术融合：采用多模态深度学习技术，融合图像识别、自然语言处理和时间序列 分 析等多种 AI 算法，可自动读取实时和历史数据，实现对关键设备的精准诊断。 ■ 算力与算法优化：硬件采用全国产 GPU 算力集群，提升大模型训练效率；软件层面构建 电 力行业调度知识库，采用“大小模型”协同机制，即“大模型 + 机理模型”融合方式，发挥 二者优势。 ■ 物理 - 数据混合驱动：将电力系统物理方程嵌入大模型训练，提升可解释性和泛化能力。 ■…… 模型技术不断创新和突破 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 2 3 (1) 电网调度 · 模型应用于配网调度，大幅缩短转供决策时间和指令票拟写时间； · “ 电网调度智慧大脑”在负荷预测、 操作票防误、故障处置等场景发挥重要作用，提升 预测 准确率，实现调度操作票全要素智能审核，快速完成故障分析和处置。 (2) 设备运维 · 提升电网安全隐患告警有效率； · 人形机器人通过 AI 与大模型技术结合，应用于电力设备巡检、倒闸操作等高危复杂任务。 (3) 智能客服 · 覆盖智能客服等十余个领域的百余个应用场景，具备意图识别、多轮对话等能力。 应用场景日益丰富 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 24 1. 行业专用大模型 · 从通用大模型向电力垂直领域深化，构建“预训练 + 微调”的行业底座 ( 如“电力 GPT”) 。 2. 多智能体协同 · 大模型作为调度中枢，协调发电、储能、用户等多元主体，支撑新型电力系统“源网荷 储”互动。 3. 数字孪生集成 · 结合电网数字孪生平台，实现大模型在虚拟空间中的仿真推演与闭环优化。 4. 标准与生态建设 · 制定电力 AI 大模型的数据、算法、安全标准，推动电力人工智能大模型发展。 未来趋势 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 25 三、电力人工智能的研究和思考 -- 我们的工作 中国南方电网 CHINA SOUTHERN POWER GRID 26 电力人工智能 (AI EPS) (AI Electric Power System) 是专业大模型， 能够满足物理规律、电力系统技术准则， 实现电力系统生产智能应用 理论与技术是构建新型电力系统的重大需求 电力人工智能的研究和思考 中国