国家电网PPT：AI赋能配电网数字化转型—从状态感知到智能决策

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AI 赋能配电网数字化转型 从状态感知到智慧决策 国网电力科学研究院：杜红卫 2 0 2 5 年 1 0 月 2 4 日 国家电网公司 STATE GRID 3 AI 赋能配网可靠性管理实践 1 配网 AI 应用背景与关键问题 2 配网 Al 核心技术及典型场景 CONTENTS 国家电网公司 STATE GRID > 2025.07 2024.07 2024.05 《国家发展改革委工业和信息化部国家能源局关于开展零碳园区建设的通知》 ( 发改环资〔 2025 〕 910 号 ) …… 支持有条件的地区率先建成一批零碳园区，逐步完善相关规划设计、技术装备、商业模式和管理规范，有计划、 分步骤推进各类园区低碳化零碳化改造，助力园区和企业减碳增效，为实现碳达峰碳中和目标提供坚实有力支撑。 《关于印发加快构建新型电力系统行动方案 (2024—2027 年 ) 的通知》 ( 发改能源〔 2024 〕 1128 号 ) 四 、配电网高质量发展行动 ( 七 ) 组织编制建设改造实施方案 …… ( 八 ) 健全配电网全过程管理 …… ( 九 ) 制定 修订 一批配电网标准 …… ( 十 ) 建立配电网发展指标评价体系 …… 《关于做好新能源消纳工作保障新能源高质量发展的通知》 ( 国能发电力〔 2024 〕 44 号 ) ……. 组织电网企业统筹编制配电网发展规划，科学加强配电网建设，提升分布式新能源承载力…… . 全面提升配电网 可观可测、可调可控能力。 2024.02 2023.06 《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》 ( 发改能源〔 2024 〕 187 号 ) …… 打造安全高效、清洁低碳、柔性灵活、智慧融合的新型配电系统。 《新型电力系统发展蓝皮书》 …… 基于分布式新能源的接入方式和消纳特性，以实现分布式新能源规模化开发和就地消纳为目标的智能电网， 主要领域在配电网。 近期，国家密集出台了配电行业发展指导文件， 印发《关于新形势下配电网高质量发展的指导意见》、《关于 做 好 新 能 源 消 纳 工 作 保 障 新 能 源 高 质 量 发 展 的 通 知 》 、 《 加 快 构 建 新 型 电 力 系 统 行 动 方 案 (2 02 4 — 20 27 年 ) 》等 文件，打造新型配电系统，着力提升配电网可靠性、承载力和灵活性。 新型配电系统应用 人工智能面临的挑战 配网 AI 应用背景与关键问 题 配网人工智能 应用必要性 宏观形势 分析与思考 国家电网公司 STATE GRID 新型 配电系统 配网 现状 随着碳达峰、碳中和进程加快推进，新能源开发集中式与分布式并举，电能替代的广度和深度不断拓展，电力 负荷持续增长，配电网可调负荷、电动汽车、分布式光伏、新型储能、微电网、资源聚合商等新要素进入规模化发 展阶段，数据是新型电力系统的重要生产要素，“碳”和“数”是配电网发展不同阶段必须要考虑的要素，配电网 新兴 要素、多元主体高速发展。 120~150GW 254.53MW 2024 年 9 月 2030 年 负荷 >16 亿 kW 13 亿 kW 2024 年底 2030 年 4.5 亿 kW 3.1 亿 kW 2 0 2 4 年 1 0 月 2 0 3 0 年 配网 AI 应用背景与关 键问题 电动汽车 光伏 台区自治管理 承载力提升 电力电量平衡 新型配电系统应用 人工智能面临的挑战 配网人工智能 应用必要性 宏观形势 分析与思考 国家电网公司 STATE GRID 新型 配电系统 配网 现状 储能 配电网作为新型电力系统的关键领域和直面终端用户的主要环节，面临管理体系、网架结构、技术水平、服务 能 力的全面变革。 配电网基础建设水平有待提升 配电网建设成效有待提升 配电网差异化运维有待提升 规划类、运维问题类 ( 如频繁 停 电、低电压 ) 和营销业扩类 项目 投 资 安 排 缺 少 统 筹 。 生产管理系统基础数据不完整， 配电自动化系统、供电服务指挥平 台 功 能 应 用 不 规 范 。 配网规划、工程建设、运行维护 不能形成推动配网发展的合力， 部 分 环 节 管 理 责 任 不 清 。 建设改造投资精准度有待提升 配电网管理业务链条长 数字化管理水平有待深化 配网 Al 应用背景与关键问题 运行指标提升成效不明显，配电 工程全过程管理合规性存在风险。 运维标准贯彻执行不到位、业务 管 控 穿 透 力 不 足 。 2024 年底达到 1 3 亿 kW , 预 计 2030 年将超过 16 亿 kW 。 新型配电系统应用 人工智能面临的挑战 配网人工智能 应用必要性 宏观形势 分析与思考 国家电网公司 STATE GRID 新型 配电系统 配网 现状 “ 双碳”背景下，配电网作为新型电力系统的关键领域和直面终端用户的主要环节，接入分布式电源、储能、 充电桩等大量非电网资产新要素，催生了微电网、资源聚合商等新业态，逐步由单向供电的“管道型”传统配电网 演 化为资源配置的“平台型”新型配电系统，配电网承上启下，对下汇聚并灵活调控管理各类分布式资源，实现分 层分 级消纳与自治平衡，对上通过主配微协同及电力市场交易机制，发挥电力电量平衡与电力保供的支撑作用。 “ 平 台 型 ” 配 电 网 资源分配的平台 主网 配网 能源 市场 源网荷储 用户 需 求 驱 动 技 术 驱 动 服务增值 “ 管道型”配电网 能量传输的管道 主网 配网 新型配电系统应用 人工智能面临的挑战 配网 Al 应用背景与关 键问题 能量传输 单向性 能量来源 单一化 供电为主 服务为辅 调度方式 集中化 配网人工智能 应用必要性 宏观形势 分析与思考 国家电网公司 STATE GRID 新型 配电系统 配网 现状 用户 数字管控 新型配电系统是典型的信息物理社会系统，统筹源 - 网 - 荷 - 储 - 微 ( 聚 ) 多元灵活性资源，贯 通规建运营业务环 节， 基于 “知识 + 数据 + 模型 + 算法 + 算力”等数智技术 ，协同感知、分析、决策等运行控制环节，实现多元负荷等要素 的时空互补控制与调节，形成大电网 - 配电网 - 微电网协同的主配微控制调节新模式。 清洁低碳 安全充裕 经济高效 供需协同 灵活智能 物理形态 业务形态 商业形态 数智形态 新型配电系统支撑各类主体深度参与、高效协同、共治共享，有效保障优质电力供应，具有清洁低碳、安全充裕、经济 高效、供需协同、灵活智能等特征，其物理形态、业务形态、商业形态和数智形态正在发生深刻变革。 配网 AI 应用背景与关 键问题 电网全景透明化 分析决策多维化 运行控制智慧化 调控运行有源化 规建运营一体化 对外服务一站化 接入要素多样化 网络形态差异化 资源配置平台化 市场主体多元化 交易品种多样化 资源交易市场化 新型配电系统应用 人工智能面临的挑战 配网人工智能 应用必要性 宏观形势 分析与思考 国家电网公司 STATE GRID 新型 配电系统 配网 现状 基 础 关 键 核 心 支 撑 数 智 化是 新 型 配 电 系 统 发 展 的 重 要 特 征 和 主 要 手 段 ， 亟 需在 算 力 底 座 、 模 型 标 准 、 通 信 网 络等 方 面 夯 实 基 础 ， 打 破 专 业 界 限 、 打 破 电 网 公 司 内 外 边 界 ， 以 全 量 电 力 系 统 思 维 ， 实 现 发 输 变 配 用 全 环 节 一 体 化 模 式 在 统 一 平 台 上 进 行 物 理 电 网 和 基 础 数 据 呈 现， 实 现 “资源接得进、电网稳得住、电力供得好、系统管得好、安全守得牢、业务质效高”。 人 工 智 能 是 赋 能 新 型 配 电 系 统 数 字 化 转 型 支 撑 的 核 心 引 擎 。 新型配电系统接入分布式电源、储能、充电桩等大量非电网资产新要素，涵盖公司内外部资产，在物理形态上 已由 “大电网主导、终端电能配送”的传统特性向 “大电网支撑、分布式能源高渗透接入、柔性负荷参与互动”的 新型特 性加速转变，业务形态上呈现规建运营一体化趋势，商业形态上商业模式在配电网分布式资源互动中成为主 导 因 素 。 随机化 互联化电网侧 电源侧 电气化 新型电力系统 负荷侧 多维特征 灵 活 资 源 ， 运行控制 市场化 智 能 化 微 电 网 配电房 微电网 微电网 — 换相开关；今开关 电网款广文负荷 …□ 各节点广叉负荷集群 模流负荷 族可整负荷 ( 可拉 配网 Al 应用背景与关 键问题 新型配电系统应用 人工智能面临的挑 战 配网人工智能 应用必要性 宏观形势 分析与思考 新型 配电系统 国 家 电 网 公 司 STATE GRID 配网 现状 配电网作为联系能源生产与消费的关键枢纽，在“双碳”目标下，呈现高渗透可再生能源、高比例电力电子 设 备 、 高 增 长 电 力 负 荷 需 求 等 特 征 ， 未 来 配 电 网 关 键 特 性 将 发 生 深 刻 变 化 ， 人 工 智 能 技 术 可 以 更 好 地 契 合 新 态 势 下 配 电 网 智 能 发 展 需 求 。 数据处理 配电网态势推演 大量分布式新能源、储能和电力电子装备的广泛接入， 使得电力系统故障的随机性和非线性性大大增强，故障 特征不再明显，建立故障诊断的机理模型及寻找判据日 趋困难。 配网运行与运维 新型电力系统配电网的其他方面，如巡检、图像识别等、 电力市场中电价预测等、配电网的调度控制等也需要针 对算法以及技术手段不断完善。 随着新型电力系统的建设，电气设备、发电机节点、负荷 节点数量都成倍增长，随之而来的海量数据对计算、储存 的要求越来越高。且配电网的复杂性、分布式电源的不确 定性也对数据的辨识处理有了更高技术的要求。 配网全景感知 为实现配网全景感知， 传统方法需要加装大量量测装置， 配网点多面广，若都安装量测装置，所需投资巨大。 配网 AI 应用背景与关键 问题 新型配电系统应用 人工智能面临的挑战 配网人工智能 应用必要性 宏观形势 分析与思考 国家电网公司 STATE GRID 新型 配电系统 配网 现 状 ◆ 跨专业模型不统一 调度依托 IEC61970 、 IEC61850, 设备专 业 主要依托 SG-CIM, 营销专业主要依托 SAP 公 用模型，各专业主要通过模型实现贯 通，各类 数据在专业间共享需要多重转换。 ◆ 基础数据质量不高 人工智能算法的训练需要大量的高质量数据， 然而，配电网的数据来源多样化，质量参差 不齐，数据采集和清理是一个复杂的任务。 ◆ 业务融合深度不够 人工智能技术与电力业务深度融合、电力大 模型与成熟小模型有机结合等方面尚有欠缺。 ◆ 数据采集与处理 电网中各种设备、传感器和信息系统会产 生大量的数据，处理这些数据需要高效的 算法和计算资源。 ◆ 模型训练 电网数据标记成本高，需要探索有效的数据 标注方法来增加可用数据量。 ◆ 算法选取与优化 人工智能不同算法特点各异，将人工智能算 法与传统控制方法有机结合是应用关键。 配网 AI 应用背景与关 键问题 配网 配网人工智能 现状 应用必要性 新型配电系统应用 人工智能面临的挑战 痛点 挑战 宏观形势 分析与思考 国家电网公司 STATE GRID 新型 配电系统 10 2 配网 Al 核心技术及典型场景 3 Al 赋能配网可靠性管理实践 1 配网 Al 应用背景与关键问题 CONTENTS 国家电网公司 STATE GRID 配网人工智能 关键技术及应用 配网人工智能 Al 在配网领域 典型人工智能 人工智能 应用架构 解决的关键问题 技术概要 通用技术 新一代人工智能应用架构 配网运营智能体 配网运检智能体 配电网大模型 配电网知识底座 通用知识 配网规范 故障缺陷 供服流程 典型经验 配网 Al 应用背景与关键问 题 传统人工智能应用架构 ( 小模型 + 样本 ) 定制高、复用少 配电网各应用系统 ( 配电自动化、配网管控微应用 群 ) ( 专业大小模型 + 专业知识底座 + 角色智能 体 ) 会推理、角色化、可复用 专 业 小 模 型 专 业 小 模 型 专 业 小 模 型 角色 智能体 专业 大小 模型 专业 知识 底座 配网风险 预测 历史数据 智能负荷 转供 典型方案 设备缺陷 识别 图像样本 设备故障 诊断 缺陷样本 专 业 小 模 型 样 本 国家电网公司 STATE GRID 配网调度智能体 12 新型配电系统呈现出高比例新能源、高比例电力电子、高比例交直流、高增长负荷需求等特征。传统技术手 段已无法应对高比例新能源接入的动态平衡、 电力电子化带来的稳定性控制、 高增长负荷下的精益化运维等强非 线性问题。配网从 “静态确定性系统”转 向 “动态随机性系统” , 人工智能的非线性建模、实时决策、全局优化 能力 成为破解这些难题的关键路径。 数据层面 高维度、强随 机性数据的处 理 困 境 。 拓扑变化层面 动态重构与 关联耦合的 复 杂 性 。 调控策略层面 非线性与多 目标优化的 冲 突 。 云边协同层面 实时性与 安全性的 矛 盾 。 Hol 业务层面问题 ◆ 基层老龄化一信息化能力下降 ◆ 复杂运维态势—主动运维积极性不 高 ◆ 复杂业务场景一自动化工具迭代升 级 典型人工智能 人工智能 配网人工智能 技术概要 通用技术 关键技术及应用 配网 Al 应用背景与关 键问题 家庭拉制单元 1 分布成光认储影》 盛镇一相电带号 复 杂 拓 扑 变 化 带 来 的 状 态 估 计 与 优 化 运 行 问 题 复 杂 运 行 工 况 下 带 来 的 状 态 感 知 和 故 障 诊 断 问 题 大 量 数 据 传 输 带 来 的 边 缘 计 算 和 就 地 决 策 问 题 多信息流引导下带来的 复 杂 决 策 难 题 强 随 机 性 带 来 的 新 能 源 功 率 预 测 问 题 Al 在配网领域 解决的关键问题 收 嫁 頭 memn 地力抱联网 配网人工智能 应用架构 国家电网公司 STATE GRID 理师智阶 地力物 4 力 当 网 动泽计算 口 人 C 智差 集中式光 n 13 随着新型配电系统建设加速推进，大量的分布式新能源广泛接入，配电网面临数据激增与处理瓶颈、复杂性 升级、韧性要求提升等现实挑战，有必要利用人工智能的高维数据学习能力解决各种非线性问题。配网人工智能 核心是通过 AI 技术解决配网运行、管理、决策中的痛点，主要关注感知和决策任务，涉及 4 种典型技术发展和 6 类 关键技术。 配网人工智能 Al 在配网领域 应用架构 解决的关键问题 配网 AI 应用背景与关 键问题 配网人工智能 关键技术及应用 典型人工智能 技术概要 国家电网公司 STATE GRID 人工智能 通用技术 14 从本质上看，时间序列预测主要有 三个角度的分析视角 针对序列趋势的拟合，涉及整合 历史数据信息输出最大似然估计。 马尔可夫估计，利用状态转移矩 阵实现信息迁移和预测。 基于历史先验信息实现预测的最 大后验估计。多数方法的数学基 础都可以追溯到统计理论的三种 视 角 。 时间序列预测是通过分析按时间顺序排列的历史观测数据，建立数学模型预测未来趋势的统 计 学方法，涉及 统计学和数理模型两大领域。预测技术经历了统计模型 — 机器学习融入一人工智能突破三个主要阶段。随着大 语 言模型的普及，基础预测模型逐渐在电力、气象等各领域得到深度应用。 集成模型与因果推断成为主要演进方 向。 Moirai 支持概率零样本预测和处理 外生特征，提供易于扩展的 零样本预测 2024-06 2024-05 Tiny Time Mixers(MLP) 轻量级替代方案，自适应补 丁和分辨率前缀调优处理多 变量预测和外生变量 Chronos 缩放和量化来标记时间 序列值，融合自注意力 2024-04 2024-03 TimesFM 1000 亿个实际时间点进行 预训练的纯解码器基础模型， 逐步生成预测 TimeGPT-1 大量的预训练数据 进行零样本预测 2024-02 2023-10 Lag-Llama 关注滞后依赖关系 来进行长期预测 配网人工智能 Al 在配网领域 应用架构 解决的关键问题 配网 AI 应用背景与关 键问题 时序预测技术发展 自然语言处理技术发展语音信号技术发展流程自动化技术发展 配网人工智能 关键技术及应用 典型人工智能 技术概要 国家电网公司 STATE GRID 人工智能 通用技术 15 传统 NLP 模型 大语言模型 维度 传统 NLP 模型 大语言模型 N-gram 算法 朴素贝叶斯算法 隐马尔可夫模型 条件随机场 GPT 系列 BERT 及其变体 PaLM Llama 架构 规则、统计、浅层神经网 络 自注意力深度网络 数据需求小规模、任 、数据 海量信息、跨领域、自监督无需标注 依赖人工特征 结构化输出模式 适合短上下文信息 无法捕捉长距离依赖 端到端学习，无需手工特征 处理复杂上下文，多任务一体 强大的上下文理解能力 强大的跨领域泛化能力 任务适应性 任务专用、单独设计 一模多用 上下文理解 局部信息、短文本 长文本、