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人工智能+智能能源智能电网优化调度研究报告
一、研究背景与意义
1.1全球能源转型与碳中和目标驱动
1.1.1碳中和目标的全球共识
进入21世纪以来,全球气候变化问题日益严峻,碳中和已成为国际社会的共同行动纲领。2015年《巴黎协定》明确提出将全球平均温升控制在工业化前水平以上低于2℃的目标,并努力限制在1.5℃以内。在此背景下,欧盟率先提出“2050碳中和”战略,美国、日本、韩国等相继承诺2050年前实现碳中和,中国则明确“3060双碳”目标——2030年前碳达峰、2060年前碳中和。能源行业作为碳排放的主要来源,其转型是实现碳中和目标的核心路径,而电力系统作为能源转换和利用的关键枢纽,率先向清洁化、低碳化转型成为必然趋势。
1.1.2可再生能源规模化并网挑战
随着光伏、风电等可再生能源技术的快速进步和成本持续下降,全球可再生能源装机规模呈现爆发式增长。国际能源署(IEA)数据显示,2023年全球可再生能源装机容量首次超过化石燃料,预计到2030年可再生能源将占全球发电装机总量的60%以上。然而,可再生能源具有间歇性、波动性和随机性特征,大规模并网对电网的稳定性、灵活性和调节能力提出了前所未有的挑战。传统电网基于“源随荷动”的集中式调度模式,难以适应高比例可再生能源接入下的“荷随源动”新需求,亟需通过技术创新实现电网优化调度模式的变革。
1.1.3能源消费结构低碳化转型
在终端能源消费领域,电气化水平持续提升。国际可再生能源署(IRENA)报告指出,全球终端电气化率将从2020年的20%上升到2050年的40%以上,交通、建筑、工业等领域的电气化转型加速推进。同时,分布式能源、储能、电动汽车、虚拟电厂(VPP)等新型主体不断涌现,电网从单向无源网络转变为双向有源网络,源荷互动特性显著增强。这种能源消费结构的深刻变化,要求电网优化调度具备更强的协同优化能力和实时响应能力,以适应多元化、分散化的能源供需格局。
1.2智能电网发展现状与核心诉求
1.2.1传统电网的调度局限性
传统电网调度系统主要基于确定性模型和经验规则,通过预设的调度计划实现供需平衡。其局限性主要体现在三个方面:一是对可再生能源出力的预测精度不足,导致调度计划与实际运行偏差较大,增加备用容量成本;二是调节手段单一,难以灵活应对源荷双侧的随机波动;三是信息交互滞后,缺乏对电网状态的实时感知和动态调整能力。例如,在中国西北地区,风电、光伏装机占比超过40%,传统调度方式下的弃风弃光率一度超过10%,造成巨大的能源浪费和经济损失。
1.2.2智能电网的内涵与特征
智能电网是以物理电网为基础,融合传感测量、通信、信息技术,实现电网安全、可靠、经济、高效、清洁运行的现代化电力系统。其核心特征包括:自愈能力(故障自诊断、自隔离、自恢复)、兼容能力(支持多种能源形式接入)、互动能力(用户侧参与电网调节)、高效能力(优化资源配置)和智能化能力(数据驱动决策)。智能电网通过高级量测体系(AMI)、广域测量系统(WAMS)、智能调度系统等基础设施,为人工智能技术的应用提供了数据支撑和平台基础。
1.2.3全球智能电网建设进展
全球主要经济体均在加速推进智能电网建设。欧盟“HorizonEurope”计划将智能电网作为能源转型的核心支撑,重点推进虚拟电厂、需求响应和跨欧洲电网协同;美国通过《基础设施投资和就业法案》投入170亿美元支持智能电网升级,重点提升电网韧性和可再生能源消纳能力;日本在“绿色增长战略”中提出建设“数字电网”,实现电力系统的全流程数字化管理。中国智能电网建设已进入全球领先行列,截至2023年,国家电网已建成“三纵三横”特高压骨干网架,智能电表覆盖率超过98%,调度自动化系统实现省级以上电网全覆盖,为AI与智能电网的深度融合奠定了坚实基础。
1.3人工智能技术赋能智能电网的必然性
1.3.1传统优化调度方法的瓶颈
传统电网优化调度主要采用线性规划、动态规划、混合整数规划等数学优化方法,其局限性在源荷双侧不确定性加剧的背景下愈发凸显:一是计算复杂度高,随着电网规模扩大和变量增多,求解时间呈指数级增长,难以满足实时调度需求;二是模型假设理想化,难以准确描述可再生能源出力、负荷需求的随机分布特性;三是鲁棒性不足,当系统状态偏离预设模型时,调度方案可能失效。例如,传统动态规划方法在处理含1000台以上机组的机组组合问题时,求解时间往往超过24小时,无法适应日内滚动调度的要求。
1.3.2人工智能技术的核心优势
1.3.3AI与智能电网融合的应用场景
1.4人工智能+智能能源智能电网优化调度的研究意义
1.4.1经济意义:降低系统运营成本,提升资产利用效率
1.4.2技术意义:推动能源数字化转型,构建新型电力系统核心技术
1.4.3社会意
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