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电网现代化挑战:实施边缘智能对电网主动管理的重要性
   

北美电网基础设施对经济至关重要,是我们拥有的最大的分布式电气化基础设施。但是,简单地说,它是旧的。随着世界的变化,这个系统变得越来越分散和复杂,电力流也变得双向潮流。如何处理它?我们如何使这个庞大的基础设施现代化?

所需改变的紧迫性

在过去的几十年里,电能的世界发生了巨大的变化,这种变化已经超过了100多年前设计的电网本身的最初设计要求。这引起了人们对北美电力基础设施现代化的日益关注和紧迫感。

据智能基础设施领域的全球领头羊、英特尔的Prithpal Khajuria称,电网已经变得更加双向潮流,这是它最初设计时无法处理的。电网的设计目的是将电力产品从电力事业公司输送到消费者手中。大型发电厂建在主要城市以外的分散地点,目的是让能源“下坡”流向消费者。

我们现在对这个系统的使用已经发生了变化,变得更加分散和复杂。电力流动正变得双向潮流,迫使电力行业重新思考电网关系。哈朱里亚解释说,过去很清楚谁是生产者,谁是消费者。随着市场的变化,这些线条变得模糊了。在某些情况下,消费者也可以是生产者,这改变了生产者和消费者的传统角色。其中使电网功能更加复杂的是绿色能源的增长,与传统发电厂稳定、受控的输出相比,绿色能源在本质上往往是短暂的。

用电量也在上升。哈朱里亚说,随着越来越多的基础设施系统实现电气化,如移动基础设施、运输系统基础设施等,我们的用电量预计将在未来十年翻四番。商业电力也越来越趋向于数字化。

“这将推动对更多数据中心的需求,”Khajuria说。工业平板电脑厂家 IIoT 解决方案的首席技术官Mike补充说,目前的预测显示,到2030年,数据中心用电量将增长3%至10%,这一增长将对我们当前的电网产生重大影响。

随着需求的持续增长和发电量的不断分散,必须朝着一个可持续发电和输送电力的系统努力。电网正朝着“系统体系”的体系结构发展,它的智能现在是其最薄弱的环节。

坚定前行的道路

要向前迈进并解决电网格局变化带来的挑战,有两种选择。第一建立更多的基础设施,但在许多方面的这是很昂贵的,并将需要很多时间。第二个也是最好的选择是依靠新技术,比如物联网技术和边缘智能。

为了平衡和缓解电网变化带来的挑战,最重要的是需要电力事业部门开始实现基础设施现代化,并开始通过数据驱动,自主决策参与主动电网管理。这意味着在变电站中加入边缘智能,并在边缘建立现代基础设施。

Khajuria说,向电网添加边缘智能意味着电网将转变为“系统体系上的微电网”,比以往任何时候都更加智能。这种内建的情报将使我们能够更深入地了解日常运作以及未来将要发生的事情,学习如何实际地满足我们世界的需求。将电网数字化并将边缘智能应用于变电站是一种更环保、更可持续的发展方式。

完成这项任务的第一个障碍是所有主要参与者的协调,他们必须以同步的方式工作。美国有3000多家电力公司,构成了完整的基础设施。这个庞大而复杂的基础设施分别负责三大功能:发电;电力传输;以及配电系统。

为了简化这一过程,Khajuria说,为了帮助行业向前发展,我们应该看看物联网技术已经在起作用,比如将变电站基础设施虚拟化到开放式体系结构硬件上。考虑到变电站的基础设施,可以将其看作是一个筒仓中可以有10个箱子,每个箱子做10种不同的事情。目前,控制中心并没有将这些数据合并在一起处理。

将这些功能虚拟化为在共享、开放式体系结构硬件上运行的软件,增加了灵活性,并克服了数据孤岛的限制。现在,所有应用程序都位于虚拟化环境中的一个基础设施上。所有数据都可以在应用程序和系统之间轻松共享。这实现了电力事业的四大好处:

●随着所需硬件数量的减少,减少了资本支出

●应用程序的可管理性降低了现场维护成本

●系统安全

●全方位的易操作性

据Khajuria称,在edge实施虚拟化解决方案的电力事业公司发现,他们可以节省高达70%的运营和维护成本。

现代网格中使用的大量关键和非关键设备已经具备了利用虚拟化优势的能力。经验证的用例包括:可降低操作和维护成本的远程可访问性、用于快速安装软件补丁和升级的已部署资产的管理,等等。

在虚拟化网格中,大多数资产由驻留在称为“容器”或虚拟机的虚拟化元素中的特定软件控制。这些资产将数据向上游送入运行大量容器的边缘计算平台。然后这些数据进一步向上游传输到分散的边缘服务器,这些服务器访问共享存储技术以提供对整个网格的控制。这个模式需要三个关键元素:网络、物理层(要虚拟化的硬件)和软件体系结构。

如何在边缘使用ADMS

一旦构建了虚拟化基础设施并且所有数据都可以访问,下一步就是开始使用这些数据提取智能,例如故障原因、预测性维护、网络异常等。变电站中的边缘智能支持高级配电管理系统(ADMS)。变电站现在可以收集数据,完成负载隔离,获得必要的附加信息,并可以开始分析每个馈线及其当前状态。

一旦收集并存储了所有信息和行为,就可以基于高级分析构建计划。当电网变成一个“系统的体系”时,每个变电站都变得智能化,并最终管理自己,向控制中心提供所需的信息。

例如,查看天气预报和变电站概况,可以看到任何给定时间内消耗的局部能源量和可再生能源产生的能源量。在这个例子中,假设从上午9点到下午2点,消费者消耗的所有能源的80%都是由可再生能源产生的。如果是这样的话,那么电力公司只需要少量的能源。在这个例子中,到下午3点,当地的能源产量将下降到20%。如果是这样的话,那么你需要在这个时候在电网开始增加80%的电力供应。控制中心在下午2点前知道,它必须开启涡轮机发电,并开始供电。换句话说,现在可以看到一个模式,它允许主动电网管理的实践。

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