北美電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)經(jīng)濟(jì)至關(guān)重要，是我們擁有的最大的分布式電氣化基礎(chǔ)設(shè)施。但是，簡(jiǎn)單地說(shuō)，它是舊的。隨著世界的變化，這個(gè)系統(tǒng)變得越來(lái)越分散和復(fù)雜，電力流也變得雙向潮流。如何處理它？我們?nèi)绾问惯@個(gè)龐大的基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化？

所需改變的緊迫性

在過(guò)去的幾十年里，電能的世界發(fā)生了巨大的變化，這種變化已經(jīng)超過(guò)了100多年前設(shè)計(jì)的電網(wǎng)本身的最初設(shè)計(jì)要求。這引起了人們對(duì)北美電力基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化的日益關(guān)注和緊迫感。

據(jù)智能基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的全球領(lǐng)頭羊、英特爾的Prithpal Khajuria稱，電網(wǎng)已經(jīng)變得更加雙向潮流，這是它最初設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法處理的。電網(wǎng)的設(shè)計(jì)目的是將電力產(chǎn)品從電力事業(yè)公司輸送到消費(fèi)者手中。大型發(fā)電廠建在主要城市以外的分散地點(diǎn)，目的是讓能源“下坡”流向消費(fèi)者。

我們現(xiàn)在對(duì)這個(gè)系統(tǒng)的使用已經(jīng)發(fā)生了變化，變得更加分散和復(fù)雜。電力流動(dòng)正變得雙向潮流，迫使電力行業(yè)重新思考電網(wǎng)關(guān)系。哈朱里亞解釋說(shuō)，過(guò)去很清楚誰(shuí)是生產(chǎn)者，誰(shuí)是消費(fèi)者。隨著市場(chǎng)的變化，這些線條變得模糊了。在某些情況下，消費(fèi)者也可以是生產(chǎn)者，這改變了生產(chǎn)者和消費(fèi)者的傳統(tǒng)角色。其中使電網(wǎng)功能更加復(fù)雜的是綠色能源的增長(zhǎng)，與傳統(tǒng)發(fā)電廠穩(wěn)定、受控的輸出相比，綠色能源在本質(zhì)上往往是短暫的。

用電量也在上升。哈朱里亞說(shuō)，隨著越來(lái)越多的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電氣化，如移動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)輸系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施等，我們的用電量預(yù)計(jì)將在未來(lái)十年翻四番。商業(yè)電力也越來(lái)越趨向于數(shù)字化。

“這將推動(dòng)對(duì)更多數(shù)據(jù)中心的需求，”Khajuria說(shuō)。工業(yè)平板電腦廠家 IIoT 解決方案的首席技術(shù)官M(fèi)ike補(bǔ)充說(shuō)，目前的預(yù)測(cè)顯示，到2030年，數(shù)據(jù)中心用電量將增長(zhǎng)3%至10%，這一增長(zhǎng)將對(duì)我們當(dāng)前的電網(wǎng)產(chǎn)生重大影響。

隨著需求的持續(xù)增長(zhǎng)和發(fā)電量的不斷分散，必須朝著一個(gè)可持續(xù)發(fā)電和輸送電力的系統(tǒng)努力。電網(wǎng)正朝著“系統(tǒng)體系”的體系結(jié)構(gòu)發(fā)展，它的智能現(xiàn)在是其最薄弱的環(huán)節(jié)。

堅(jiān)定前行的道路

要向前邁進(jìn)并解決電網(wǎng)格局變化帶來(lái)的挑戰(zhàn)，有兩種選擇。第一建立更多的基礎(chǔ)設(shè)施，但在許多方面的這是很昂貴的，并將需要很多時(shí)間。第二個(gè)也是最好的選擇是依靠新技術(shù)，比如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和邊緣智能。

為了平衡和緩解電網(wǎng)變化帶來(lái)的挑戰(zhàn)，最重要的是需要電力事業(yè)部門(mén)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施現(xiàn)代化，并開(kāi)始通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng),自主決策參與主動(dòng)電網(wǎng)管理。這意味著在變電站中加入邊緣智能，并在邊緣建立現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施。

Khajuria說(shuō)，向電網(wǎng)添加邊緣智能意味著電網(wǎng)將轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋到y(tǒng)體系上的微電網(wǎng)”，比以往任何時(shí)候都更加智能。這種內(nèi)建的情報(bào)將使我們能夠更深入地了解日常運(yùn)作以及未來(lái)將要發(fā)生的事情，學(xué)習(xí)如何實(shí)際地滿足我們世界的需求。將電網(wǎng)數(shù)字化并將邊緣智能應(yīng)用于變電站是一種更環(huán)保、更可持續(xù)的發(fā)展方式。

完成這項(xiàng)任務(wù)的第一個(gè)障礙是所有主要參與者的協(xié)調(diào)，他們必須以同步的方式工作。美國(guó)有3000多家電力公司，構(gòu)成了完整的基礎(chǔ)設(shè)施。這個(gè)龐大而復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)施分別負(fù)責(zé)三大功能：發(fā)電；電力傳輸；以及配電系統(tǒng)。

為了簡(jiǎn)化這一過(guò)程，Khajuria說(shuō)，為了幫助行業(yè)向前發(fā)展，我們應(yīng)該看看物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)在起作用，比如將變電站基礎(chǔ)設(shè)施虛擬化到開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)硬件上?？紤]到變電站的基礎(chǔ)設(shè)施，可以將其看作是一個(gè)筒倉(cāng)中可以有10個(gè)箱子，每個(gè)箱子做10種不同的事情。目前，控制中心并沒(méi)有將這些數(shù)據(jù)合并在一起處理。

將這些功能虛擬化為在共享、開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)硬件上運(yùn)行的軟件，增加了靈活性，并克服了數(shù)據(jù)孤島的限制?，F(xiàn)在，所有應(yīng)用程序都位于虛擬化環(huán)境中的一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施上。所有數(shù)據(jù)都可以在應(yīng)用程序和系統(tǒng)之間輕松共享。這實(shí)現(xiàn)了電力事業(yè)的四大好處：

●隨著所需硬件數(shù)量的減少，減少了資本支出

●應(yīng)用程序的可管理性降低了現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)成本

●系統(tǒng)安全

●全方位的易操作性

據(jù)Khajuria稱，在edge實(shí)施虛擬化解決方案的電力事業(yè)公司發(fā)現(xiàn)，他們可以節(jié)省高達(dá)70%的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)成本。

現(xiàn)代網(wǎng)格中使用的大量關(guān)鍵和非關(guān)鍵設(shè)備已經(jīng)具備了利用虛擬化優(yōu)勢(shì)的能力。經(jīng)驗(yàn)證的用例包括：可降低操作和維護(hù)成本的遠(yuǎn)程可訪問(wèn)性、用于快速安裝軟件補(bǔ)丁和升級(jí)的已部署資產(chǎn)的管理，等等。

在虛擬化網(wǎng)格中，大多數(shù)資產(chǎn)由駐留在稱為“容器”或虛擬機(jī)的虛擬化元素中的特定軟件控制。這些資產(chǎn)將數(shù)據(jù)向上游送入運(yùn)行大量容器的邊緣計(jì)算平臺(tái)。然后這些數(shù)據(jù)進(jìn)一步向上游傳輸?shù)椒稚⒌倪吘壏?wù)器，這些服務(wù)器訪問(wèn)共享存儲(chǔ)技術(shù)以提供對(duì)整個(gè)網(wǎng)格的控制。這個(gè)模式需要三個(gè)關(guān)鍵元素：網(wǎng)絡(luò)、物理層（要虛擬化的硬件）和軟件體系結(jié)構(gòu)。

如何在邊緣使用ADMS

一旦構(gòu)建了虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施并且所有數(shù)據(jù)都可以訪問(wèn)，下一步就是開(kāi)始使用這些數(shù)據(jù)提取智能，例如故障原因、預(yù)測(cè)性維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)異常等。變電站中的邊緣智能支持高級(jí)配電管理系統(tǒng)（ADMS）。變電站現(xiàn)在可以收集數(shù)據(jù)，完成負(fù)載隔離，獲得必要的附加信息，并可以開(kāi)始分析每個(gè)饋線及其當(dāng)前狀態(tài)。

一旦收集并存儲(chǔ)了所有信息和行為，就可以基于高級(jí)分析構(gòu)建計(jì)劃。當(dāng)電網(wǎng)變成一個(gè)“系統(tǒng)的體系”時(shí)，每個(gè)變電站都變得智能化，并最終管理自己，向控制中心提供所需的信息。

例如，查看天氣預(yù)報(bào)和變電站概況，可以看到任何給定時(shí)間內(nèi)消耗的局部能源量和可再生能源產(chǎn)生的能源量。在這個(gè)例子中，假設(shè)從上午9點(diǎn)到下午2點(diǎn)，消費(fèi)者消耗的所有能源的80%都是由可再生能源產(chǎn)生的。如果是這樣的話，那么電力公司只需要少量的能源。在這個(gè)例子中，到下午3點(diǎn)，當(dāng)?shù)氐哪茉串a(chǎn)量將下降到20%。如果是這樣的話，那么你需要在這個(gè)時(shí)候在電網(wǎng)開(kāi)始增加80%的電力供應(yīng)。控制中心在下午2點(diǎn)前知道，它必須開(kāi)啟渦輪機(jī)發(fā)電，并開(kāi)始供電。換句話說(shuō)，現(xiàn)在可以看到一個(gè)模式，它允許主動(dòng)電網(wǎng)管理的實(shí)踐。