在融合北斗通信、人工智能等技術(shù)基礎(chǔ)上，全息數(shù)字電網(wǎng)可實現(xiàn)從電網(wǎng)建設(shè)到后期巡檢、故障處理等全周期、全方位、全流程數(shù)字化管控。
工作人員實時觀測無人機自動巡檢作業(yè)情況(何磊靜/攝)
在南京，隨著最后一條輸電線路數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)，一張覆蓋億千瓦級負荷的全息數(shù)字電網(wǎng)全面構(gòu)建完成。
作為全國用電負荷較大的省份之一，江蘇全社會用電量穩(wěn)定增長。以2022年為例，江蘇迎峰度夏期間最高負荷達1.3億千瓦，負荷“破億”天數(shù)達44天。為確保能源供應(yīng)安全，國網(wǎng)江蘇省電力有限公司歷經(jīng)2年，于今年初建成了國內(nèi)首個全息數(shù)字電網(wǎng)。
這張全息數(shù)字電網(wǎng)覆蓋10萬公里架空輸電線路、28萬座輸電桿塔以及地形地貌地物等數(shù)據(jù)，將真實電網(wǎng)在數(shù)字空間以數(shù)字孿生的方式，一比一三維立體還原和全景式呈現(xiàn)，也是全球首次對億千瓦級負荷大電網(wǎng)進行全息數(shù)字化呈現(xiàn)。
《瞭望東方周刊》記者深入多方采訪了解到，在融合北斗通信、人工智能等技術(shù)基礎(chǔ)上，全息數(shù)字電網(wǎng)可實現(xiàn)從電網(wǎng)建設(shè)到后期巡檢、故障處理等全周期、全方位、全流程數(shù)字化管控。
裝上“千里眼”，精度達厘米
在長江江陰段江面上空300多米處，一架四翼無人機正按照規(guī)劃航線緩緩飛行、盤旋拍照，開展輸電桿塔相關(guān)線路的自動巡檢任務(wù)。
“這相當(dāng)于給整個江蘇電網(wǎng)裝上了‘千里眼’，坐在監(jiān)控室里就可以看到電網(wǎng)的細微變化。”國網(wǎng)江蘇電力設(shè)備管理部副主任吳強介紹，在全息數(shù)字電網(wǎng)中，每一座電力桿塔都設(shè)有20個以上無人機巡檢點位，具有自動規(guī)劃、一鍵自主飛行、全程實時監(jiān)控、遇險自動規(guī)避等功能。
以前，電力巡檢作業(yè)普遍應(yīng)用二維地理信息系統(tǒng)，僅有經(jīng)緯坐標。而現(xiàn)在，作業(yè)無人機的飛行軌跡、飛行狀態(tài)、拍攝畫面都可實時展現(xiàn)、動態(tài)跟蹤，巡檢人員足不出戶，即可實時掌握無人機的適航區(qū)域、被檢設(shè)備、巡檢影像等現(xiàn)場實際工況，定量分析樹障等輸電通道安全風(fēng)險。
據(jù)介紹，無人機自主完成一座桿塔的全面巡檢僅需約6分鐘，比人工操作無人機巡檢耗時減少一半，效率比傳統(tǒng)人工巡檢提升6倍，極大提高了電力線路運行檢修水平和效率，進一步推動了電網(wǎng)巡檢從“少人化”向“無人化”發(fā)展。
同時，巡檢無人機嵌入了電力北斗地圖導(dǎo)航和前端識別模塊，巡檢作業(yè)結(jié)束后，圖片會自動上傳至管控平臺，通過人工智能算法對圖像進行精準識別。
“哪怕出現(xiàn)只有指甲蓋大小的螺帽裂紋等細小隱患，都可以及時被精準發(fā)現(xiàn)。”該全息數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)單位、江蘇方天電力技術(shù)有限公司副總經(jīng)理姜海波表示，全息數(shù)字電網(wǎng)精度達到厘米級，便于運檢人員“靶向治療”，迅速且精準消除隱患。
無人機正在進行三維激光點云數(shù)據(jù)采集(何磊靜/攝)
數(shù)字孿生，實現(xiàn)主動安全
今年2月25日，在蘇州220千伏昭文—新港線路改造現(xiàn)場，一架無人機按照全息數(shù)字電網(wǎng)規(guī)劃的飛行航線自主開展飛行，而遠在南京的國網(wǎng)江蘇電力工程咨詢公司工程技術(shù)部專職毛元峰，通過實時回傳的圖像即時對現(xiàn)場進行安全巡查。
“傳統(tǒng)模式下，我們至少需要5名監(jiān)理人員在現(xiàn)場實施安全管控。”國網(wǎng)江蘇電力工程咨詢公司工程技術(shù)部副主任唐自強表示，電網(wǎng)工程往往點多面廣，部分塔基位于山地、魚塘等特殊地理位置，給現(xiàn)場安全管控帶來一定難度。
“現(xiàn)在有了全息數(shù)字電網(wǎng)，遠程就可以給無人機下達作業(yè)指令，實時自主開展安全督查、質(zhì)量驗收、進度核查等工作，掃清高空視覺盲區(qū)和死角，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，現(xiàn)場僅需留1個人盯著就行。”唐自強說。
據(jù)介紹，依托人工智能算法，平臺會精準分析實時回傳的圖像，判別施工缺陷和違章行為，比對工程進度并形成巡查報告，方便建設(shè)管理和監(jiān)理單位使用。
“如果說數(shù)字電網(wǎng)是數(shù)字能源的現(xiàn)代化底座和數(shù)據(jù)‘骨架’，那么人工智能技術(shù)就是它的‘眼睛’，算法分析技術(shù)則是‘大腦’。”吳強說，數(shù)字技術(shù)加速了電網(wǎng)信息化建設(shè)進程，通過“數(shù)據(jù)+算力+算法”，全息數(shù)字電網(wǎng)實現(xiàn)了虛擬電網(wǎng)與現(xiàn)實電網(wǎng)的深度感知交互與雙向智慧控制。
依托全息數(shù)字電網(wǎng)，江蘇已實現(xiàn)大規(guī)模無人機巡檢協(xié)同應(yīng)用與智能管控，可以支持上千架無人機同時作業(yè)。在全息數(shù)字電網(wǎng)探索建設(shè)的過程中，成果已初步顯現(xiàn)：2022年，江蘇電網(wǎng)無人機自主巡檢作業(yè)量超過52萬架次，提前發(fā)現(xiàn)并消除輸電桿塔缺陷及通道隱患4.2萬處，嚴重缺陷發(fā)現(xiàn)率提升約3倍，全年節(jié)約電網(wǎng)運維成本約2億元。
與真實電網(wǎng)同步“成長”
多位電力領(lǐng)域?qū)＜冶硎?，全息?shù)字電網(wǎng)是一個高精度的三維數(shù)字“沙盤”，管理人員可以在三維桿塔線路模型的基礎(chǔ)上開展帶電作業(yè)仿真，全面保障作業(yè)過程人員、電力設(shè)施設(shè)備的雙重安全。
在進行設(shè)備和線路檢修時，工作人員可以根據(jù)作業(yè)規(guī)范要求、電氣安全間隙要求，實現(xiàn)故障輔助診斷，根據(jù)分布式故障診斷測距系統(tǒng)，定位故障點位置。
值得一提的是，作為物理電網(wǎng)的“數(shù)字孿生”形態(tài)，全息數(shù)字電網(wǎng)并非一成不變，而是會與真實電網(wǎng)同步“成長”。
在國網(wǎng)江蘇電力無人機巡檢管控中心大屏上可看到，依托電網(wǎng)各類仿真計算模型和專家診斷分析算法，數(shù)字空間的“電力設(shè)備”會隨真實世界的電力設(shè)備一起逐步老化，輸電線路周圍的樹木在不同季節(jié)會呈現(xiàn)不同生長速度，技術(shù)人員還可一鍵模擬大風(fēng)雨雪等天氣場景，提前研判氣象災(zāi)害對于電力設(shè)施的影響。
線路狀態(tài)以三維圖像直觀展示，各類風(fēng)險隱患用不同顏色警示圖標標出，為電網(wǎng)細化防災(zāi)減災(zāi)、災(zāi)后恢復(fù)的預(yù)案措施提供準確依據(jù)。全息數(shù)字電網(wǎng)的建成，預(yù)計可將電網(wǎng)故障處理時間再縮短約10%。
“依托全息數(shù)字電網(wǎng)，可有效掌握電網(wǎng)中各類電力資源的狀態(tài)及動向，有效提升安全隱患、線路故障的發(fā)現(xiàn)能力和應(yīng)急處置能力，助力‘被動運維’向‘主動運維’轉(zhuǎn)變，可為電力穩(wěn)定供應(yīng)提供堅強保障，為電力資源的合理利用及優(yōu)化配置提供技術(shù)支撐。”南京郵電大學(xué)教授、國家電網(wǎng)有限公司智能用電互動技術(shù)實驗室學(xué)術(shù)專家委員會委員高輝說。
賦能新業(yè)態(tài)
隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)步伐加快，電網(wǎng)運行模式正發(fā)生深刻變化。
此前，國網(wǎng)江蘇電力已打造全球最大的電力無線專網(wǎng)，接入各類終端30萬個，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺支持全省千萬級終端分鐘級感知數(shù)據(jù)自動采集和分發(fā)。
此番，全息數(shù)字電網(wǎng)的觸角從空中架設(shè)的輸電線路，延伸到田間地頭、工廠商圈和千家萬戶。
吳強稱，全息數(shù)字電網(wǎng)將賦能更多的數(shù)字經(jīng)濟新業(yè)態(tài)。
比如，運用全息數(shù)字電網(wǎng)中定位精度達到厘米級的三維坐標，人們可以通過“數(shù)字電網(wǎng)+人工智能+算法+5G+北斗地圖導(dǎo)航”，規(guī)劃最優(yōu)路徑，助力汽車的自動駕駛。當(dāng)新能源汽車需要充電時，用戶則可以從基于全息數(shù)字電網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)平臺上掌握充電網(wǎng)絡(luò)信息和狀態(tài)，獲取最佳充電位置，讓出行更加便利。
高輝表示，全息數(shù)字電網(wǎng)還可以極大豐富日常家庭的用電體驗。
“供電服務(wù)人員可以根據(jù)需求信息提前規(guī)劃、上門勘查，為用戶量身定制供電方案，人們也可以通過手機或智能穿戴設(shè)備實時查看用電情況，了解電網(wǎng)工作狀態(tài)。一旦發(fā)生用電故障時，可以實時了解搶修人員或巡檢無人機的行進軌跡和搶修進度，生活用電狀態(tài)盡在指尖呈現(xiàn)。”高輝說。
總之，作為新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要試點，全息數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)為我國乃至全世界通過數(shù)字技術(shù)提升電網(wǎng)安全運行水平貢獻了新方案，也為如何將數(shù)字技術(shù)融合應(yīng)用于經(jīng)濟、社會多領(lǐng)域提供了借鑒參考。
《瞭望東方周刊》記者何磊靜
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