当电网用上边缘计算，将会有哪些好处？未来的数字电网到底需要什么

2022-11-02 14:45:52  信息编号：K225893  浏览次数：169

如果商业组织要扰乱现有市场并创造新的增长机会，创新至关重要。在这方面，能源行业也不例外。

采用新的边缘计算解决方案即将造成这种颠覆。最新一代的解决方案是软件定义的，能够进行多模操作，并且与OT协议无关。

这些解决方案正在取代传统的控制和监控系统，这些系统通常以硬件为中心且孤立无序。相反，在商用硬件上运行的灵活边缘系统现在正在跨电力行业用例进行部署。它们包括可再生能源发电，电池储能系统和分布式智能电网控制。

未来的数字电网

电网已经经历了一个变革过程，这是由数字化的需求驱动的，以支持更高的效率和响应能力。这是必需的，因为运营商必须处理的电网复杂性日益增加。它源于整合新能源以及以分布式方式产生和储存能源的需要。

推动这一变化的其他因素包括发电机、分销商和能源技术公司需要在竞争日益激烈的市场中提供新产品和服务。同样重要的是，监管机构和消费者都必须改善对最新运营和商业信息的获取。

当与跨子系统的更高智能相结合时，跨运营的电网资产数字化对于帮助管理这种复杂性至关重要。

对边缘计算的需求

能够支持开放、可配置和可管理软件架构的边缘计算解决方案已经开始取代传统的控制和监控系统。

边缘计算在变电站和电网中的现场资产级别引入本地计算资源。它使处理能力和存储更接近需要的地方。它还通过使系统更易于维护和更新来帮助提高可扩展性、响应时间和运营成本。

通过在本地处理从连接的电网资产生成的大部分数据，用户将看到与将不断增长的OT数据运送到云中的数据中心相关的网络带宽成本显着降低。通过实现分散的自主操作，电网的故障弹性得到改善。

边缘计算正在实现新一代智能应用程序，这些应用程序可以利用人工智能（AI）和机器学习（ML）的最新进展。它为OT世界带来了云计算的许多好处，例如容器化，虚拟化和现代应用程序编排和更新方法。

这使得通过利用商用边缘硬件更新现有系统或部署新应用程序变得更加容易 - 当然，与基于专用硬件（例如PLC和PAC）的传统方法相比。重要的是，在升级过程中，完全更换系统部件的需要较少，这既昂贵又耗时。

智能电网推动中国边缘计算创新

创新研究公司GreyB提供的与边缘计算有关的最新专利申请数据显示，中国产业界正利用其庞大的5G基础设施以巨大的效果推动创新。该公司首席研究员苏桑特·库玛尔认为，虽然专利数量只是一个国家创新的指标之一，但当与其他因素相结合时，它们也可揭示创新的步伐和目标。

自2021年第一季度末以来，边缘计算专利申请最多的十大组织中，有7家位于中国。中国国家电网公司申请的专利最多，共有456项，其次是广东电网公司和美国芯片制造商英特尔。

这表明，中国对智能电网的追求有助于解释其在边缘计算方面的进步。2016年，中国发布了《“十三五”国家科技创新规划》，要求在包括智能电网在内的众多战略技术领域成为全球领导者。

这一雄心壮志的结果可在包括中国东部港口城市青岛在内的城市中看到，中国“最大的5G智能电网”据称可“在几毫秒内消除配电线路的故障”，并显著降低5G基站的功耗。

“由于其陆地面积，中国拥有世界上最大的电网系统，因此它需要数十亿台设备和高压线路来提供电力。”边缘计算服务提供商江行智能创始人刘江川教授解释说，“如果你考虑实时监测这些电力线，如果你想对这些电网系统进行现代化改造并使其成为可靠的能源，边缘计算将发挥非常重要的作用。”

刘江川解释说，国家电网最重要的创新之一是提高能源网络在戈壁沙漠等恶劣环境中的弹性。“过去，你必须将人员送到这些偏远地区来维护网络，但今天，人们正试图用由边缘计算驱动的实时监测系统取代使用电池的老化监测设备。”

边缘计算让电网更智能

在数据量激增的同时，传统电网的转型还受一些其他因素的影响，如发电方式、用电方式等。针对电网中所存在的上述数据问题，近几年引入了云计算来进行数据处理，但云计算有其劣势，如传输成本高、实时性差等，为解决这些问题，将边缘计算引入智能电网中成为了一种必然的趋势，将边缘计算应用到智能电网有以下3个优势。

1）改善性能。通过边缘计算，可以在几毫秒内分析和处理边缘收集到的数据。例如在风电场中，若风速和风向发生变化，边缘计算软件可以实时地分析这些数据，并调整涡轮机以优化整个风电场的生产，并且只有进行过融合的数据才会被发送到云端，这就大大降低了通信带宽并缩短了数据传输时间。此外，涡轮机在工作周期内会产生万亿字节的数据，将这些数据发送到云端后进行分析，在技术上是可行的，但其日常操作成本太高。通过边缘计算，用户最终可以从涡轮机捕获流式数据并实时处理，以防止意外停机并延长设备寿命，同时可以将数据集缩减到更易于管理的大小以便传输到云端。

2）保证数据安全和隐私。边缘计算将计算迁移至靠近设备的地方，避免了将数据上传至云端，这样可以大大降低隐私数据在传输过程中泄露或损坏的可能性。

3）减少操作成本。云计算的连接性、数据迁移、带宽和延迟特性造成云计算的使用成本非常昂贵，而边缘计算通过降低带宽要求和延迟可以大大减少运行时的成本。边缘计算是解决电网中所存在数据激增问题的最好方法之一，而智能电网也被认为是边缘计算的最佳落地场景之一。全球已经进行了十余年的智能电网建设，随着新技术的不断应用，智能电网的内涵也在不断发展。在我国，2019年，国家电网有限公司提出要求全面加快泛在电力物联网建设的战略部署。2021年，国家电网有限公司发布了其行动方案，其中要求推动电网向能源互联网，着力打造清洁能源优化配置平台。伴随着国家一系列战略部署的实施，建立泛在电力物联网已经成为一种必然趋势，而边缘计算是其重要载体。

边缘计算技术已经与智能电网产生了较为紧密的结合，在智能发电、智能输变电、智能配电和智能用电等方面，都已开始逐步搭建基础性框架和实现简单的应用。边缘计算是物联网发展的产物，想要实现万物互联就离不开边缘计算，因此想要建设完备的泛在电力物联网体系就必须引入边缘计算。总体来说，现阶段电网中对边缘计算的应用还处在初步阶段，主要集中在理论性框架的设计和简单的边缘应用，还未形成完整的体系结构，而随着技术研究的飞速发展，边缘计算会在电网中实现越来越重要的作用。