北(běi)美電網基礎設施對經濟至關重要，是我(wǒ)們擁有的比較大(dà)的分(fēn)布式電氣化基礎設施。但是，簡單地說，它是舊(jiù)的。随着世界的變化，這個系統變得越來越分(fēn)散和複雜(zá)，電力流也變得雙向潮流。如何處理它?我(wǒ)們如何使這個龐大(dà)的基礎設施現代化?

所需改變的緊迫性

在過去(qù)的幾十年裏，電能的世界發生(shēng)了巨大(dà)的變化，這種變化已經超過了100多年前設計的電網本身的最初設計要求。這引起了人們對北(běi)美電力基礎設施現代化的日益關注和緊迫感。

據智能基礎設施領域的全球領頭羊、英特爾的Prithpal Khajuria稱，電網已經變得更加雙向潮流，這是它最初設計時無法處理的。電網的設計目的是将電力産品從電力事業公司輸送到消費(fèi)者手中(zhōng)。大(dà)型發電廠建在主要城市以外(wài)的分(fēn)散地點，目的是讓能源“下(xià)坡”流向消費(fèi)者。

我(wǒ)們現在對這個系統的使用已經發生(shēng)了變化，變得更加分(fēn)散和複雜(zá)。電力流動正變得雙向潮流，迫使電力行業重新思考電網關系。哈朱裏亞解釋說，過去(qù)很清楚誰是生(shēng)産者，誰是消費(fèi)者。随着市場的變化，這些線條變得模糊了。在某些情況下(xià)，消費(fèi)者也可以是生(shēng)産者，這改變了生(shēng)産者和消費(fèi)者的傳統角色。其中(zhōng)使電網功能更加複雜(zá)的是綠色能源的增長，與傳統發電廠穩定、受控的輸出相比，綠色能源在本質上往往是短暫的。

用電量也在上升。哈朱裏亞說，随着越來越多的基礎設施系統實現電氣化，如移動基礎設施、運輸系統基礎設施等，我(wǒ)們的用電量預計将在未來十年翻四番。商(shāng)業電力也越來越趨向于數字化。

“這将推動對更多數據中(zhōng)心的需求，”Khajuria說。工(gōng)業平闆電腦廠家 IIoT 解決方案的首席技術官Mike補充說，目前的預測顯示，到2030年，數據中(zhōng)心用電量将增長3%至10%，這一(yī)增長将對我(wǒ)們當前的電網産生(shēng)重大(dà)影響。

随着需求的持續增長和發電量的不斷分(fēn)散，必須朝着一(yī)個可持續發電和輸送電力的系統努力。電網正朝着“系統體(tǐ)系”的體(tǐ)系結構發展，它的智能現在是其最薄弱的環節。

堅定前行的道路

要向前邁進并解決電網格局變化帶來的挑戰，有兩種選擇。第一(yī)建立更多的基礎設施，但在許多方面的這是很昂貴的，并将需要很多時間。第二個也是最好的選擇是依靠新技術，比如物(wù)聯網技術和邊緣智能。

爲了平衡和緩解電網變化帶來的挑戰，最重要的是需要電力事業部門開(kāi)始實現基礎設施現代化，并開(kāi)始通過數據驅動,自主決策參與主動電網管理。這意味着在變電站中(zhōng)加入邊緣智能，并在邊緣建立現代基礎設施。

Khajuria說，向電網添加邊緣智能意味着電網将轉變爲“系統體(tǐ)系上的微電網”，比以往任何時候都更加智能。這種内建的情報将使我(wǒ)們能夠更深入地了解日常運作以及未來将要發生(shēng)的事情，學習如何實際地滿足我(wǒ)們世界的需求。将電網數字化并将邊緣智能應用于變電站是一(yī)種更環保、更可持續的發展方式。

完成這項任務的第一(yī)個障礙是所有主要參與者的協調，他們必須以同步的方式工(gōng)作。美國有3000多家電力公司，構成了完整的基礎設施。這個龐大(dà)而複雜(zá)的基礎設施分(fēn)别負責三大(dà)功能：發電;電力傳輸;以及配電系統。

爲了簡化這一(yī)過程，Khajuria說，爲了幫助行業向前發展，我(wǒ)們應該看看物(wù)聯網技術已經在起作用，比如将變電站基礎設施虛拟化到開(kāi)放(fàng)式體(tǐ)系結構硬件上。考慮到變電站的基礎設施，可以将其看作是一(yī)個筒倉中(zhōng)可以有10個箱子，每個箱子做10種不同的事情。目前，控制中(zhōng)心并沒有将這些數據合并在一(yī)起處理。

将這些功能虛拟化爲在共享、開(kāi)放(fàng)式體(tǐ)系結構硬件上運行的軟件，增加了靈活性，并克服了數據孤島的限制。現在，所有應用程序都位于虛拟化環境中(zhōng)的一(yī)個基礎設施上。所有數據都可以在應用程序和系統之間輕松共享。這實現了電力事業的四大(dà)好處：

●随着所需硬件數量的減少，減少了資(zī)本支出

●應用程序的可管理性降低了現場維護成本

●系統安全

●全方位的易操作性

據Khajuria稱，在edge實施虛拟化解決方案的電力事業公司發現，他們可以節省高達70%的運營和維護成本。

現代網格中(zhōng)使用的大(dà)量關鍵和非關鍵設備已經具備了利用虛拟化優勢的能力。經驗證的用例包括：可降低操作和維護成本的遠程可訪問性、用于快速安裝軟件補丁和升級的已部署資(zī)産的管理，等等。

在虛拟化網格中(zhōng)，大(dà)多數資(zī)産由駐留在稱爲“容器”或虛拟機的虛拟化元素中(zhōng)的特定軟件控制。這些資(zī)産将數據向上遊送入運行大(dà)量容器的邊緣計算平台。然後這些數據進一(yī)步向上遊傳輸到分(fēn)散的邊緣服務器，這些服務器訪問共享存儲技術以提供對整個網格的控制。這個模式需要三個關鍵元素：網絡、物(wù)理層(要虛拟化的硬件)和軟件體(tǐ)系結構。

如何在邊緣使用ADMS

一(yī)旦構建了虛拟化基礎設施并且所有數據都可以訪問，下(xià)一(yī)步就是開(kāi)始使用這些數據提取智能，例如故障原因、預測性維護、網絡異常等。變電站中(zhōng)的邊緣智能支持高級配電管理系統(ADMS)。變電站現在可以收集數據，完成負載隔離(lí)，獲得必要的附加信息，并可以開(kāi)始分(fēn)析每個饋線及其當前狀态。

一(yī)旦收集并存儲了所有信息和行爲，就可以基于高級分(fēn)析構建計劃。當電網變成一(yī)個“系統的體(tǐ)系”時，每個變電站都變得智能化，并最終管理自己，向控制中(zhōng)心提供所需的信息。

例如，查看天氣預報和變電站概況，可以看到任何給定時間内消耗的局部能源量和可再生(shēng)能源産生(shēng)的能源量。在這個例子中(zhōng)，假設從上午9點到下(xià)午2點，消費(fèi)者消耗的所有能源的80%都是由可再生(shēng)能源産生(shēng)的。如果是這樣的話(huà)，那麽電力公司隻需要少量的能源。在這個例子中(zhōng)，到下(xià)午3點，當地的能源産量将下(xià)降到20%。如果是這樣的話(huà)，那麽你需要在這個時候在電網開(kāi)始增加80%的電力供應。控制中(zhōng)心在下(xià)午2點前知(zhī)道，它必須開(kāi)啓渦輪機發電，并開(kāi)始供電。換句話(huà)說，現在可以看到一(yī)個模式，它允許主動電網管理的實踐。