北美電網(wǎng)基礎設施對經(jīng)濟至關重要，是我們擁有的最大的分布式電氣化基礎設施。但是，簡單地說，它是舊的。隨著世界的變化，這個系統(tǒng)變得越來越分散和復雜，電力流也變得雙向潮流。如何處理它？我們?nèi)绾问惯@個龐大的基礎設施現(xiàn)代化？

所需改變的緊迫性

在過去的幾十年里，電能的世界發(fā)生了巨大的變化，這種變化已經(jīng)超過了100多年前設計的電網(wǎng)本身的最初設計要求。這引起了人們對北美電力基礎設施現(xiàn)代化的日益關注和緊迫感。

據(jù)智能基礎設施領域的全球領頭羊、英特爾的Prithpal Khajuria稱，電網(wǎng)已經(jīng)變得更加雙向潮流，這是它最初設計時無法處理的。電網(wǎng)的設計目的是將電力產(chǎn)品從電力事業(yè)公司輸送到消費者手中。大型發(fā)電廠建在主要城市以外的分散地點，目的是讓能源“下坡”流向消費者。

我們現(xiàn)在對這個系統(tǒng)的使用已經(jīng)發(fā)生了變化，變得更加分散和復雜。電力流動正變得雙向潮流，迫使電力行業(yè)重新思考電網(wǎng)關系。哈朱里亞解釋說，過去很清楚誰是生產(chǎn)者，誰是消費者。隨著市場的變化，這些線條變得模糊了。在某些情況下，消費者也可以是生產(chǎn)者，這改變了生產(chǎn)者和消費者的傳統(tǒng)角色。其中使電網(wǎng)功能更加復雜的是綠色能源的增長，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，隨著越來越多的基礎設施系統(tǒng)實現(xiàn)電氣化，如移動基礎設施、運輸系統(tǒng)基礎設施等，我們的用電量預計將在未來十年翻四番。商業(yè)電力也越來越趨向于數(shù)字化。

“這將推動對更多數(shù)據(jù)中心的需求，”Khajuria說。工業(yè)平板電腦廠家 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(shù)據(jù)中心用電量將增長3%至10%，這一增長將對我們當前的電網(wǎng)產(chǎn)生重大影響。

隨著需求的持續(xù)增長和發(fā)電量的不斷分散，必須朝著一個可持續(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)。

堅定前行的道路

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

為了平衡和緩解電網(wǎng)變化帶來的挑戰(zhàn)，最重要的是需要電力事業(yè)部門開始實現(xiàn)基礎設施現(xiàn)代化，并開始通過數(shù)據(jù)驅(qū)動,自主決策參與主動電網(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)代基礎設施。

Khajuria說，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)”，比以往任何時候都更加智能。這種內(nèi)建的情報將使我們能夠更深入地了解日常運作以及未來將要發(fā)生的事情，學習如何實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。

完成這項任務的第一個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。美國有3000多家電力公司，構(gòu)成了完整的基礎設施。這個龐大而復雜的基礎設施分別負責三大功能：發(fā)電；電力傳輸；以及配電系統(tǒng)。

為了簡化這一過程，Khajuria說，為了幫助行業(yè)向前發(fā)展，我們應該看看物聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)在起作用，比如將變電站基礎設施虛擬化到開放式體系結(jié)構(gòu)硬件上。考慮到變電站的基礎設施，可以將其看作是一個筒倉中可以有10個箱子，每個箱子做10種不同的事情。目前，控制中心并沒有將這些數(shù)據(jù)合并在一起處理。

將這些功能虛擬化為在共享、開放式體系結(jié)構(gòu)硬件上運行的軟件，增加了靈活性，并克服了數(shù)據(jù)孤島的限制?，F(xiàn)在，所有應用程序都位于虛擬化環(huán)境中的一個基礎設施上。所有數(shù)據(jù)都可以在應用程序和系統(tǒng)之間輕松共享。這實現(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

●應用程序的可管理性降低了現(xiàn)場維護成本

●系統(tǒng)安全

●全方位的易操作性

據(jù)Khajuria稱，在edge實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70%的運營和維護成本。

現(xiàn)代網(wǎng)格中使用的大量關鍵和非關鍵設備已經(jīng)具備了利用虛擬化優(yōu)勢的能力。經(jīng)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)向上游送入運行大量容器的邊緣計算平臺。然后這些數(shù)據(jù)進一步向上游傳輸?shù)椒稚⒌倪吘壏掌?，這些服務器訪問共享存儲技術以提供對整個網(wǎng)格的控制。這個模式需要三個關鍵元素：網(wǎng)絡、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)建了虛擬化基礎設施并且所有數(shù)據(jù)都可以訪問，下一步就是開始使用這些數(shù)據(jù)提取智能，例如故障原因、預測性維護、網(wǎng)絡異常等。變電站中的邊緣智能支持高級配電管理系統(tǒng)（ADMS）。變電站現(xiàn)在可以收集數(shù)據(jù)，完成負載隔離，獲得必要的附加信息，并可以開始分析每個饋線及其當前狀態(tài)。

一旦收集并存儲了所有信息和行為，就可以基于高級分析構(gòu)建計劃。當電網(wǎng)變成一個“系統(tǒng)的體系”時，每個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，查看天氣預報和變電站概況，可以看到任何給定時間內(nèi)消耗的局部能源量和可再生能源產(chǎn)生的能源量。在這個例子中，假設從上午9點到下午2點，消費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。在這個例子中，到下午3點，當?shù)氐哪茉串a(chǎn)量將下降到20%。如果是這樣的話，那么你需要在這個時候在電網(wǎng)開始增加80%的電力供應。控制中心在下午2點前知道，它必須開啟渦輪機發(fā)電，并開始供電。換句話說，現(xiàn)在可以看到一個模式，它允許主動電網(wǎng)管理的實踐。