探訪全息數(shù)字電網(wǎng)

工作人員實(shí)時(shí)觀測(cè)無(wú)人機(jī)自動(dòng)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(jí)負(fù)荷的全息數(shù)字電網(wǎng)全面構(gòu)建完成。

作為全國(guó)用電負(fù)荷較大的省份之一，江蘇全社會(huì)用電量穩(wěn)定增長(zhǎng)。以2022年為例，江蘇迎峰度夏期間最高負(fù)荷達(dá)1.3億千瓦，負(fù)荷“破億”天數(shù)達(dá)44天。為確保能源供應(yīng)安全，國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司歷經(jīng)2年，于今年初建成了國(guó)內(nèi)首個(gè)全息數(shù)字電網(wǎng)。

這張全息數(shù)字電網(wǎng)覆蓋10萬(wàn)公里架空輸電線路、28萬(wàn)座輸電桿塔以及地形地貌地物等數(shù)據(jù)，將真實(shí)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(duì)億千瓦級(jí)負(fù)荷大電網(wǎng)進(jìn)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(shí)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。

依托電網(wǎng)各類仿真計(jì)算模型和專家診斷分析算法，數(shù)字空間的電力設(shè)備和真實(shí)世界的一樣會(huì)逐步老化，輸電線路周圍的樹(shù)木在不同季節(jié)會(huì)呈現(xiàn)不同生長(zhǎng)速度，技術(shù)人員還可一鍵模擬大風(fēng)雨雪等天氣場(chǎng)景，提前研判氣象災(zāi)害對(duì)于電力設(shè)施的影響。

在長(zhǎng)江江陰段江面上空300多米處，一架四翼無(wú)人機(jī)正按照規(guī)劃航線緩緩飛行、盤旋拍照，開(kāi)展輸電桿塔相關(guān)線路的自動(dòng)巡檢任務(wù)。

“這相當(dāng)于給整個(gè)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(xì)微變化?！眹?guó)網(wǎng)江蘇電力設(shè)備管理部副主任吳強(qiáng)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(gè)以上無(wú)人機(jī)巡檢點(diǎn)位，具有自動(dòng)規(guī)劃、一鍵自主飛行、全程實(shí)時(shí)監(jiān)控、遇險(xiǎn)自動(dòng)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(biāo)。而現(xiàn)在，作業(yè)無(wú)人機(jī)的飛行軌跡、飛行狀態(tài)、拍攝畫面都可實(shí)時(shí)展現(xiàn)、動(dòng)態(tài)跟蹤，巡檢人員足不出戶，即可實(shí)時(shí)掌握無(wú)人機(jī)的適航區(qū)域、被檢設(shè)備、巡檢影像等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，定量分析樹(shù)障等輸電通道安全風(fēng)險(xiǎn)。

據(jù)介紹，無(wú)人機(jī)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(wú)人機(jī)巡檢耗時(shí)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(yùn)行檢修水平和效率，進(jìn)一步推動(dòng)了電網(wǎng)巡檢從“少人化”向“無(wú)人化”發(fā)展。

同時(shí)，巡檢無(wú)人機(jī)嵌入了電力北斗地圖導(dǎo)航和前端識(shí)別模塊，巡檢作業(yè)結(jié)束后，圖片會(huì)自動(dòng)上傳至管控平臺(tái)，通過(guò)人工智能算法對(duì)圖像進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別。

“哪怕出現(xiàn)只有指甲蓋大小的螺帽裂紋等細(xì)小隱患，都可以及時(shí)被精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)?！痹撊?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(dá)到厘米級(jí)，便于運(yùn)檢人員“靶向治療”，迅速且精準(zhǔn)消除隱患。

今年2月25日，在蘇州220千伏昭文—新港線路改造現(xiàn)場(chǎng)，一架無(wú)人機(jī)按照全息數(shù)字電網(wǎng)規(guī)劃的飛行航線自主開(kāi)展飛行，而遠(yuǎn)在南京的國(guó)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(guò)實(shí)時(shí)回傳的圖像即時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)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(chǎng)實(shí)施安全管控。”國(guó)網(wǎng)江蘇電力工程咨詢公司工程技術(shù)部副主任唐自強(qiáng)表示，電網(wǎng)工程往往點(diǎn)多面廣，部分塔基位于山地、魚塘等特殊地理位置，給現(xiàn)場(chǎng)安全管控帶來(lái)一定難度。

“現(xiàn)在有了全息數(shù)字電網(wǎng)，遠(yuǎn)程就可以給無(wú)人機(jī)下達(dá)作業(yè)指令，實(shí)時(shí)自主開(kāi)展安全督查、質(zhì)量驗(yàn)收、進(jìn)度核查等工作，掃清高空視覺(jué)盲區(qū)和死角，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患，現(xiàn)場(chǎng)僅需留1個(gè)人盯著就行?！碧谱詮?qiáng)說(shuō)。

據(jù)介紹，依托人工智能算法，平臺(tái)會(huì)精準(zhǔn)分析實(shí)時(shí)回傳的圖像，判別施工缺陷和違章行為，比對(duì)工程進(jìn)度并形成巡查報(bào)告，方便建設(shè)管理和監(jiān)理單位使用。

“如果說(shuō)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’?！眳菑?qiáng)說(shuō)，數(shù)字技術(shù)加速了電網(wǎng)信息化建設(shè)進(jìn)程，通過(guò)“數(shù)據(jù)+算力+算法”，全息數(shù)字電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了虛擬電網(wǎng)與現(xiàn)實(shí)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(shí)現(xiàn)大規(guī)模無(wú)人機(jī)巡檢協(xié)同應(yīng)用與智能管控，可以支持上千架無(wú)人機(jī)同時(shí)作業(yè)。在全息數(shù)字電網(wǎng)探索建設(shè)的過(guò)程中，成果已初步顯現(xiàn)：2022年，江蘇電網(wǎng)無(wú)人機(jī)自主巡檢作業(yè)量超過(guò)52萬(wàn)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(wàn)處，嚴(yán)重缺陷發(fā)現(xiàn)率提升約3倍，全年節(jié)約電網(wǎng)運(yùn)維成本約2億元。

多位電力領(lǐng)域?qū)＜冶硎?，全息?shù)字電網(wǎng)是一個(gè)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(kāi)展帶電作業(yè)仿真，全面保障作業(yè)過(guò)程人員、電力設(shè)施設(shè)備的雙重安全。

在進(jìn)行設(shè)備和線路檢修時(shí)，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(shí)現(xiàn)故障輔助診斷，根據(jù)分布式故障診斷測(cè)距系統(tǒng)，定位故障點(diǎn)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(huì)與真實(shí)電網(wǎng)同步“成長(zhǎng)”。

在國(guó)網(wǎng)江蘇電力無(wú)人機(jī)巡檢管控中心大屏上可看到，依托電網(wǎng)各類仿真計(jì)算模型和專家診斷分析算法，數(shù)字空間的“電力設(shè)備”會(huì)隨真實(shí)世界的電力設(shè)備一起逐步老化，輸電線路周圍的樹(shù)木在不同季節(jié)會(huì)呈現(xiàn)不同生長(zhǎng)速度，技術(shù)人員還可一鍵模擬大風(fēng)雨雪等天氣場(chǎng)景，提前研判氣象災(zāi)害對(duì)于電力設(shè)施的影響。

無(wú)人機(jī)正在進(jìn)行三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集（何磊靜/ 攝）

線路狀態(tài)以三維圖像直觀展示，各類風(fēng)險(xiǎn)隱患用不同顏色警示圖標(biāo)標(biāo)出，為電網(wǎng)細(xì)化防災(zāi)減災(zāi)、災(zāi)后恢復(fù)的預(yù)案措施提供準(zhǔn)確依據(jù)。全息數(shù)字電網(wǎng)的建成，預(yù)計(jì)可將電網(wǎng)故障處理時(shí)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(dòng)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(dòng)運(yùn)維’向‘主動(dòng)運(yùn)維’轉(zhuǎn)變，可為電力穩(wěn)定供應(yīng)提供堅(jiān)強(qiáng)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(guó)家電網(wǎng)有限公司智能用電互動(dòng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)專家委員會(huì)委員高輝說(shuō)。

隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)步伐加快，電網(wǎng)運(yùn)行模式正發(fā)生深刻變化。

此前，國(guó)網(wǎng)江蘇電力已打造全球最大的電力無(wú)線專網(wǎng)，接入各類終端30萬(wàn)個(gè)，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)支持全省千萬(wàn)級(jí)終端分鐘級(jí)感知數(shù)據(jù)自動(dòng)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(wàn)戶。

吳強(qiáng)稱，全息數(shù)字電網(wǎng)將賦能更多的數(shù)字經(jīng)濟(jì)新業(yè)態(tài)。

比如，運(yùn)用全息數(shù)字電網(wǎng)中定位精度達(dá)到厘米級(jí)的三維坐標(biāo)，人們可以通過(guò)“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(dòng)駕駛。當(dāng)新能源汽車需要充電時(shí)，用戶則可以從基于全息數(shù)字電網(wǎng)的車聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)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(yàn)。

“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(guò)手機(jī)或智能穿戴設(shè)備實(shí)時(shí)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(shí)，可以實(shí)時(shí)了解搶修人員或巡檢無(wú)人機(jī)的行進(jìn)軌跡和搶修進(jìn)度，生活用電狀態(tài)盡在指尖呈現(xiàn)。”高輝說(shuō)。

總之，作為新型電力系統(tǒng)建設(shè)的重要試點(diǎn)，全息數(shù)字電網(wǎng)建設(shè)為我國(guó)乃至全世界通過(guò)數(shù)字技術(shù)提升電網(wǎng)安全運(yùn)行水平貢獻(xiàn)了新方案，也為如何將數(shù)字技術(shù)融合應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)、社會(huì)多領(lǐng)域提供了借鑒參考。