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关于电网,你会首先想到什么?

矗立在荒漠、高山、平原上的铁塔?

1882年9月4日,爱迪生经过近十年的研究,终于用电灯率先将位于华尔街的J.P摩根大楼点亮。几年之后,脾气古怪的发明家尼古拉·特斯拉提出了交流输电专利,电力长距离传输成为可能,从此便有了电网,电网从发电厂将电输送到数千公里之外的街区、大楼和居民住宅。

在中国的深圳,当5G+AI邂逅电网,就像春天悄悄地到来,电网正在改变原来的模样。

深圳供电局率先与华为成立ICT联合创新实验室,通过华为前沿技术方案和产品,解决电网在数字化转型过程中面对的问题。实验室主要针对云、物联网、5G和人工智能等技术在电力行业的应用研究和开发。

从20天到2小时,AI让效率飞跃

深圳供电局成立于1979年,是南方电网分立直管的全资子公司,供电面积2421平方公里。

“我们曾经统计过,一名普通线路工人工作30年巡线所走过山路可绕赤道1周”,据南方电网深圳供电局输电管理所魏前虎主任介绍,深圳目前在运110千伏及以上架空线路共计5102公里。输电线路分布在深圳全市各个区域,设备点多面广,而且大部分位于丘陵山间,传统人工巡视需要跋山涉水,工作强度大,且存在登高、野外作业等多项风险。

深圳供电局从2013年开始创新试点应用视频在线监测系统,虽然一定程度上提升了工作效率,但普遍缺乏有效的视频边端智能识别功能,还是需要将视频和图片全部回传后台之后用人工进行分析,造成整个系统边端通讯及供电资源紧张、人工分析量大,无法大规模推广。

为了改善上述问题,深圳供电局与华为携手,开发了输电领域智能巡检系统。智能巡检系统集成了华为Atlas 200 AI加速模块,运用AI推理算法进行就地图像视频分析,及时上传告警。

昇腾人工智能处理器被部署在深圳全市的输电杆塔和无人机的在线监测摄像头里,用来对输电线路5大典型隐患场景、7大本体缺陷进行识别,用视频在线监测去替代传统高强度、高风险的人工现场巡视值守。

现在,通过“以系统智能分析为主、人工判断为辅”的崭新模式,原来需要20天才能完成的现场巡视工作,输电监控指挥中心现在仅需2小时就可完成,巡检效率足足提高了80倍。

变电站来了5G智能巡检机器人

在南方电网深圳供电局500千伏鹏城变电站,站长谢志毅正盯着智能巡维大屏,分析着智能巡检机器人和场地高清摄像头传回的数据,于2002年投产使用的鹏城变电站是深圳第2座500千伏变电站,目前共有4台主变压器,在迎峰度夏高峰期最高负载率可达到80%,巡检工作繁琐且艰巨。

“夏天来了,整个深圳用电需求激增,给我们的工作带来了较大压力。但在5G+AI的新技术的帮助下,我们的运维工作变简单了。”谢志毅说。 2005年毕业的谢志毅加入深圳供电局后,主要负责变电站设备运维工作,例如设备停电送电操作、设备日常巡视检查、异常情况处理等。

在没有5G+AI技术支持之前,常态化的夜班巡检,是基层巡检人员最为艰苦的工作。为确保生产生活用电,重大复杂的停电大检修都必须在凌晨进行,有时涉及到几座变电站,操作组人员往往需要一个晚上开车多点往返。

在4G时代,大部分传感器终端使用有线传输方式,需配置网关、ODF架、数据通讯、辅助控制等通讯硬件设施,同时敷设大量电缆、光缆,一是成本高,二是变电站电缆沟空间资源也十分紧张。

“传输效率是关键。”深圳供电局变电管理二所副总经理代尚林表示,希望通过5G通信技术的运用,能将部署在设备区域的智能终端通过无线方式统一接入,解决变电站空间资源紧张的问题,最终实现智能终端互联互通。

2019年12月,南方电网将鹏城变电站升级成了首个5G+智能变电站。

现在,搭载了5G CPE的智能变电站巡检机器人,利用5G的高速率、低时延、大带宽的特点,实时将红外摄像头采集的设备图像和实时温度数据回传到主控室。

数据传输到主控室的智能分析平台后,结合边缘计算能力和AI视频识别技术对站内仪表读数、设备温度、位置、开关状态等进行识别,并进行故障、风险判断,及时告警。

变电站巡视、操作等日常业务无人化、智能化之后,巡检效率提升了2.7倍。

智能化、数字化技术应用对谢志毅而言,也意味着工作转型升级,“现在我在努力成为‘巡检数据工程师’,5G+AI已经实现一部分落地应用,在变电智能化管理方面还有很大的空间。”

差动保护 5G与光速抢时间

5G智能巡检只是深圳供电局5G应用场景落地的初步探索,而5G的低时延特性,也将完成4G时代无法完成的任务,从而改变电网的业务场景。

深圳供电局电力调度控制中心副总经理黄福全,以配电网差动保护场景应用为例,介绍了南方电网在5G技术多场景应用方面的创新和突破:“在配电网领域,通过推广配网差动保护技术,能大幅缩小电网故障所影响的区域、以最快的速度来消除故障,最大限度地优化客户用电体验,实现停电‘零感知’。”

差动保护的原理是把被保护的电气设备看成一个接点,正常情况下流进设备的电流和流出的电流应相等。当流入和流出电流不相等时,说明设备出现故障,保护动作启动,自动控制器以最快的速度切断故障设备电源,保护其他设备不受冲击,以避免大停电等连锁反应。

差动保护需将电路两端数据进行比对,电流以光速流动,差动保护就是和光速在抢时间,时延要求之高,可想而知。传统4G网络时延高达数百毫秒,只能通过敷设光纤来实现这一功能;然而大规模部署光纤不仅建设周期长、成本高,建成后容易受到外力破坏等因素影响,极大地制约了该技术的推广使用。 5G正好解决此问题!

“经过实验室、场外及现网带业务多轮测试,我们验证了5G网络可以代替光纤,实现小于15毫秒的超低时延,精确运用差动保护技术快速隔离故障点,最大限度地保障了用户用电需求。”黄福全说。

为了验证5G对配网差动保护的支撑作用,深圳供电局联合华为完成全球首个5G SA网络跨基站带业务的差动保护测试,达到了国际领先水平,6项技术成果创全球第一。

5G、AI深度融合 点亮万家灯火

南方电网要想让配网实现可观、可测、可控、设备动态监控感知,运行、巡检、管控全透明,就要知道停电在哪里、负荷在哪里、低电压在哪里、风险在哪里?

智能电网时代,无论是新能源并网、大电网柔性互联、多元用户供需互动用电,还是信息技术与电力系统紧密耦合和交互,无不显示出5G、AI与电网系统的深度融合。

5G、AI等新技术的创新应用,正在让电力行业的作业场景发生历史性的变革,以智慧的方式点亮万家灯火。

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