探访全息数字电网
文库划重点：全息数字电网是一个高精度的三维数字“沙盘”，管理人员可以在三维杆塔线路模型的基础上开展带电作业仿真，全面保障作业过程人员、电力设施设备的双重安全......数字空间的“电力设备”会随真实世界的电力设备一起逐步老化，输电线路周围的树木在不同季节会呈现不同生长速度。
在南京，随着最后一条输电线路数据导入系统，一张覆盖亿千瓦级负荷的全息数字电网全面构建完成。
作为全国用电负荷较大的省份之一，江苏全社会用电量稳定增长。以2022年为例，江苏迎峰度夏期间最高负荷达1.3亿千瓦，负荷“破亿”天数达44天。为确保能源供应安全，国网江苏省电力有限公司历经2年，于今年初建成了国内首个全息数字电网。
这张全息数字电网覆盖10万公里架空输电线路、28万座输电杆塔以及地形地貌地物等数据，将真实电网在数字空间以数字孪生的方式，一比一三维立体还原和全景式呈现，也是全球首次对亿千瓦级负荷大电网进行全息数字化呈现。
《瞭望东方周刊》记者深入多方采访了解到，在融合北斗通信、人工智能等技术基础上，全息数字电网可实现从电网建设到后期巡检、故障处理等全周期、全方位、全流程数字化管控。
依托电网各类仿真计算模型和专家诊断分析算法，数字空间的电力设备和真实世界的一样会逐步老化，输电线路周围的树木在不同季节会呈现不同生长速度，技术人员还可一键模拟大风雨雪等天气场景，提前研判气象灾害对于电力设施的影响。
装上“千里眼”，精度达厘米
在长江江阴段江面上空300多米处，一架四翼无人机正按照规划航线缓缓飞行、盘旋拍照，开展输电杆塔相关线路的自动巡检任务。
“这相当于给整个江苏电网装上了‘千里眼’，坐在监控室里就可以看到电网的细微变化。”国网江苏电力设备管理部副主任吴强介绍，在全息数字电网中，每一座电力杆塔都设有20个以上无人机巡检点位，具有自动规划、一键自主飞行、全程实时监控、遇险自动规避等功能。
以前，电力巡检作业普遍应用二维地理信息系统，仅有经纬坐标。而现在，作业无人机的飞行轨迹、飞行状态、拍摄画面都可实时展现、动态跟踪，巡检人员足不出户，即可实时掌握无人机的适航区域、被检设备、巡检影像等现场实际工况，定量分析树障等输电通道安全风险。
据介绍，无人机自主完成一座杆塔的全面巡检仅需约6分钟，比人工操作无人机巡检耗时减少一半，效率比传统人工巡检提升6倍，极大提高了电力线路运行检修水平和效率，进一步推动了电网巡检从“少人化”向“无人化”发展。
同时，巡检无人机嵌入了电力北斗地图导航和前端识别模块，巡检作业结束后，图片会自动上传至管控平台，通过人工智能算法对图像进行精准识别。
“哪怕出现只有指甲盖大小的螺帽裂纹等细小隐患，都可以及时被精准发现。”该全息数字电网建设单位、江苏方天电力技术有限公司副总经理姜海波表示，全息数字电网精度达到厘米级，便于运检人员“靶向治疗”，迅速且精准消除隐患。
数字孪生，实现主动安全
今年2月25日，在苏州220千伏昭文—新港线路改造现场，一架无人机按照全息数字电网规划的飞行航线自主开展飞行，而远在南京的国网江苏电力工程咨询公司工程技术部专职毛元峰，通过实时回传的图像即时对现场进行安全巡查。
“传统模式下，我们至少需要5名监理人员在现场实施安全管控。”国网江苏电力工程咨询公司工程技术部副主任唐自强表示，电网工程往往点多面广，部分塔基位于山地、鱼塘等特殊地理位置，给现场安全管控带来一定难度。
“现在有了全息数字电网，远程就可以给无人机下达作业指令，实时自主开展安全督查、质量验收、进度核查等工作，扫清高空视觉盲区和死角，及时发现安全隐患，现场仅需留1个人盯着就行。”唐自强说。
据介绍，依托人工智能算法，平台会精准分析实时回传的图像，判别施工缺陷和违章行为，比对工程进度并形成巡查报告，方便建设管理和监理单位使用。
“如果说数字电网是数字能源的现代化底座和数据‘骨架’，那么人工智能技术就是它的‘眼睛’，算法分析技术则是‘大脑’。”吴强说，数字技术加速了电网信息化建设进程，通过“数据+算力+算法”，全息数字电网实现了虚拟电网与现实电网的深度感知交互与双向智慧控制。
依托全息数字电网，江苏已实现大规模无人机巡检协同应用与智能管控，可以支持上千架无人机同时作业。在全息数字电网探索建设的过程中，成果已初步显现：2022年，江苏电网无人机自主巡检作业量超过52万架次，提前发现并消除输电杆塔缺陷及通道隐患4.2万处，严重缺陷发现率提升约3倍，全年节约电网运维成本约2亿元。
与真实电网同步“成长”
多位电力领域专家表示，全息数字电网是一个高精度的三维数字“沙盘”，管理人员可以在三维杆塔线路模型的基础上开展带电作业仿真，全面保障作业过程人员、电力设施设备的双重安全。
在進行设备和线路检修时，工作人员可以根据作业规范要求、电气安全间隙要求，实现故障辅助诊断，根据分布式故障诊断测距系统，定位故障点位置。
值得一提的是，作为物理电网的“数字孪生”形态，全息数字电网并非一成不变，而是会与真实电网同步“成长”。
在国网江苏电力无人机巡检管控中心大屏上可看到，依托电网各类仿真计算模型和专家诊断分析算法，数字空间的“电力设备”会随真实世界的电力设备一起逐步老化，输电线路周围的树木在不同季节会呈现不同生长速度，技术人员还可一键模拟大风雨雪等天气场景，提前研判气象灾害对于电力设施的影响。
线路状态以三维图像直观展示，各类风险隐患用不同颜色警示图标标出，为电网细化防灾减灾、灾后恢复的预案措施提供准确依据。全息数字电网的建成，预计可将电网故障处理时间再缩短约10%。
“依托全息数字电网，可有效掌握电网中各类电力资源的状态及动向，有效提升安全隐患、线路故障的发现能力和应急处置能力，助力‘被动运维’向‘主动运维’转变，可为电力稳定供应提供坚强保障，为电力资源的合理利用及优化配置提供技术支撑。”南京邮电大学教授、国家电网有限公司智能用电互动技术实验室学术专家委员会委员高辉说。
赋能新业态
随着新型电力系统建设步伐加快，电网运行模式正发生深刻变化。
此前，国网江苏电力已打造全球最大的电力无线专网，接入各类终端30万个，以工业互联网平台支持全省千万级终端分钟级感知数据自动采集和分发。
此番，全息数字电网的触角从空中架设的输电线路，延伸到田间地头、工厂商圈和千家万户。
吴强称，全息数字电网将赋能更多的数字经济新业态。
比如，运用全息数字电网中定位精度达到厘米级的三维坐标，人们可以通过“数字电网+人工智能+算法+5G+北斗地图导航”，规划最优路径，助力汽车的自动驾驶。当新能源汽车需要充电时，用户则可以从基于全息数字电网的车联网平台上掌握充电网络信息和状态，获取最佳充电位置，让出行更加便利。
高辉表示，全息数字电网还可以极大丰富日常家庭的用电体验。
“供电服务人员可以根据需求信息提前规划、上门勘查，为用户量身定制供电方案，人们也可以通过手机或智能穿戴设备实时查看用电情况，了解电网工作状态。一旦发生用电故障时，可以实时了解抢修人员或巡检无人机的行进轨迹和抢修进度，生活用电状态尽在指尖呈现。”高辉说。
总之，作为新型电力系统建设的重要试点，全息数字电网建设为我国乃至全世界通过数字技术提升电网安全运行水平贡献了新方案，也为如何将数字技术融合应用于经济、社会多领域提供了借鉴参考。
工作人员实时观测无人机自动巡检作业情况（何磊静/ 摄）
无人机正在进行三维激光点云数据采集（何磊静/ 摄）
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