随着能源转型与新型电力系统建设的深入推进,配电网正从传统的被动式网络向主动式、智能化的能源互联网关键枢纽转变。在这一进程中,以中国电力科学研究院冯德志研究员及其团队为代表的科研力量,积极推动“配电网广域分布式下沉计算技术”的创新研发与工程实践,并结合多媒体技术的推广,为配电网的智能化运维、高效管理与优质服务开辟了新的路径。
一、 配电网广域分布式下沉计算技术:赋能边缘智能
传统的集中式云计算模式在应对配电网海量终端接入、实时性要求高、业务本地化特征明显的场景时,常面临数据传输带宽压力大、响应延迟高、数据隐私安全等挑战。冯德志研究员团队提出的“广域分布式下沉计算技术”,其核心理念在于将计算能力、数据存储和分析功能从云端“下沉”至更靠近数据源和用户的网络边缘侧,如变电站、配电房、甚至智能电表等现场设备。
该技术体系通常包含以下关键要素:
- 分层分布式架构:构建“云-边-端”协同的计算框架。云端负责全局策略制定、模型训练与大数据分析;边缘侧(如区域配电自动化主站、智能融合终端)形成分布式计算节点集群,处理本地区域的实时监控、故障研判、潮流优化等任务;终端设备执行简单的数据采集与指令响应。
- 广域协同与资源调度:通过高效的通信网络(如5G、电力光纤专网),实现不同地理分布的边缘计算节点之间的信息共享与任务协同,并能根据全网计算负载和业务需求,动态调度计算、存储和网络资源。
- 智能算法与容器化部署:在边缘节点部署轻量化的AI分析模型(如用于故障识别的图像识别模型、用于负荷预测的时序分析模型),并采用容器化技术(如Docker)实现应用服务的快速部署、隔离与弹性伸缩。
技术优势:显著降低数据传输时延与云端负荷,提升配电网状态感知、故障处理(如故障定位、隔离与非故障区恢复供电)的实时性与可靠性;增强本地业务的自主决策能力,在网络局部中断时仍能维持关键功能;有利于保障敏感数据在本地处理的安全性。
二、 多媒体技术的融合应用:提升交互与感知维度
多媒体技术,包括高清视频、音频、三维可视化、增强现实(AR)/虚拟现实(VR)等,与下沉计算技术的结合,极大地丰富了配电网运维、管理与服务的交互方式和信息维度。
- 智能巡检与现场作业辅助:在配电房、电缆隧道等现场部署高清视频监控与智能摄像头,结合边缘计算节点的图像识别能力,可实现设备外观异常(如锈蚀、漏油、异物)、仪表读数、开关分合状态的自动识别与报警。运维人员通过AR眼镜,可将设备内部结构、历史数据、操作指引等虚拟信息叠加到真实设备上,实现“透视化”作业指导,提升检修效率与安全性。
- 三维可视化全景管控:基于倾斜摄影、激光点云与BIM技术,构建配电网设施及其周边环境的高精度三维数字孪生模型。结合下沉计算提供的实时数据(如电流、电压、温度),在指挥中心或移动终端上实现配电网运行状态的动态、全景、可视化展示。管理人员可直观地进行电网拓扑分析、停电影响范围模拟、抢修资源调度等。
- 沉浸式培训与应急演练:利用VR技术构建高度仿真的虚拟配电运维场景,员工可在无风险环境下进行标准化操作、故障处理流程的反复训练,并能模拟台风、火灾等极端情况下的应急演练,大幅提升培训效果。
- 互动化客户服务:通过多媒体交互终端或手机APP,向用户提供用电信息查询、能效分析报告、停电报修进度可视化追踪等服务。结合AR技术,用户甚至可直观查看家庭内部电路的虚拟布线及能耗热点。
三、 技术融合的典型应用场景与展望
冯德志研究员团队推动的相关技术已在多个示范工程中得到应用:
- 高可靠性示范区:在重点区域部署边缘计算节点,集成故障指示器、视频监控等多源数据,实现毫秒级故障精准定位与隔离,并通过移动终端向运维人员推送故障点视频画面和导航,将平均停电时间缩短至分钟级。
- 分布式光伏高渗透区域:在台区智能融合终端部署功率预测与协调控制算法,实时调节光伏逆变器输出、储能充放电以及可控负荷,平抑功率波动,保障电能质量,并将处理结果以可视化图表形式呈现给运营人员。
- 电缆隧道综合监控:利用部署在隧道内的边缘计算网关,汇聚温湿度、气体、水位、视频等多传感器数据,实现火灾、水浸风险的智能早期预警与联动控制,并通过三维模型直观展示风险位置。
未来展望:随着“双碳”目标下配电网中新能源、电动汽车、柔性负荷比例的持续攀升,广域分布式下沉计算与多媒体技术的深度融合将更加深入。未来趋势包括:边缘AI算法的进一步轻量化与自学习能力提升;5G-A/6G、算力网络等新型基础设施为边云协同提供更强支撑;数字孪生技术与下沉计算的深度结合,实现配电网从物理实体到虚拟空间的精准映射与实时交互;多媒体交互将更加自然化和智能化,如基于手势、语音的远程操控。
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中国电科院冯德志研究员在配电网广域分布式下沉计算技术及其与多媒体技术融合应用方面的探索,代表了当前配电网智能化发展的重要方向。通过将计算智能下沉到网络边缘,并赋予其“视听”与“交互”能力,不仅大幅提升了配电网运行控制的效率、韧性与安全性,也革新了运维管理模式和用户体验,为构建安全、可靠、绿色、高效、智能的现代配电网体系奠定了坚实的技术基础。这一技术路径的持续深化与推广,必将有力支撑新型电力系统建设和能源互联网的蓬勃发展。