探訪全息數字電網

工作人員實時觀測無人機自動巡檢作業情況（何磊靜/ 攝）

在南京，隨著最后一條輸電線路數據導入系統，一張覆蓋億千瓦級負荷的全息數字電網全面構建完成。

作為全國用電負荷較大的省份之一，江蘇全社會用電量穩定增長。以2022年為例，江蘇迎峰度夏期間最高負荷達1.3億千瓦，負荷“破億”天數達44天。為確保能源供應安全，國網江蘇省電力有限公司歷經2年，于今年初建成了國內首個全息數字電網。

這張全息數字電網覆蓋10萬公里架空輸電線路、28萬座輸電桿塔以及地形地貌地物等數據，將真實電網在數字空間以數字孿生的方式，一比一三維立體還原和全景式呈現，也是全球首次對億千瓦級負荷大電網進行全息數字化呈現。

《瞭望東方周刊》記者深入多方采訪了解到，在融合北斗通信、人工智能等技術基礎上，全息數字電網可實現從電網建設到后期巡檢、故障處理等全周期、全方位、全流程數字化管控。

依托電網各類仿真計算模型和專家診斷分析算法，數字空間的電力設備和真實世界的一樣會逐步老化，輸電線路周圍的樹木在不同季節會呈現不同生長速度，技術人員還可一鍵模擬大風雨雪等天氣場景，提前研判氣象災害對于電力設施的影響。

在長江江陰段江面上空300多米處，一架四翼無人機正按照規劃航線緩緩飛行、盤旋拍照，開展輸電桿塔相關線路的自動巡檢任務。

“這相當于給整個江蘇電網裝上了‘千里眼’，坐在監控室里就可以看到電網的細微變化。”國網江蘇電力設備管理部副主任吳強介紹，在全息數字電網中，每一座電力桿塔都設有20個以上無人機巡檢點位，具有自動規劃、一鍵自主飛行、全程實時監控、遇險自動規避等功能。

以前，電力巡檢作業普遍應用二維地理信息系統，僅有經緯坐標。而現在，作業無人機的飛行軌跡、飛行狀態、拍攝畫面都可實時展現、動態跟蹤，巡檢人員足不出戶，即可實時掌握無人機的適航區域、被檢設備、巡檢影像等現場實際工況，定量分析樹障等輸電通道安全風險。

據介紹，無人機自主完成一座桿塔的全面巡檢僅需約6分鐘，比人工操作無人機巡檢耗時減少一半，效率比傳統人工巡檢提升6倍，極大提高了電力線路運行檢修水平和效率，進一步推動了電網巡檢從“少人化”向“無人化”發展。

同時，巡檢無人機嵌入了電力北斗地圖導航和前端識別模塊，巡檢作業結束后，圖片會自動上傳至管控平臺，通過人工智能算法對圖像進行精準識別。

“哪怕出現只有指甲蓋大小的螺帽裂紋等細小隱患，都可以及時被精準發現。”該全息數字電網建設單位、江蘇方天電力技術有限公司副總經理姜海波表示，全息數字電網精度達到厘米級，便于運檢人員“靶向治療”，迅速且精準消除隱患。

今年2月25日，在蘇州220千伏昭文—新港線路改造現場，一架無人機按照全息數字電網規劃的飛行航線自主開展飛行，而遠在南京的國網江蘇電力工程咨詢公司工程技術部專職毛元峰，通過實時回傳的圖像即時對現場進行安全巡查。

“傳統模式下，我們至少需要5名監理人員在現場實施安全管控。”國網江蘇電力工程咨詢公司工程技術部副主任唐自強表示，電網工程往往點多面廣，部分塔基位于山地、魚塘等特殊地理位置，給現場安全管控帶來一定難度。

“現在有了全息數字電網，遠程就可以給無人機下達作業指令，實時自主開展安全督查、質量驗收、進度核查等工作，掃清高空視覺盲區和死角，及時發現安全隱患，現場僅需留1個人盯著就行。”唐自強說。

據介紹，依托人工智能算法，平臺會精準分析實時回傳的圖像，判別施工缺陷和違章行為，比對工程進度并形成巡查報告，方便建設管理和監理單位使用。

“如果說數字電網是數字能源的現代化底座和數據‘骨架’，那么人工智能技術就是它的‘眼睛’，算法分析技術則是‘大腦’。”吳強說，數字技術加速了電網信息化建設進程，通過“數據+算力+算法”，全息數字電網實現了虛擬電網與現實電網的深度感知交互與雙向智慧控制。

依托全息數字電網，江蘇已實現大規模無人機巡檢協同應用與智能管控，可以支持上千架無人機同時作業。在全息數字電網探索建設的過程中，成果已初步顯現：2022年，江蘇電網無人機自主巡檢作業量超過52萬架次，提前發現并消除輸電桿塔缺陷及通道隱患4.2萬處，嚴重缺陷發現率提升約3倍，全年節約電網運維成本約2億元。

多位電力領域專家表示，全息數字電網是一個高精度的三維數字“沙盤”，管理人員可以在三維桿塔線路模型的基礎上開展帶電作業仿真，全面保障作業過程人員、電力設施設備的雙重安全。

在進行設備和線路檢修時，工作人員可以根據作業規范要求、電氣安全間隙要求，實現故障輔助診斷，根據分布式故障診斷測距系統，定位故障點位置。

值得一提的是，作為物理電網的“數字孿生”形態，全息數字電網并非一成不變，而是會與真實電網同步“成長”。

在國網江蘇電力無人機巡檢管控中心大屏上可看到，依托電網各類仿真計算模型和專家診斷分析算法，數字空間的“電力設備”會隨真實世界的電力設備一起逐步老化，輸電線路周圍的樹木在不同季節會呈現不同生長速度，技術人員還可一鍵模擬大風雨雪等天氣場景，提前研判氣象災害對于電力設施的影響。

無人機正在進行三維激光點云數據采集（何磊靜/ 攝）

線路狀態以三維圖像直觀展示，各類風險隱患用不同顏色警示圖標標出，為電網細化防災減災、災后恢復的預案措施提供準確依據。全息數字電網的建成，預計可將電網故障處理時間再縮短約10%。

“依托全息數字電網，可有效掌握電網中各類電力資源的狀態及動向，有效提升安全隱患、線路故障的發現能力和應急處置能力，助力‘被動運維’向‘主動運維’轉變，可為電力穩定供應提供堅強保障，為電力資源的合理利用及優化配置提供技術支撐。”南京郵電大學教授、國家電網有限公司智能用電互動技術實驗室學術專家委員會委員高輝說。

隨著新型電力系統建設步伐加快，電網運行模式正發生深刻變化。

此前，國網江蘇電力已打造全球最大的電力無線專網，接入各類終端30萬個，以工業互聯網平臺支持全省千萬級終端分鐘級感知數據自動采集和分發。

此番，全息數字電網的觸角從空中架設的輸電線路，延伸到田間地頭、工廠商圈和千家萬戶。

吳強稱，全息數字電網將賦能更多的數字經濟新業態。

比如，運用全息數字電網中定位精度達到厘米級的三維坐標，人們可以通過“數字電網+人工智能+算法+5G+北斗地圖導航”，規劃最優路徑，助力汽車的自動駕駛。當新能源汽車需要充電時，用戶則可以從基于全息數字電網的車聯網平臺上掌握充電網絡信息和狀態，獲取最佳充電位置，讓出行更加便利。

高輝表示，全息數字電網還可以極大豐富日常家庭的用電體驗。

“供電服務人員可以根據需求信息提前規劃、上門勘查，為用戶量身定制供電方案，人們也可以通過手機或智能穿戴設備實時查看用電情況，了解電網工作狀態。一旦發生用電故障時，可以實時了解搶修人員或巡檢無人機的行進軌跡和搶修進度，生活用電狀態盡在指尖呈現。”高輝說。

總之，作為新型電力系統建設的重要試點，全息數字電網建設為我國乃至全世界通過數字技術提升電網安全運行水平貢獻了新方案，也為如何將數字技術融合應用于經濟、社會多領域提供了借鑒參考。