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Dermot O'Keeffe
Dermot O'Keeffe,

智能电网解决方案产品线总监

ADI公司

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Dermot O'Keeffe
Dermot O'Keeffe is the Product-Line Director for Smart Energy Grid Solutions group at ADI, focusing on innovating and commercializing energy measurement and management technologies for markets globally. Dermot has been awarded 13 patents and has a certificate in System Design and Management from MIT and a graduate degree in Electrical and Electronic Engineering from University College Cork.
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电网边缘的智能化和可见性

December 10, 2025

分析人士预测,到2050年,全球能源需求可能较当前水平增长逾两倍。1 要在保持这一增长态势的同时实现电网脱碳,全球必须将可再生能源的部署规模扩大9倍,并将电网效率提升一倍。2 因此,对涵盖能源生产、分配、储存和消费的全流程进行实时、整体的监测和掌握,已不再是可有可无,而是必不可少。

亟待弥补的可见性缺口

电网的现代化绝不仅仅是增加可再生能源或储能设施,而是从根本上重塑电网对实时能源需求的感知、分析和响应能力。尽管太阳能、风能和储能系统(ESS)等去中心化能源资产迅猛增长,但资产和能源流的可见性有限依然是一个核心挑战。这一可见性缺口已成为公用事业公司的主要痛点,直接影响资本支出(CAPEX)、运营支出(OPEX)和安全规范的有效执行。

旧有系统和架构的演进

Illustration of a modern energy grid showing various energy sources and users interconnected by power lines.

电网常被称为世界上最大的机器装置,诞生于一个多世纪前,当时采用“中心辐射式”设计,电能从大型发电站单向输送至用户。这种集中式模式适合昔日较为简单且可预测的能源环境。

然而,这种集中式电网模式已越来越不适应时代发展。它既无法满足日益增长的能源需求,也难以整合分布式能源资源(DER),同时在应对突发中断时韧性不足。于是,去中心化电网应运而生:它将小型、分布式发电资源融入大电网中,因而输电网络的互联程度更高。这一架构支持能源双向流动,传统消费者升级为产消者, 能够将富余电力卖给电网,从而催生出全新的能源市场。

这种去中心化的电网架构虽然提升了电网的强韧性,但同时也带来了严峻的可见性挑战。数量庞大的表后资产,使得电网运营商难以进行有效监测、准确预测和实时应对突发中断。

可见性:改善能源管理的关键

可见性使洞察成为可能,进而推动智能化。为了管理日益复杂的能源生态系统,全面的电网级智能化必不可少。可见性对于实现以下目标至关重要:

  • 平衡能源的生产、使用和储存: 确保能源资源得到有效利用,实现运营能力最大化。
  • 监测资产健康状况:检测、定位、预测故障,避免停机并确保安全。
  • 整合分布式能源资源(DER): 在接入新资产的同时,维护电力质量和电网稳定。
  • 发挥产消者作用:借助电动汽车(EV)等技术,让消费者能够参与电网运行。

电网必须具备快速响应能力,以应对不断变化的能源消费模式、突发中断和异常情况。随着电网复杂性的攀升,尤其是随着DER接入规模的扩大,对电网的物理和电气连接进行准确建模变得不可或缺。这要求电网管理系统必须加强各环节间的协调、实现不间断的监测,并具备实时智能决策能力。

集中式控制与分布式控制

Illustration of a smart energy grid connecting the physical world and cyber world through an "Intelligent Edge.

传统智能系统依赖于具备高带宽连接的集中式数据中心,在处理数据密集型计算任务时能够实现规模经济效益。然而,面对智能电网对超低延迟、高能效和实时性能的严苛要求,传统系统便力有不逮。此外,这种集中式系统在数据隐私保护和安全性方面也存在局限。

在此背景下,在电网边缘部署分布式智能变得至关重要。边缘端是模拟感知与数字化融合的地方,支持多点决策,从而实现更灵敏、更高效、更安全的解决方案。让决策能力更贴近能源源头,有助于优化电网运行,提升系统强韧性。

要实现可靠的电网智能化,必须识别集中式控制与分布式控制的互补优势,发挥协同作用,通过灵活的网络架构优化处理能力。

更智慧的解决方案:实现电网边缘智能化

可再生能源发电机、储能系统、电动汽车、家居设施、工业设施等现代能源资产的分布式特征,推动了智能边缘的兴起。在这一架构下,来自传感器和设备的数据可以在本地处理,从而实现更快速、更精准的决策。在变电站、电池包、工厂、数据中心等能源网络关键节点部署边缘智能,可获取实时洞察,进而增强整个系统的强韧性、响应能力运行效率

将高效能源管理拓展到表后应用,为个人和企业参与能源转型打开了广阔空间。从数据中心到微电网,再到家庭能源管理系统,边缘智能不仅能提升能效、保障电力质量、节约成本,还能为产消者提供一套先进完善的解决方案。

能源管理已不再是单纯的集中式控制,而是让设备、传感器和系统能够在需要的时候自主决策,从而推动电网优化迈向新的高度。

以数据驱动的方法推进电网现代化的大规模落地

电网现代化是一项庞大而复杂的系统性工程,但也蕴含着通过数据驱动决策释放潜在价值的机遇。我们必须充分利用现有基础设施,同时整合新技术,以推进数字化和平台化,促成多方价值共创。

以数据为中心的电网现代化方法,要求实现对电网全层级的可见性,从输电网络一直到最小的配电节点和计量点全都涵盖在内。通过收集和分析数据,我们能够识别低效环节,优化投资,确保更准确地评估现代化改造带来的影响。

此外,在每个节点上部署智能后,会形成一个反馈循环,从而持续推动现代化升级,并改善投资回报率(ROI)。


实现电网现代化的关键机遇

高效推进电网现代化,充分提升电网利用率。

  • 机遇一:促进分布式能源资源(DER)的采用和电气化应用的普及
    利用基础硬件平台,实现部署简化、规模扩展和全面可见性。ADI公司已开发了涵盖 电源转换、能源管理储能领域的关键解决方案,助力推动这一转型。
  • 机遇二:增强边缘处理能力
    在边缘端对原始数据进行结构化处理和解译,从而实现实时洞察和分布式控制。降低数据复杂性,优化网络架构,充分发挥集中式与分布式处理的互补优势,实现高效协同。
  • 机遇三:打造电网级智能
    依托深度互联、响应迅速的网络,优化云端和边缘端的特定应用处理能力,并通过聚合元数据,为整个电网提供全面的智能支持。

源于现实场景的创新,引领电网迈向具有韧性和可持续性的未来

能源的未来取决于我们如何利用电网边缘的智能技术来推动创新,以及这种创新将对世界产生怎样的影响。以下技术已被应用于现实场景:

A renewable energy landscape featuring three solar panel arrays in the foreground and four wind turbines in the background, set against a natural environment with trees. The solar panels are angled to capture sunlight, while the wind turbines are designed to harness wind energy, symbolizing sustainable power sources.

可再生能源发电

优化输出并整合风能、太阳能等不稳定能源。

Eight battery energy storage units arranged in two rows, featuring sleek rectangular designs with vented front panels. The first unit displays a lightning bolt icon, indicating a control or power module, while the remaining units show battery symbols, representing storage modules. The setup suggests a modern energy infrastructure, likely for renewable energy or data center use.

储能系统

确保可再生能源的高效储存和调度。

An electrical transformer with a rectangular body, cooling fins on the sides, and three top-mounted bushings for electrical connections. A smaller adjacent unit, possibly a control module, is connected to the main transformer. A lightning bolt symbol is visible on the front, indicating high-voltage electrical power. The setup represents infrastructure used in power distribution and electrical engineering.

输配电

监测和管理庞大网络中的能源流动。

A digital electricity meter mounted on a pedestal, displaying the unit 'kWh' and a reading of '88888.888' on its screen. A green lightning bolt symbol is visible on the side, indicating electrical power. The meter appears to be reset or inactive, with all digits showing eights. This device is typically used to measure energy consumption in residential or commercial settings.

高级计量基础设施(AMI)和分表

向消费者和公用事业公司提供实时消费数据,并监测电能质量。

A green electric hatchback car with dark-tinted windows and stylized wheels is connected to a wall-mounted charging station via a cable plugged into its rear side. The setup indicates the car is actively charging, representing modern electric vehicle technology and sustainable transportation.

电动车充电基础设施

将电动汽车充电环节纳入整体电网体系。

A modular container unit with multiple open doors revealing rows of battery storage systems inside. The container is marked with a battery icon and a high-voltage warning symbol, indicating its role as a battery energy storage system (BESS). This setup is commonly used to store electricity from renewable sources like solar or wind, supporting grid stability and sustainable energy infrastructure.

数据中心

借助更灵活的能耗管理和与电网的交互能力,推动数据中心持续发展。

为未来能源生态系统注入动力

A residential house with a red-tiled sloped roof covered in solar panels on both sides, surrounded by trees and bushes. The house features a chimney and a small balcony with a yellow railing. The clear blue sky suggests a sunny day, ideal for solar energy generation. The image highlights the use of renewable energy technology in a home setting.

为将智能化延伸到电网边缘端,能源行业需要在非接触式检测、本地处理、交互式软件、模块化系统设计等方面实现创新。通过发掘集中式智能与分布式智能的协同潜力,可以加速电网数字化进程,并推动可再生能源发电、储能、输配电、智能电表、电动汽车充电设施、数据中心等领域的新一轮技术进步。

电网现代化已是必然趋势,必须通过系统化方法加以推进。那些在能源电网交叉领域拥有丰富经验的头部企业,能够帮助加速这一转变,将电网打造成分布式智能中心。

下一阶段将要求持续创新,并坚定践行可持续发展理念。能源生态系统必须更加灵活、高效、智能,在保证电力可靠供应的同时,助力全球社区在快速变化的时代背景下蓬勃发展。

参考文献

1“Global Energy Perspective 2024”,麦肯锡咨询公司,2025年9月
2ADI的分析,所依据的数字出自“The economic transformation: What would we change in the net-zero transition”一文,麦肯锡咨询公司,2022年1月24日。