智能变电站关键技术及功能研究

智能变电站关键技术及功能研究

路明阳

内蒙古电力（集团）有限责任公司内蒙古超高压供电分公司

呼和浩特市 010000

摘要：物联网和人工智能技术的快速崛起，传统电力系统网络已经难以支撑，为此人们提出了构建智能电网的设想 。智能电网的建设过程是传统电网的数字化、智能化、互联网化过程，使智能电网的边界从传统电网扩展至社会的方方面面。

关键词：智能变电站；关键技术；策略

引言

数字电网以全面监测设备为基础、智能化设备为延伸，以先进的人工智能、大数据技术为依托， 实现设备的数字化监控和智能化控制。 变电站作为电网重要的节点，是数字电网建设的关键环节。

1智能变电站概述

传统变电站在通信传输上，是以电缆接入微机进行各设备的信号采集，未统一各个设备的通信规约，导致不同厂家的设备兼容性低，需要配置大量的规约转化设备进行信息汇集。 在设备智能化上，未有智能化的设备，变电站数据监测匮乏，设备多依靠人工进行控制或维护，效率低下。智能变电站采用先进可靠的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。与传统变电站不同，智能变电站是以通信网络为媒介，通信报文为传输方式，取代了传统的电缆的模拟信号传输，传输速度大大提高，同时更加便于实现数据交换，资源共享。与传统变电站相比，智能变电站还应用了许多高级的智能化设备，包括电子式传感器、智能网关、智能数据监测终端、无人机、机器人、带安防功能的摄像头、测控保护装置和智能远动机等。 这些智能化设备的应用，使得智能变电站可以在全面透明的数据监测基础上，实现智能化运行、分析与控制。

2智能变电站发展优势

与传统的变电站不同，智能变电的应用无论是在性能还是技术等方面均具有优势，主要表现为：（1）环保性。对于传统的变电站而言其往往需要电缆来实现电力的运输，而智能变电站则仅通过光缆就可以完成电力的运输等，并且还可以大量的节省变电站内部的电子元件的使用，如，电子互感器的应用则在很大程度上节约了资源损坏外，还降低了变电站的运行成本费用。（2）交互性。智能变电站可以通过自身的技术而实现对电力系统中涉及的信息、数据等进行收集、分析、存储以及共享，从而保证电力系统内部各个信息资源共享的同时并且可以让各个变压器按照相应的顺序而连接，从而维护电力系统运行的稳定。（3）可靠性较高。智能变电站的稳定性要明显高于传统变电站，并且还可以有效地降低故障发生的概率，切实提升了变电站的运行效率 。

3智能变电关键技术

3.1数字孪生技术

作为一种充分利用多种数据、集成多种高科技手段的过程，数字孪生技术在虚拟空间中完成映射，并且能够实时将相对应的实体装备的全生命周期过程反映与呈现 。基于数字孪生技术的数字孪生变电站，将基于统一的功能位置、设备、拓扑、量测等电网数据模型，通过物联网平台实现变电站运行、巡视、监测等实时数据的采集，在数据中心完成变电站设备台账、运维信息、输变配拓扑、调度实时数据的实例化，并应用 WebGL 等可视化技术，完成变电站模型的可视化。

3.2 物联智能网关

作为智能变电站的核心设备，物联智能网关具有公共硬件平台、边缘计算、智能安全芯片、软件架构、灵活接入等技术要素，精准契合智能变电站的建设理念和功能场景需求，并且能实现支持系统建设的开放性、定制化，为变电站智能化、数字化应用场景向下打通多种智能终端数据通信，向上实现数据纵览、统计等基本功能，为实现大数据分析、辅助决策、设备综合评价等高级应用提供数据与通信基础。同时可开放数据访问接口给变电站各类子站系统，完成用户端的数据分析及需求。通过应用智能网关，可以规避采集资源的浪费、各运维支撑系统间信息不能共享、不同的专业对同一事件重复处理，造成处理设备的浪费、各类终端设备的协同工作的发挥受限等问题。

3.3智能变电设备

智能变电设备并非指某种单一技术，而是多种基础科学和智能化数字化技术有机结合应用于变电站主要设备中，进而形成的技术集合，智能设备集成多种智能技术，依托数字化技术，将设备信息整合集成，具备更完善的感知评估能力、更全面互动的信息支撑、更智能可靠的控制能力，是数字化变电站的重要技术基础。变电站智能设备主要可以分为数字化智能高压设备和集成化二次系统。相较于传统电力系统中电气一次设备和二次设备，智能高压设备取消了传统一次、二次设备的划分，这种称为智能组件的设备，具有一次设备的传输和分配电能的通流载体功能，同时也具有二次设备的控制、保护、测量、计量、在线监测等信息化功能  。智能高压设备的基本功能包括测量数字化、状态可视化、控制网络化、功能一体化、信息互动化。在智能变电站的发展过程中，IEC61850 标准得到全面的应用，基于统一的通信标准，二次系统能为应用功能提供规范的基础数据和信息，并提供统一的面向模型的访问接口。二次系统逐步整合了自动化、状态监测和辅助控制等功能，并将其融入一体化监控系统，实现变电站的全景数据监测。

3.4人工智能技术

人工智能技术是一个广义的基础技术概念，主要包含知识图谱、深度学习、图像识别等具体技术领域。针对变电站智能化、数字化，人工智能技术作为重要的技术手段，对实现智能化操作、巡视、安防等有着重要作用。同时变电站智能化和数字化建设过程中，大量的感知、监测数据亟待借助人工智能技术进行智能处理与分析决策，进而促进数字变电站业务提质增效，广泛支撑各类业务场景。

4智能变电站技术应用

（ 1 ）统一通信。 IEC 正式颁布了 IEC61850 标准作为变电站通信网络系统的目前唯一的国际通用标准。 该标准包括定义变电站的分层、网络通信结构、设备及功能建模、通信服务映射、通信协议等多方面内容。 （ 2 ）智能巡视。 智能巡视主要通过巡检无人机、巡检机器人进行变电站设备的巡视。 巡检无人机和巡检机器人主要通过视频图像的采集和传输， 经过后台解析之后，对巡视的设备状态进行评估，并对异常状态进行告警，是未来智能变电站的重要组成。（ 3 ）智能建模。 智能建模主要依靠全站数据的透明化监测，在软件平台端，进行变电站的三维数字化建模，直观地展示变电站的设备结构、系统连接和运行数据，为变电站运行调试、分析和智能化控制奠定基础，是智能变电站的重要应用技术。（ 4 ）智能安防。 智能安防主要通过监测摄像头的视频数据采集， 进行智能化的功能设计及应用，包括智能门禁，对进出变电站人员进行人脸识别与判断。 智能作业监控，对作业人员行为进行视频监控，对误入带电区域、未规范佩戴安全帽、安全服和安全绳等进行告警。

结语

综上所述，智能变电站的建设，需要推进物联智能网关、智能变电设备等先进技术装备的研发，其本质提升在于通过数字化、智能化技术武装全站，承接主站和全网的数字化，全面感知变电站信息、全面支撑智能运维、全面支持信息管理，具备自治、友好、柔性、互动等特性，解决生产运行中的痛点、难点，实现变电站运行、操作、管理的全面提质增效，有利于减少运行人力成本，提升变电站运行效率。

参考文献

[1] 陈树勇，宋书芳，李兰欣，等. 智能电网技术综述[J]. 电网技术，2019，33(8)：1-7.

[2] 田蕴琦. 智能电网关键技术及应用[J]. 数字技术与应用，2018，36(10)：116-117.

[3] 张文琴. 智能变电站关键技术及其构建方式的探讨[J]. 科技创新与应用，2019(15)：148.