王丹
中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司 陕西 西安 710054
摘要：近年来社会用电需求的不断增大，电力工程建设数量也逐渐增多。变电站作为电力系统中电能传输的重要环节，肩负着电能转换和电能重新分配的重要任务，其运行状态直接关系到电网的安全可靠运行。新时代背景下变电站的运营目标是提升设备可靠运行水平，节约设备运行维护成本，加强电网稳定运行，提升用户用电用能质量。本文就基于电力物联网的变电站设计改进展开探讨。
关键词：电力；物联网；变电站设计
引言
随着电力行业迅速发展，居民对用电需求量与日俱增，为满足工业用电、居民用电，各地区逐步增加新的变电站，因此有必要研究探讨变电站的规划设计，使设计更规范、建设更可靠、成本更低、环境更环保，已然成为电力发展的趋势。
1简述电力物联网
电力物联网是通过先进的感知技术与智能设备把智能电网与互联网连接起来，通过对电力设备相关数据的采集、计算、处理和传输，实现电网工作人员对电力设备的实时控制与精确管理。当前电网覆盖范围广，电力设备种类繁多，布置较为分散，无法有效地对供电设备的故障进行实时分析和诊断，电力物联网能够利用各种类型的感知设备，有效整合良好的通信网络，将各级电网设备有效连接，提高电力系统的信息化水平。另一方面，在降低人工参与率的同时，提高电网的及时响应率和调节灵活性。电力物联网的主要技术架构为实现信息采集的感知层、实现信息交互的传输层和实现信息分析的处理层。
2基于电力物联网的变电站设计改进
2.1变电站智能安全管控模型设计
变电站安全管控自主智能化是智能电网实现的重要载体和实现途径之一，借鉴系统工程思维，融合多维差异性数据获取技术、自主感知与决策算法、无线通信技术、物联网技术、数据深度分析技术，辅助分析决策等技术，构建具有坚强鲁棒性、友好人机交互性、自主感知性、多维耦合决策性、环保经济性等属性的智能化变电站安全管控模型。模型具备运维设备、运维人员、运维环境的全方位立体安全管控能力，着重解决冗余热备系统任务分配、传感器集群多维数据采集、复杂环境下多机负载均衡等问题，构建可自主观测（自主感知变电站设备的运行状态）、可实时调控（实时调控变电站设备的运行状态）、可自愈修正（环境自适应并具备自愈机制）、可优化平衡（综合优化平衡人、机、环境的协同性）的一体化变电站智能安全管控模型。基于上文给出的智能化变电站安全管控模型的个性属性和功能任务需求，本文设计了基于物联网技术的变电站智能安全管控模型框架，框架包括变电站安全管控多维数据获取子模型、变电站安全管控多维数据深度分析子模型、变电站智能安全管控主动预警子模型、变电站智能安全管控模型的工程化应用子模型等。其中，变电站安全管控多维数据获取子模型用于获取多维变电站工作状态数据，借助变电站内置的传感器集群获取包括局部放电信息、铁芯接地电流信息等在内的多维数据并通过以太网进行数据传送；变电站安全管控多维数据深度分析子模型采用支持向量机（SVM）算法对变电站多维数据进行识别、分类、回归等深度分析，挖掘潜在数据规律并给出明显标记；变电站智能安全管控主动预警子模型借助多维数据深度挖掘得出的特征标记，融入模糊决策机制，对变电站当前工作状态进行综合模糊评估；变电站智能安全管控模型的工程化应用子模型实现模型的工程化应用，嵌入应用系统发挥实际效能。
2.2智能顺控系统功能实现
顺控操作要求严格实行遥控安全保证机制，即选择－返校－执行。当监控调度中心发来遥控选择命令时，程序化操作执行器先检查是否符合操作条件，满足条件时才向监控中心发遥控返校成功命令，对不满足条件的则发失败命令。
其中物联网监控系统可远程监控变电站内隔离开关、接地开关的分合闸过程和运行状态，以及断路器运行状态，智能分析服务器对传感器、摄像机采集到的设备第二维信息进行智能分析，并将分析结果与设备原有的电气量或辅助接点开关量交互，更加正确地判断设备状态。然后配合变电站综合自动化和微机五防系统，实现顺控操作无需人为干预的“一键式”控制操作。考虑变电站运行中人机互动的需求，智能顺控系统还设置可人为干预模式，物联网监控系统将智能分析结果上传显示，供运行人员决策判断是否进行下一步操作。也就是说变电站远程智能顺控实现模式有全自动顺控模式（无人为干预）和半自动顺控模式（可人为干预）两种。在顺控操作中，运行人员还可实时调出顺控操作中的实时数据（视频图片、传感器信号等），以便分析顺控操作过程的各个状态；当顺控操作过程中出现设备一、二维信息不一致时，系统自动报警并中断顺控操作，同时弹出设备的相关参数，如设备图像信息、设备检修记录、设备在线监测数据和设备固定资产信息等，供运行人员决策判断，缩短事故排除时间。同时顺控操作界面应符合运行人员运行习惯，提供接线图的操作模式，显示出每个变电站的电气一次接线图，运行人员可在图上直接关联查看对应的设备信息，系统还对事件进行录像保存，以供事后调用检查。
2.3智能终端的集成
在早期的智能变电站中，合并单元作为电流/电压采集设备，智能终端作为操作控制设备，它们分开布置，但实际上它们都服务于一次设备本身。现阶段在充分考虑智能终端和合并单元特有功能独立的情况下，按照系统最优原则，通过分析这两个装置的功能约束条件和数据流边界，确定这两个装置在功能、信息和互联等方面的周界，将其共性功能进行有效地整合，即共人机接口、共电源和共网口。在智能变电站的计算机监控系统网络结构图中，二次设备与监控工作站之间的传输是点对点传输，智能终端和合并单元集成后的共端口传输将减少一半的网络端口数量，这样不仅可以降低装置的生产成本，也可以减少装置的安装空间，还能简化智能变电站的设计，最终实现“间隔功能自治”。
2.4设备故障智能诊断
在变电站设备故障智能诊断方面，通过将大量不同场景的故障案例上传至平台应用层，利用人工智能手段分析变压器、GIS等不同设备的故障／异常诊断判据并建立相应的判断规则。通过电力物联网将判断算法发送至变电站感知设备层计算单元模块；计算单元模块分别与变压器、GIS设备上的传感器进行数据交互，及时感知设备数据信息，排查疑似异常情况，并通过集成感知序列单元和变压器、GIS设备本体监测时间、空间的变化，对故障设备进行协同分析诊断并准确定位。
2.5多维数据融合子机制设计
为了提高变电站智能安全管控系统的健壮性、冗余度、容错性，提高系统的数据采集响应速度与数据传输效率，降低数据存储资源均值占有量，引入基于BP神经网络的多维数据融合子机制，在空间、时间等层面进行空分、时分多源数据融合处理。基于计算技术形成时间域的多维数据序列，经过BP神经网络进行分析、综合、感知、决策处理，实现多维数据的一致性估计、解释、描述，多维数据融合子机制迭代步骤如下：S1：搭建多源传感数据采集系统并定标；S2：构建硬件自组网，实现多源传感器数据有序采集；S3：多维数据预处理并进行A／D转换；S4：基于BP神经网络多维数据特征提取与融合计算分析；S5：输出具有全局一致性的多维数据特征信息，进行数据打包操作。
结语
将电力物联网技术引入变电站，可大幅提升电网对可再生能源的消纳能力，提高能源系统的整体利用效率；提升电网的安全稳定水平，使各变电站设备具备快速响应能力，遇突发事故时可迅速提供有功、无功支撑；改进能源互联网业务模式，有助于变电站与能源供应商、设备供应商及用户之间的友好协作和互利共赢等优势。
参考文献
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