編者按

隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數據、人工智能等新技術(shù)的飛速發(fā)展，以及IT與OT技術(shù)的進(jìn)一步融合，工業(yè)制造、城市交通、電力能源、農業(yè)等各大行業(yè)領(lǐng)域的智慧化發(fā)展已成為必然趨勢。推進(jìn)各領(lǐng)域向智慧化發(fā)展是一項復雜而龐大的系統工程，既需要單一技術(shù)與裝備的突破應用，還需要系統化的集成創(chuàng )新。智慧系統解決方案是推廣普及智能化技術(shù)的關(guān)鍵手段，是促進(jìn)各行業(yè)智能化水平提升的核心。

為深化智慧產(chǎn)業(yè)發(fā)展，進(jìn)一步提升智慧產(chǎn)業(yè)各領(lǐng)域系統解決方案應用水平，現由中國自動(dòng)化學(xué)會(huì )、智能制造推進(jìn)合作創(chuàng )新聯(lián)盟、工業(yè)控制系統信息安全產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì )主辦，控制網(wǎng)（fcfhome.com）＆《自動(dòng)化博覽》承辦的2020智慧系統解決方案征集活動(dòng)已正式啟動(dòng)，面向全行業(yè)公開(kāi)征集智慧系統解決方案。本刊特開(kāi)設智慧系統解決方案專(zhuān)欄，刊發(fā)其中優(yōu)秀的解決方案以饗讀者。

在數字經(jīng)濟飛速發(fā)展的推動(dòng)下，數據中心作為數字經(jīng)濟的基礎設施，已經(jīng)步入戰略數據中心時(shí)代，擺在客戶(hù)面前亟待解決的問(wèn)題是如何通過(guò)信息化集中、策略自主化工具減少人工治理，提高設備、系統的智能化管理水平，讓大型、超大型數據中心在全壽命周期內的管理效率及應對風(fēng)險能力實(shí)現質(zhì)的飛躍，從根本上解決傳統數據中心基礎設施建設中與配電設備有關(guān)的管理系統分開(kāi)部署，異構數據庫信息壁壘嚴重，難以實(shí)現整體調優(yōu)等問(wèn)題。

1 數據中心智慧配電管理系統方案優(yōu)勢

（1）智慧診斷：數據中心智慧配電管理系統以配電設備為管理對象，通過(guò)智能化手段加強系統向下管理能力，基于IEC 61850數字化技術(shù)應用實(shí)現配電系統底層共享數據信息，綜合系統運行工況、設備健康狀態(tài)、能耗節點(diǎn)分析、通過(guò)IoT以及人工智能診斷技術(shù)提供配電系統預測性設備診斷、專(zhuān)家級運行及運維策略，智能投切系統，有效預防非預期停電損失、減少人工運行維護成本，提高配電系統全生命周期的管理水平。

（2）智能靈動(dòng)：基于IEC 61850的全站級數字化保護，細化邊緣層和設備層故障識別和診斷管理的顆粒度，輕松實(shí)現配電系統故障精準定位、迅速隔離故障、100ms內快速恢復系統供電，大大降低設備的傷害，確保配電系統的快速恢復供電，實(shí)現專(zhuān)家級配電系統全面保護及管理能力。

（3）透明管理：設備健康狀態(tài)實(shí)時(shí)監測、關(guān)鍵節點(diǎn)能耗實(shí)時(shí)跟蹤，提供透明可視的決策依據，顯著(zhù)降低設備故障或過(guò)載帶來(lái)的非計劃停電風(fēng)險、用科技力量實(shí)現精細化管理。

（4）專(zhuān)家隨行：綜合系統運行工況，負載能耗軌跡，設備健康狀態(tài)，提供專(zhuān)家級運行策略及智慧運維建議，減少人工經(jīng)驗欠缺帶來(lái)的系統管理風(fēng)險。

2 方案介紹

ABB數據中心智慧配電管理系統打破傳統方案信息孤島問(wèn)題，從底層數據庫出發(fā)，以縱向管理一體化為中心，有機結合綜合信息，簡(jiǎn)化人工管理過(guò)程，實(shí)現配電系統縱深型智慧管理五大功能：配電系統運行安全管理、配電設備健康診斷、實(shí)時(shí)專(zhuān)家建議、配電設備能耗優(yōu)化以及智慧移動(dòng)運維管理。

圖1 配電系統縱深型智慧管理五大功能

2.1 配電設備系統運行安全管理

ABB數據中心配電系統運行安全管理以變電站通信網(wǎng)絡(luò )和系統的國際標準IEC 61850為基礎，實(shí)現了智能變電站的工程運作軟件化、系統運行智能化以及未來(lái)擴展靈活化的使用需求。

GOOSE是IEC 61850標準定義的一種快速報文傳輸機制，繼電保護裝置通過(guò)GOOSE水平通信方式，發(fā)出的信號用于實(shí)現設備間閉鎖、保護功能判斷等。網(wǎng)絡(luò )化的通信可實(shí)現自我管理、自我診斷、自我糾偏，實(shí)現數據的快速可靠傳輸，徹底告別傳統用硬接線(xiàn)實(shí)現設備間信息交互時(shí)代，顯著(zhù)減少硬接線(xiàn)維護成本、大大提高組網(wǎng)調試效率，以達到以軟件化定義硬件的智能化管理水平。采用IEC 61850技術(shù)，實(shí)現數字化全連接，對中低壓設備進(jìn)行一體化管理，通過(guò)設備間信息交互，全站40ms內故障快速定位，在不增加保護設備的情況下，即可實(shí)現除線(xiàn)路保護之外的，母線(xiàn)保護、變壓器保護、數字化弧光保護三大保護功能，從而達到配電系統全面保護能力。在準確識別及快速故障定位的同時(shí)，基于設備健康狀態(tài)，通過(guò)程序化切換功能可以將故障迅速隔離并投入健康回路，進(jìn)行安全穩定的供電，恢復系統運行能力，告別傳統方案無(wú)法在線(xiàn)檢測備用回路健康狀態(tài)，盲切至備用回路，甚至有可能切入問(wèn)題回路，致使風(fēng)險依然存在的問(wèn)題。此外，數字化供電系統切換方案，可以實(shí)現人工及自動(dòng)雙切換模式，滿(mǎn)足客戶(hù)不同工況的需求，提高智能化管理水平，讓切換更安全、可靠、有效。除實(shí)現設備間電源轉換功能外，還可以實(shí)現程序操作，如一鍵檢修或轉至備用狀態(tài)等，讓操作更安全高效。

（1）數字化全連接實(shí)現100ms故障定位和快速自愈

圖2 數字化全連接實(shí)現100ms故障定位和快速自愈

（2）數字化弧光保護實(shí)現配電設備的“零”傷害

圖3 數字化弧光保護

（3）可視化程序化操作實(shí)現運行人員的“零”傷害

開(kāi)關(guān)設備核心單元動(dòng)作過(guò)程還可通過(guò)視頻終端監視運動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現遠程巡視，當遠程操作開(kāi)關(guān)設備時(shí)，可同步調用視頻監控圖像，通過(guò)直觀(guān)圖像畫(huà)面實(shí)時(shí)監視斷路器搖入/搖出或接地開(kāi)關(guān)操作過(guò)程及狀態(tài)，無(wú)需運行人員前往現場(chǎng)進(jìn)行操作確認，既提高了操作安全性，也實(shí)現了可視化管理，顯著(zhù)減少因人員操作失誤造成的生命或經(jīng)濟損失。

圖4 可視化程序化操作

2.2 數據中心配電設備健康診斷

配電系統構成基礎為配電設備，配電設備運行過(guò)程，受老化機理的影響，會(huì )顯現劣化趨勢，影響供電安全，傳統方案只能通過(guò)巡檢及定期維護，以延緩劣化進(jìn)程，但由于可監測特性信息有限，無(wú)法及時(shí)發(fā)現隱患，造成因設備故障帶來(lái)的非計劃停電損失。設備健康診斷管理通過(guò)對新設備提前植入智能傳感單元，實(shí)現設備特征狀態(tài)自知，并通過(guò)設備機理模型及工業(yè)大數據分析，實(shí)現診斷設備健康狀態(tài)，實(shí)現透明化設備管理。以中壓開(kāi)關(guān)設備以例，設備智能化層采集關(guān)鍵點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度、斷路器機械特性和電氣特性、環(huán)境參照溫度，通過(guò)中壓開(kāi)關(guān)設備的機理模型及工業(yè)大數據智能算法實(shí)現設備健康診斷評分，直觀(guān)明了，并結合ABB專(zhuān)業(yè)服務(wù)運維經(jīng)驗，提供實(shí)時(shí)可執行的專(zhuān)家運維建議，以構成智慧運維閉環(huán)管理。先于設備故障，提前預警、提早規劃、早預防、早治理，減少非計劃停電時(shí)間，從而來(lái)彌補距離服務(wù)資源遠，巡視人員不足的問(wèn)題，以減少運營(yíng)成本，提高生產(chǎn)效率。

圖5 數據中心配電設備健康診斷

2.3 智慧配電管理系統實(shí)時(shí)專(zhuān)家建議

實(shí)時(shí)專(zhuān)家建議可以結合設備在線(xiàn)健康狀態(tài)、設備離線(xiàn)維護信息、系統運行工況以及關(guān)鍵節點(diǎn)綜合能耗軌跡，基于人工智能算法及ABB全球變電站管理經(jīng)驗，給出專(zhuān)家運行策略以及智慧運維建議。告別傳統配電管理信息壁壘，無(wú)法實(shí)現綜合分析，只能依靠人員在不同系統中信息篩選、分析判斷、常出現因經(jīng)驗或專(zhuān)業(yè)能力欠缺造成誤判影響運行連接性及安全性的問(wèn)題。

2.4 數據中心配電設備能耗管理

數據中心智慧配電管理系統將中壓開(kāi)關(guān)設備、變壓器、低壓開(kāi)關(guān)設備、列頭柜等均納入能耗監測環(huán)節，精細監測能耗流向，實(shí)時(shí)分析管理，直觀(guān)動(dòng)態(tài)顯示PUE值，結合變壓器負載損耗，提供基于運行工況的變壓器經(jīng)濟運行策略等。

圖6 數據中心配電設備能耗管理

2.5 智慧移動(dòng)運維管理

數據中心智慧配電管理系統可實(shí)現綜合信息移動(dòng)管理模塊包含智慧工單管理、設備健康狀態(tài)預測預警管理、設備及系統績(jì)效管理等功能。根據系統實(shí)時(shí)專(zhuān)家評估建議提供業(yè)務(wù)邏輯處理、相關(guān)數據存儲等，實(shí)現本地狀態(tài)量、電氣量、故障信息、報警信息、設備信息等數據的移動(dòng)端顯示，云端對數據進(jìn)行存儲、運算、分析，并可通過(guò)移動(dòng)設備（亦可就地部署，在網(wǎng)頁(yè)端顯示）遠程監管，實(shí)現移動(dòng)運維。為了滿(mǎn)足客戶(hù)不同需求，數據中心智慧配電管理可將系統狀態(tài)發(fā)送至動(dòng)環(huán)系統，實(shí)現移動(dòng)運維管理。

圖7 智慧移動(dòng)運維管理

3 結束語(yǔ)

綜上，ABB提出的數據中心智慧配電管理系統，從五個(gè)維度保障數據中心和可靠供電及智慧管理，綜合提高數據中心配電系統全生命周期智慧化管理水平，通過(guò)數字化技術(shù)提高數據中心配電系統診斷分析的顆粒度，提高供電系統的穩定性及配電設備的可靠性，實(shí)現智能運維效率提升37%、人員管理效率提升30%、降低非預期停電損失30%。實(shí)現數據中心配電系統及設備的更加安全可靠、智能高效的管理目標。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年5月刊