文獻標識碼：B文章編號：1003-0492（2023）09-064-04中圖分類(lèi)號：TP273

★錢(qián)海，袁月（江蘇廣恒新能源有限公司，江蘇南京210016）

★郭沖，許超，王均平（如東廣恒新能源有限公司，江蘇如東226301）

★卿子龍（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，江蘇南京210031）

關(guān)鍵詞：新能源；升壓站；智慧型綜合自動(dòng)化系統；IEC61850

中國目前的能源消費是以化石能源為主，能源安全、生態(tài)環(huán)境、氣候變化等問(wèn)題突出^[1]。風(fēng)電、光伏作為可再生清潔能源，在世界各國引起了越來(lái)越多的關(guān)注。風(fēng)電、光伏發(fā)電得到了快速的發(fā)展，生產(chǎn)成本也不斷降低，但高比例新能源的并網(wǎng)也帶來(lái)了電力系統安全運行等問(wèn)題^[2]。傳統的運行、維護、管理等模式，已不能滿(mǎn)足新能源快速發(fā)展的需求。大數據、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應用^[3~4]，為新能源場(chǎng)站的智能化、智慧化建設提供了強大的技術(shù)支撐。

本文首先分析了新能源升壓站綜合自動(dòng)化系統的現狀；接著(zhù)在研究升壓站智能化、智慧化發(fā)展的基礎上^[5~7]，提出了新能源升壓站智慧型監控管理綜合一體化系統的設計理念，并研究了該系統的體系架構；最后通過(guò)對新能源升壓站的智慧化建設目標的深入研究，提出了該系統功能的主要技術(shù)特征。

1　新能源升壓站綜合自動(dòng)化系統的現狀

目前，在新能源升壓站的綜合自動(dòng)化系統中，已按照需求配置了多個(gè)功能子系統。但這些功能子系統普遍存在信息不規范、功能不完善等問(wèn)題，相互獨立的功能子系統形成了互通不足的信息孤島，主輔設備設施之間的協(xié)調控制不足，難以實(shí)施互聯(lián)互動(dòng)。目前，主要存在如下問(wèn)題：

（1）系統的功能子系統之間信息共享不足，協(xié)調控制極為不便；

（2）功能單一的輔控功能子系統多而獨立分散，難以實(shí)現主輔設備之間的互聯(lián)互動(dòng)；

（3）設備狀態(tài)監測功能不完善，難以判別設備的故障形態(tài)；

（4）智能化程度低，巡檢巡視功能也待完善；

（5）全站缺乏簡(jiǎn)單而高效的運維管控手段。

2　新能源升壓站智慧化的建設需求

綜合自動(dòng)化系統是新能源升壓站運行管理的大腦，但目前升壓站的智能化水平仍較低，智慧化建設是保障新能源升壓站安全、穩定運行的主要措施。大數據、云邊計算、電力物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等先進(jìn)ICT技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應用，為新能源升壓站的智慧化建設提供了強大技術(shù)支撐。新能源升壓站的智慧化建設，能有效改進(jìn)以下多方面的工作：

（1）升壓站可以實(shí)施無(wú)人值守，減少現場(chǎng)運維的工作量；

（2）電氣設備可以實(shí)施狀態(tài)檢修，提升運維效益；

（3）全景監測監視能力，提升全站的全面管控力度；

（4）設備和系統的數智化程度提高，有助智慧化決策；

（5）全面促進(jìn)新能源場(chǎng)站的安全生產(chǎn)與可靠運行。

3　智慧型綜合自動(dòng)化系統的體系架構

目前新能源場(chǎng)站在不同層次的各個(gè)環(huán)節中，都配套相應的信息采集與控制系統。新能源升壓站的智慧化建設以設備狀態(tài)全息感知、機器替代人工巡檢、設備缺陷主動(dòng)預警、設備故障智能診斷、遠程操作一鍵順控、主輔設備智能聯(lián)動(dòng)、運維管控智慧決策以及設備資產(chǎn)全壽命周期管理為建設目標；以主輔設備的狀態(tài)信息全面感知、設備故障的智能診斷與預警、主輔設施的協(xié)調互聯(lián)互動(dòng)、全站運維管理智慧決策為建設重點(diǎn)，按照數字化信息采集、標準化通信接口、智能化互聯(lián)互動(dòng)的一體化設計理念，廣泛運用大數據、云邊計算、泛在物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區塊鏈、數字孿生、元宇宙等先進(jìn)技術(shù)，大幅提升了新能源升壓站的智慧化管控水平。智慧型綜合自動(dòng)化系統的體系架構如圖1所示。

圖1 新能源升壓站智慧型綜合自動(dòng)化系統的系統架構

新能源升壓站智慧型綜合自動(dòng)化系統的一體化信息平臺，采用分層、分布、開(kāi)放式的兩網(wǎng)三層體系結構，統一智能設備接入的通信接口及協(xié)議標準，實(shí)現設備、系統之間的連接。智慧型綜合自動(dòng)化系統分為過(guò)程層、間隔層、站控層。一體化綜合平臺全面整合了各子系統的功能，實(shí)現了全站的全景可視化集中監控，實(shí)現了過(guò)程智能設備層、間隔功能（保護、控制）層、站控生產(chǎn)監控以及智慧管理決策層之間的一體化融合，統一了全站的監控和管理。過(guò)程層設備包括變壓器、電流/電壓互感器等設備及其所屬的合并單元、智能終端和獨立的智能電子裝置，為一體化綜合監管平臺提供基礎數據；間隔層包括智能化二次設備與功能子系統，間隔層裝置包括保護、測控、計量、安全穩定、故障錄波等智能化裝置，還包括狀態(tài)監測、輔助監控等功能子系統；站控層設備包括數據服務(wù)器、一體化監控主機、工作站、通信網(wǎng)絡(luò )設備等。在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò )失效的情況下，間隔層設備仍能獨立完成各自的工作。站控層MMS網(wǎng)絡(luò )架構采用雙重化以太網(wǎng)，單一網(wǎng)絡(luò )故障時(shí)，系統功能正常運行；過(guò)程層GOOSE網(wǎng)和SV網(wǎng)合一，GOOSE網(wǎng)用于間隔層和過(guò)程層設備之間的狀態(tài)與控制信息數據的傳輸，SV網(wǎng)用于傳輸過(guò)程層設備的數字化采樣值。

根據安全防護要求,綜合自動(dòng)化系統分為四個(gè)安全區域：I區是實(shí)時(shí)監控區；II區是狀態(tài)監測與輔助設施監控區；III區是生產(chǎn)管理區；IV區是智能化視頻與運檢區。

4　智慧型綜合自動(dòng)化系統功能的技術(shù)特征

智慧型綜合自動(dòng)化系統以一次設備智能化、二次設備網(wǎng)絡(luò )化、全站信息數字化、信息共享標準化、系統功能一體化、高級應用互動(dòng)化、設備狀態(tài)可視化、運維管理智慧化為建設目標，采用智能化一次設備，支持在線(xiàn)分析、智能調節、協(xié)同互動(dòng)等工作，統一接入、存儲和管理設備的運行狀態(tài)信息，實(shí)現運行監視、操作與控制、信息分析與智能告警、運行管理和高級應用等功能，實(shí)現設備資產(chǎn)的全壽命周期管理。智慧化建設的主要內容包括設備狀態(tài)監測的智能化、大數據分析的系統化、故障智能診斷的遠程化、控制調節的協(xié)調化、主輔設備之間互動(dòng)化、設備及備件管理的智能化以及運維決策的智慧化等方面，實(shí)現全站可觀(guān)測、可調控，實(shí)現風(fēng)險不可控運維向生產(chǎn)可控運維的轉變。

4.1　設備智能化功能更加強大

智能化一次設備融合了狀態(tài)在線(xiàn)檢測、故障智能診斷功能，保護測控、狀態(tài)監測、標準信息接口一體化，功能更集成，結構更合理，能及時(shí)準確地判斷缺陷情況，有助做出合理的修復策略。

4.2　輔助綜合監控的智能化聯(lián)動(dòng)

基于IEC61850標準，輔助綜合監控系統有效集成了火災消防、環(huán)境監測、空調環(huán)境、照明燈光、箱門(mén)鎖具、安全防范等智能化子系統，統一收集子系統的信息，進(jìn)行子系統數據高度融合，為子系統間的聯(lián)動(dòng)提供了基礎支撐。

（1）火情消防的智能聯(lián)動(dòng)?；馂南老到y能實(shí)現對不同類(lèi)型火情的探測、遠程報警以及滅火功能；還可與視頻監控、照明、安防等智能化子系統聯(lián)動(dòng)。綜合監控平臺還可聯(lián)動(dòng)所在地域的消防中心。

（2）安全鎖控的智能聯(lián)動(dòng)。依托實(shí)物ID與RFID感知技術(shù)，可快速識別設備，實(shí)現鎖控設備互聯(lián)和信息共享、鎖控操作與防誤操作智能聯(lián)動(dòng)。當某設備異常時(shí)，自主聯(lián)動(dòng)相關(guān)設備，協(xié)同處理，并自動(dòng)將圖像、聲音、波形等信息推送給相關(guān)人員，提供處理決策的信息。

4.3　設備狀態(tài)監測的可視化

利用先進(jìn)傳感技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以對主變壓器、GIS等關(guān)鍵一次設備和重要二次設備的運行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，智能化評估分析后給出預警信息和診斷結果?？梢暬饕峭ㄟ^(guò)大屏幕顯示、移動(dòng)終端等設備向運行與管理人員展示升壓站的當前運行狀況。

4.4　智能化的聯(lián)合巡視巡檢

視頻監控主要對各設備室以及出入口進(jìn)行圖像視頻監視設備表計抄錄、人員跟蹤，并結合圖像智能識別以及自動(dòng)預警等技術(shù)，實(shí)現異常預警、現場(chǎng)管控等功能。智能巡檢機器人具有設備外觀(guān)巡視、紅外測溫、表計識別等功能，可代替人工巡視巡檢配電室等區域。無(wú)人機利用高清視頻拍攝功能，還可巡視升壓站的內外場(chǎng)景。

巡視巡檢聯(lián)合系統采用多種先進(jìn)傳感器和采集設備，實(shí)現設備狀態(tài)的全面感知；整合全站多源數據，通過(guò)圖像識別、音頻分析，并利用人工智能技術(shù)進(jìn)行智能診斷，實(shí)現故障隱患的主動(dòng)預警；結合實(shí)時(shí)音視頻，通過(guò)三維可視化技術(shù)，實(shí)現虛實(shí)結合的立體化全景展示。

4.5　高級應用功能的一體化

智能化綜合高級應用功能對變壓器、電容器組、SVC進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化控制，對引起無(wú)功電壓波動(dòng)的無(wú)功電源投切、變壓器抽頭調整等工況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，以全站無(wú)功電壓的調節要求作為綜合控制策略，進(jìn)行全站綜合調控?；赟CADA的變壓器實(shí)時(shí)經(jīng)濟運行方式，將經(jīng)濟負荷率引入全站的綜合尋優(yōu)控制之中，智能地給出優(yōu)化控制策略，平抑電壓無(wú)功波動(dòng)，可以提升電能質(zhì)量以及全站的經(jīng)濟運行。一體化協(xié)調互動(dòng)在橫向上精確協(xié)調控制有功和無(wú)功，確保在有功調控時(shí)不會(huì )導致電壓異常；在縱向上實(shí)現升壓站與調度主站之間的雙向互動(dòng)，提高了新能源并網(wǎng)的友好程度。

4.6　生產(chǎn)運維管理的智慧化

運維管理的智慧化建設包括在運行檢修、物資臺賬等方面開(kāi)展運行檢修、文檔查閱等方面的智能化管理，顯著(zhù)提升了場(chǎng)站的管理水平。運行檢修以設備運行數據為基礎，基于狀態(tài)在線(xiàn)監測和智能巡檢，進(jìn)行遠程視頻專(zhuān)家診斷，踐行狀態(tài)運維新模式。物資臺賬管理基于設備物資的統一標準化編碼，實(shí)現設備資產(chǎn)的數字化管理。構建集中統一的精細化發(fā)電運行和生產(chǎn)管理平臺，可以支持運維檢修一體化全流程閉環(huán)管理，支持資產(chǎn)設備全生命周期管理。設備狀態(tài)全景化監視、信息數據智能化分析、運維管理智慧化決策的運維護模式，提升了全站的精益化管控水平。

5　結語(yǔ)

本文提出了新能源升壓站智慧型綜合自動(dòng)化系統的設計理念，著(zhù)重分析、研究了一體化系統的體系架構和功能的技術(shù)特征，為新能源升壓站的智慧化建設指明了方向。在智慧化的建設實(shí)踐中，我們要遵守循序漸進(jìn)的進(jìn)程，關(guān)鍵是要積極探索大數據、云邊計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等新技術(shù)的應用研究，逐步使全站更加智能、更加智慧；并通過(guò)創(chuàng )建升壓站的智慧化運維新模式，不斷提升全站的智能化監控和智慧化管理的水平，提高新能源場(chǎng)站的投資收益水平。

作者簡(jiǎn)介：

錢(qián)　海（1986-），男，學(xué)士，現就職于江蘇廣恒新能源有限公司，研究方向為風(fēng)機并網(wǎng)控制、風(fēng)電場(chǎng)運維。

袁　月（1988-），女，學(xué)士，現就職于江蘇廣恒新能源有限公司，研究方向為電網(wǎng)運行監控。

郭　沖（1985-），男，學(xué)士，現就職于如東廣恒新能源有限公司，研究方向為變壓器穩定與控制。

許　超（1990-），男，學(xué)士，現就職于如東廣恒新能源有限公司，研究方向為新能源儲能技術(shù)。

王均平（1984-），男，學(xué)士，現就職于如東廣恒新能源有限公司，研究方向為繼電保護仿真和分析。

卿子龍（1965-），男，湖南邵陽(yáng)人，高級工程師，碩士，現就職于國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，研究方向為電力系統控制、保護及自動(dòng)化系統和發(fā)電過(guò)程自動(dòng)化系統。

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摘自《自動(dòng)化博覽》2023年9月刊