數字電網變電站

數字電網變電站以無處不在的小微智能傳感器和傳感網絡為基礎，以智能電氣設備為載體，充分結合“云大物移智邊”等數字技術，終使變電站隨處可見、可知、可控。

本文將從以下幾個方面對數字電網變電站進行研究：

○基本概念

○體系架構

○關鍵技術約束

○區別辨析

一

數字電網變電站的基本概念

1

定義

數字電網變電站基于無處不在的小微智能傳感器及其傳感網絡，以智能電氣設備為載體，充分應用先進通信技術、大數據技術、云計算技術、邊緣計算技術、人工智能技術等先進技術，自動完成自由（無限、大量〉數據采集、數據存儲、數據采集和智能分析使變電站設備的內外狀態、環境狀態、安全狀態等信息全面、深度、透明，終實現變電站隨處可見、可知、可控。數字電網變電站是變電站發展的先進形式。

2

主要特征

①

狀態全面感知

數字電網變電站基于小型和微型智能傳感器構建泛在傳感網絡，可全天候監控變電站內外狀態的細微變化，實現電流、電壓、光、溫度、濕度等非功率狀態的全面、精細、獨立的感知。

②

信息深度透明

數字電網變電站可以自由獲取所有設備、所有狀態和歷史信息，實現對未來信息的準確預測；平臺之間的信息深度透明，信息相互整合和共享。

③

操作高度智能

以智能設備為載體，可實現數字電網變電站的靈活快速控制；基于大量信息數據，利用數據分析技術和高性能計算技術，實現變電站故障診斷、智能決策等智能運行。

二

數字電網變電站的系統架構

數字電網變電站系統整體架構如圖1所示。數字電網變電站系統整體架構架構▲

1

邊緣感知層

邊緣感知層以小微智能傳感器為核心，即小微傳感器和智能傳感器，由感知設備模塊和邊緣計算模塊組成，是數字電網變電站的基礎。

感知設備模塊主要由智能設備子系統、環境感知子系統、安全消防子系統、檢查操作輔助子系統等組成。智能設備子系統主要通過先進的感知技術和智能芯片技術實現，以當前設備為各子系統的主體，高度集成、智能集成

因此，智能設備子系統不僅具有傳輸和分配電能的設備主體，還具有保護、測量、控制、測量、監控等功能。

智能設備子系統▲

邊緣計算模塊是網絡邊緣的分布式智能代理。感知設備層子系統的數據接入邊緣計算模塊，感知數據進行現場處理和分析，與感知設備模塊形成小閉環，關鍵數據提取后上傳到云平臺。邊緣計算一般由邊緣計算代理執行，可實現多源異構感知信息預處理、多通道數據同步計算、復雜閾值算法計算、跨傳感器數據設備狀態集成智能診斷等功能，提高變電站邊緣側數據處理能力和區域自治能力，降低云計算壓力，提高系統運行決策效率。

2

網絡層

網絡層主要負責數字電網變電站數據的可靠性、高效傳輸，解決各級設備之間的通信問題，實現更廣泛的互聯功能，具有高可靠性、低延遲、差異化的特點。網絡層由當地通信網絡和遠程通信網絡組成。

本地通信網負責大量感知節點與邊緣計算節點之間的本地通信，主要通過大量感知節點與邊緣計算節點之間的本地通信LoRa實現低功耗、遠距離、無線通信技術。

遠程通信網絡的建設主要依靠電力光纖網絡、電力無線網絡、第五代移動通信網絡等多元化廣域網絡技術，實現多模式、多標準網絡傳輸技術的整合，確保邊緣感知層與平臺層的無縫連接。

3

平臺層

平臺層是數據管理計算中心，由集成云平臺、云數據中心、技術中心、物聯網管理中心組成。

集成云平臺由數據技術平臺運行IT基礎環境，采用異構、跨平臺多云管理技術，支持廣域多云邏輯統一管理，具有大規模硬件資源整合能力、超計算能力和高可擴展性資源彈性伸縮能力。

采用云數據中心“云數一體”架構模型是數據驅動的核心“計算能力+數據+模型+算法”形成強大的“算力”形成數據驅動業務流程和決策能力，為各業務平臺提供數據和數據分析能力。

技術中心是數字電網變電站的業務服務共享中心，提供數據、技術和業務共享服務組件。

物聯網管理中心主要對數字電網變電站的海量聯網設備進行標準化管理，提高物聯網設備的精細化管理水平。

4

應用層

應用層基于感知層的全方位感知數據。數字孿生系統是根據數據關系和虛擬現實技術開發的。

孿生變電站是物理變電站通過數字孿生技術數字化所有要素后形成的虛擬鏡像。采用基于物理實體、虛擬實體、服務、孿生數據和各部件之間連接的數字孿生五維模型。在實現物理變電站實時運行狀態可視化的同時，進一步演繹多尺度時空優化結果，確定物理實體優化軌跡錨點，及時糾偏調整，智能管理和運行物理變電站。

圖3數字電網變電站數字孿生系統▲

數字雙系統建設完成后，運維人員可以通過雙變電站輕松獲取、分析和處理各種運行數據，感知變電站的細微變化，實現變電站的全生命周期管理，探索變電站行規律，準確預測變電站狀態，科學決策控制方案，實現三維動態場景和物理行為交互先進系統模擬。

上述五層實施架構與數字電網變電站特征交匯如圖4所示。

圖4數字電網變電站架構與特征交匯圖4▲

三

數字電網變電站的關鍵技術約束

數字電網變電站的關鍵技術約束主要包括五個方面，如表1所示：

表1數字電網變電站的關鍵技術約束▼

四

區別辨析

1

數字電網變電站與智能變電站的區別

數字電網變電站與智能變電站的區別主要體現在四個層面，如表2所示：

表2數字電網變電站與智能變電站的區別▼

2

變電站的數字電網和泛在電力物聯網

實現方式的差異

數字電網和泛在電力物聯網在變電站實現方式上有一定的相似之處，但泛在電力物聯網在變電站領域注重變電站設備、人、業務互聯，數字電網變電站注重通過大量小微智能傳感器、數字雙胞胎等技術設備實現設備狀態透明、運行狀態透明等透明。

隨著小微傳感，芯片化，“云大物移智邊”隨著數字技術的廣泛深入應用，變電站的整個業務鏈是透明的，全景全息透明度將逐步實現，這將對變電站現有的二次系統模式產生重大影響。未來的數字電網變電站將實現“數據流、業務流、控制流”三流交匯發展的新形式，進一步推進“數字電網”研究與建設。