數(shù)字電網(wǎng)變電站以無處不在的小微智能傳感器和傳感網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以智能電氣設(shè)備為載體，充分結(jié)合“云大物移智邊”等數(shù)字技術(shù)，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(shù)字電網(wǎng)變電站進行研究：

○基本概念

○體系架構(gòu)

○關(guān)鍵技術(shù)約束

○區(qū)別辨析

一

數(shù)字電網(wǎng)變電站的基本概念

1

定義

數(shù)字電網(wǎng)變電站基于無處不在的小微智能傳感器及其傳感網(wǎng)絡(luò)，以智能電氣設(shè)備為載體，充分應(yīng)用先進通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)、邊緣計算技術(shù)、人工智能技術(shù)等先進技術(shù)，自動完成自由（無限、大量〉數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)采集和智能分析使變電站設(shè)備的內(nèi)外狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)、安全狀態(tài)等信息全面、深度、透明，終實現(xiàn)變電站隨處可見、可知、可控。數(shù)字電網(wǎng)變電站是變電站發(fā)展的先進形式。

2

主要特征

①

狀態(tài)全面感知

數(shù)字電網(wǎng)變電站基于小型和微型智能傳感器構(gòu)建泛在傳感網(wǎng)絡(luò)，可全天候監(jiān)控變電站內(nèi)外狀態(tài)的細(xì)微變化，實現(xiàn)電流、電壓、光、溫度、濕度等非功率狀態(tài)的全面、精細(xì)、獨立的感知。

②

信息深度透明

數(shù)字電網(wǎng)變電站可以自由獲取所有設(shè)備、所有狀態(tài)和歷史信息，實現(xiàn)對未來信息的準(zhǔn)確預(yù)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(shè)備為載體，可實現(xiàn)數(shù)字電網(wǎng)變電站的靈活快速控制；基于大量信息數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)和高性能計算技術(shù)，實現(xiàn)變電站故障診斷、智能決策等智能運行。

二

數(shù)字電網(wǎng)變電站的系統(tǒng)架構(gòu)

數(shù)字電網(wǎng)變電站系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。數(shù)字電網(wǎng)變電站系統(tǒng)整體架構(gòu)架構(gòu)▲

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(shè)備模塊和邊緣計算模塊組成，是數(shù)字電網(wǎng)變電站的基礎(chǔ)。

感知設(shè)備模塊主要由智能設(shè)備子系統(tǒng)、環(huán)境感知子系統(tǒng)、安全消防子系統(tǒng)、檢查操作輔助子系統(tǒng)等組成。智能設(shè)備子系統(tǒng)主要通過先進的感知技術(shù)和智能芯片技術(shù)實現(xiàn)，以當(dāng)前設(shè)備為各子系統(tǒng)的主體，高度集成、智能集成

因此，智能設(shè)備子系統(tǒng)不僅具有傳輸和分配電能的設(shè)備主體，還具有保護、測量、控制、測量、監(jiān)控等功能。

智能設(shè)備子系統(tǒng)▲

邊緣計算模塊是網(wǎng)絡(luò)邊緣的分布式智能代理。感知設(shè)備層子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入邊緣計算模塊，感知數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場處理和分析，與感知設(shè)備模塊形成小閉環(huán)，關(guān)鍵數(shù)據(jù)提取后上傳到云平臺。邊緣計算一般由邊緣計算代理執(zhí)行，可實現(xiàn)多源異構(gòu)感知信息預(yù)處理、多通道數(shù)據(jù)同步計算、復(fù)雜閾值算法計算、跨傳感器數(shù)據(jù)設(shè)備狀態(tài)集成智能診斷等功能，提高變電站邊緣側(cè)數(shù)據(jù)處理能力和區(qū)域自治能力，降低云計算壓力，提高系統(tǒng)運行決策效率。

2

網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)數(shù)字電網(wǎng)變電站數(shù)據(jù)的可靠性、高效傳輸，解決各級設(shè)備之間的通信問題，實現(xiàn)更廣泛的互聯(lián)功能，具有高可靠性、低延遲、差異化的特點。網(wǎng)絡(luò)層由當(dāng)?shù)赝ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)和遠程通信網(wǎng)絡(luò)組成。

本地通信網(wǎng)負(fù)責(zé)大量感知節(jié)點與邊緣計算節(jié)點之間的本地通信，主要通過大量感知節(jié)點與邊緣計算節(jié)點之間的本地通信LoRa實現(xiàn)低功耗、遠距離、無線通信技術(shù)。

遠程通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)主要依靠電力光纖網(wǎng)絡(luò)、電力無線網(wǎng)絡(luò)、第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)等多元化廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)多模式、多標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)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(shù)據(jù)管理計算中心，由集成云平臺、云數(shù)據(jù)中心、技術(shù)中心、物聯(lián)網(wǎng)管理中心組成。

集成云平臺由數(shù)據(jù)技術(shù)平臺運行IT基礎(chǔ)環(huán)境，采用異構(gòu)、跨平臺多云管理技術(shù)，支持廣域多云邏輯統(tǒng)一管理，具有大規(guī)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(shù)據(jù)中心“云數(shù)一體”架構(gòu)模型是數(shù)據(jù)驅(qū)動的核心“計算能力+數(shù)據(jù)+模型+算法”形成強大的“算力”形成數(shù)據(jù)驅(qū)動業(yè)務(wù)流程和決策能力，為各業(yè)務(wù)平臺提供數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析能力。

技術(shù)中心是數(shù)字電網(wǎng)變電站的業(yè)務(wù)服務(wù)共享中心，提供數(shù)據(jù)、技術(shù)和業(yè)務(wù)共享服務(wù)組件。

物聯(lián)網(wǎng)管理中心主要對數(shù)字電網(wǎng)變電站的海量聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進行標(biāo)準(zhǔn)化管理，提高物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的精細(xì)化管理水平。

4

應(yīng)用層

應(yīng)用層基于感知層的全方位感知數(shù)據(jù)。數(shù)字孿生系統(tǒng)是根據(jù)數(shù)據(jù)關(guān)系和虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)的。

孿生變電站是物理變電站通過數(shù)字孿生技術(shù)數(shù)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(wù)、孿生數(shù)據(jù)和各部件之間連接的數(shù)字孿生五維模型。在實現(xiàn)物理變電站實時運行狀態(tài)可視化的同時，進一步演繹多尺度時空優(yōu)化結(jié)果，確定物理實體優(yōu)化軌跡錨點，及時糾偏調(diào)整，智能管理和運行物理變電站。

圖3數(shù)字電網(wǎng)變電站數(shù)字孿生系統(tǒng)▲

數(shù)字雙系統(tǒng)建設(shè)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(shù)據(jù)，感知變電站的細(xì)微變化，實現(xiàn)變電站的全生命周期管理，探索變電站行規(guī)律，準(zhǔn)確預(yù)測變電站狀態(tài)，科學(xué)決策控制方案，實現(xiàn)三維動態(tài)場景和物理行為交互先進系統(tǒng)模擬。

上述五層實施架構(gòu)與數(shù)字電網(wǎng)變電站特征交匯如圖4所示。

圖4數(shù)字電網(wǎng)變電站架構(gòu)與特征交匯圖4▲

三

數(shù)字電網(wǎng)變電站的關(guān)鍵技術(shù)約束

數(shù)字電網(wǎng)變電站的關(guān)鍵技術(shù)約束主要包括五個方面，如表1所示：

表1數(shù)字電網(wǎng)變電站的關(guān)鍵技術(shù)約束▼

四

區(qū)別辨析

1

數(shù)字電網(wǎng)變電站與智能變電站的區(qū)別

數(shù)字電網(wǎng)變電站與智能變電站的區(qū)別主要體現(xiàn)在四個層面，如表2所示：

表2數(shù)字電網(wǎng)變電站與智能變電站的區(qū)別▼

2

變電站的數(shù)字電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)

實現(xiàn)方式的差異

數(shù)字電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在變電站實現(xiàn)方式上有一定的相似之處，但泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在變電站領(lǐng)域注重變電站設(shè)備、人、業(yè)務(wù)互聯(lián)，數(shù)字電網(wǎng)變電站注重通過大量小微智能傳感器、數(shù)字雙胞胎等技術(shù)設(shè)備實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)透明、運行狀態(tài)透明等透明。

隨著小微傳感，芯片化，“云大物移智邊”隨著數(shù)字技術(shù)的廣泛深入應(yīng)用，變電站的整個業(yè)務(wù)鏈?zhǔn)峭该鞯?，全景全息透明度將逐步實現(xiàn)，這將對變電站現(xiàn)有的二次系統(tǒng)模式產(chǎn)生重大影響。未來的數(shù)字電網(wǎng)變電站將實現(xiàn)“數(shù)據(jù)流、業(yè)務(wù)流、控制流”三流交匯發(fā)展的新形式，進一步推進“數(shù)字電網(wǎng)”研究與建設(shè)。