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

★錢海，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（國網電力科學研究院，江蘇南京210031）

關鍵詞：新能源；升壓站；智慧型綜合自動化系統；IEC61850

中國目前的能源消費是以化石能源為主，能源安全、生態環境、氣候變化等問題突出^[1]。風電、光伏作為可再生清潔能源，在世界各國引起了越來越多的關注。風電、光伏發電得到了快速的發展，生產成本也不斷降低，但高比例新能源的并網也帶來了電力系統安全運行等問題^[2]。傳統的運行、維護、管理等模式，已不能滿足新能源快速發展的需求。大數據、云計算、物聯網、人工智能等先進技術的快速發展和廣泛應用^[3~4]，為新能源場站的智能化、智慧化建設提供了強大的技術支撐。

本文首先分析了新能源升壓站綜合自動化系統的現狀；接著在研究升壓站智能化、智慧化發展的基礎上^[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特征。

1　新能源升壓站綜合自動化系統的現狀

目前，在新能源升壓站的綜合自動化系統中，已按照需求配置了多個功能子系統。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調控制不足，難以實施互聯互動。目前，主要存在如下問題：

（1）系統的功能子系統之間信息共享不足，協調控制極為不便；

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

（3）設備狀態監測功能不完善，難以判別設備的故障形態；

（4）智能化程度低，巡檢巡視功能也待完善；

（5）全站缺乏簡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、電力物聯網、移動互聯、人工智能等先進ICT技術的快速發展和廣泛應用，為新能源升壓站的智慧化建設提供了強大技術支撐。新能源升壓站的智慧化建設，能有效改進以下多方面的工作：

（1）升壓站可以實施無人值守，減少現場運維的工作量；

（2）電氣設備可以實施狀態檢修，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）全面促進新能源場站的安全生產與可靠運行。

3　智慧型綜合自動化系統的體系架構

目前新能源場站在不同層次的各個環節中，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全息感知、機器替代人工巡檢、設備缺陷主動預警、設備故障智能診斷、遠程操作一鍵順控、主輔設備智能聯動、運維管控智慧決策以及設備資產全壽命周期管理為建設目標；以主輔設備的狀態信息全面感知、設備故障的智能診斷與預警、主輔設施的協調互聯互動、全站運維管理智慧決策為建設重點，按照數字化信息采集、標準化通信接口、智能化互聯互動的一體化設計理念，廣泛運用大數據、云邊計算、泛在物聯網、人工智能、區塊鏈、數字孿生、元宇宙等先進技術，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化系統的系統架構

新能源升壓站智慧型綜合自動化系統的一體化信息平臺，采用分層、分布、開放式的兩網三層體系結構，統一智能設備接入的通信接口及協議標準，實現設備、系統之間的連接。智慧型綜合自動化系統分為過程層、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，實現了全站的全景可視化集中監控，實現了過程智能設備層、間隔功能（保護、控制）層、站控生產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，還包括狀態監測、輔助監控等功能子系統；站控層設備包括數據服務器、一體化監控主機、工作站、通信網絡設備等。在站控層及站控層網絡失效的情況下，間隔層設備仍能獨立完成各自的工作。站控層MMS網絡架構采用雙重化以太網，單一網絡故障時，系統功能正常運行；過程層GOOSE網和SV網合一，GOOSE網用于間隔層和過程層設備之間的狀態與控制信息數據的傳輸，SV網用于傳輸過程層設備的數字化采樣值。

根據安全防護要求,綜合自動化系統分為四個安全區域：I區是實時監控區；II區是狀態監測與輔助設施監控區；III區是生產管理區；IV區是智能化視頻與運檢區。

4　智慧型綜合自動化系統功能的技術特征

智慧型綜合自動化系統以一次設備智能化、二次設備網絡化、全站信息數字化、信息共享標準化、系統功能一體化、高級應用互動化、設備狀態可視化、運維管理智慧化為建設目標，采用智能化一次設備，支持在線分析、智能調節、協同互動等工作，統一接入、存儲和管理設備的運行狀態信息，實現運行監視、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，實現設備資產的全壽命周期管理。智慧化建設的主要內容包括設備狀態監測的智能化、大數據分析的系統化、故障智能診斷的遠程化、控制調節的協調化、主輔設備之間互動化、設備及備件管理的智能化以及運維決策的智慧化等方面，實現全站可觀測、可調控，實現風險不可控運維向生產可控運維的轉變。

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在線檢測、故障智能診斷功能，保護測控、狀態監測、標準信息接口一體化，功能更集成，結構更合理，能及時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動

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

（1）火情消防的智能聯動。火災消防系統能實現對不同類型火情的探測、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動。綜合監控平臺還可聯動所在地域的消防中心。

（2）安全鎖控的智能聯動。依托實物ID與RFID感知技術，可快速識別設備，實現鎖控設備互聯和信息共享、鎖控操作與防誤操作智能聯動。當某設備異常時，自主聯動相關設備，協同處理，并自動將圖像、聲音、波形等信息推送給相關人員，提供處理決策的信息。

4.3　設備狀態監測的可視化

利用先進傳感技術和物聯網技術，可以對主變壓器、GIS等關鍵一次設備和重要二次設備的運行狀態進行實時監測，智能化評估分析后給出預警信息和診斷結果。可視化主要是通過大屏幕顯示、移動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　智能化的聯合巡視巡檢

視頻監控主要對各設備室以及出入口進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預警等技術，實現異常預警、現場管控等功能。智能巡檢機器人具有設備外觀巡視、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。無人機利用高清視頻拍攝功能，還可巡視升壓站的內外場景。

巡視巡檢聯合系統采用多種先進傳感器和采集設備，實現設備狀態的全面感知；整合全站多源數據，通過圖像識別、音頻分析，并利用人工智能技術進行智能診斷，實現故障隱患的主動預警；結合實時音視頻，通過三維可視化技術，實現虛實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進行協同優化控制，對引起無功電壓波動的無功電源投切、變壓器抽頭調整等工況進行實時跟蹤，以全站無功電壓的調節要求作為綜合控制策略，進行全站綜合調控。基于SCADA的變壓器實時經濟運行方式，將經濟負荷率引入全站的綜合尋優控制之中，智能地給出優化控制策略，平抑電壓無功波動，可以提升電能質量以及全站的經濟運行。一體化協調互動在橫向上精確協調控制有功和無功，確保在有功調控時不會導致電壓異常；在縱向上實現升壓站與調度主站之間的雙向互動，提高了新能源并網的友好程度。

4.6　生產運維管理的智慧化

運維管理的智慧化建設包括在運行檢修、物資臺賬等方面開展運行檢修、文檔查閱等方面的智能化管理，顯著提升了場站的管理水平。運行檢修以設備運行數據為基礎，基于狀態在線監測和智能巡檢，進行遠程視頻專家診斷，踐行狀態運維新模式。物資臺賬管理基于設備物資的統一標準化編碼，實現設備資產的數字化管理。構建集中統一的精細化發電運行和生產管理平臺，可以支持運維檢修一體化全流程閉環管理，支持資產設備全生命周期管理。設備狀態全景化監視、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

本文提出了新能源升壓站智慧型綜合自動化系統的設計理念，著重分析、研究了一體化系統的體系架構和功能的技術特征，為新能源升壓站的智慧化建設指明了方向。在智慧化的建設實踐中，我們要遵守循序漸進的進程，關鍵是要積極探索大數據、云邊計算、物聯網、移動互聯、人工智能等新技術的應用研究，逐步使全站更加智能、更加智慧；并通過創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，提高新能源場站的投資收益水平。

作者簡介：

錢　海（1986-），男，學士，現就職于江蘇廣恒新能源有限公司，研究方向為風機并網控制、風電場運維。

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

郭　沖（1985-），男，學士，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。

王均平（1984-），男，學士，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，湖南邵陽人，高級工程師，碩士，現就職于國網電力科學研究院，研究方向為電力系統控制、保護及自動化系統和發電過程自動化系統。

參考文獻：

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[7] 卿子龍, 孔慶香. 海上風電場智慧型監控管理一體化系統[J]. 分布式能源, 2021, 6 (5) : 59 - 63.

摘自《自動化博覽》2023年9月刊