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    人工智能下變電站智慧化數(shù)字化建設(shè)與研究

    2023-11-10 06:40:38陳博文
    關(guān)鍵詞:互感器變電站數(shù)字化

    陳博文, 馬 超

    (國(guó)電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司, 江蘇 南京 210000)

    0 引言

    隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷提升,人們生活質(zhì)量不斷提高,用電需求也越來越大。因此,電網(wǎng)中變電數(shù)量越來越多,增加了很多變電站的任務(wù),道閘操作次數(shù)也逐漸變多,導(dǎo)致工作人員的任務(wù)越來越重。但是隨著變電站無人化的發(fā)展,傳統(tǒng)的變電站已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代現(xiàn)階段的變電站發(fā)展需求,主要是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的電氣防務(wù)和測(cè)控防務(wù)不能滿足現(xiàn)階段綜合防務(wù)的需要,需要對(duì)變電站行業(yè)相關(guān)業(yè)務(wù)進(jìn)行智慧化改造,以此來適應(yīng)現(xiàn)在社會(huì)的發(fā)展需要。

    1 變電站使用的運(yùn)檢新技術(shù)

    1.1 智慧化輔助控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

    智慧化輔控系統(tǒng)融合了變電站的建設(shè)條件,將變電站的巡視系統(tǒng)變成智能化,設(shè)備的跟蹤狀態(tài),主輔設(shè)備聯(lián)動(dòng),站內(nèi)監(jiān)控等功能不斷提高。在智慧化輔助控制系統(tǒng)中,一共有199 個(gè)智能表和無線傳感器所采集的449 個(gè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)全部整合在一起,便于在進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)提供有效的數(shù)據(jù)分析,通過數(shù)據(jù)分析可以監(jiān)測(cè)斷路器機(jī)械的噪音強(qiáng)度,及監(jiān)測(cè)斷路器機(jī)械的濕度溫度和避雷器漏電等進(jìn)行關(guān)鍵的數(shù)據(jù)分析。如果發(fā)生問題是會(huì)預(yù)先發(fā)出警告,便于工作人員對(duì)此提出措施來解決工作人員的個(gè)人行為,如抽煙、穿衣不符合規(guī)范,或者是侮辱間隔等行為都可以進(jìn)行隨時(shí)的警告。在智慧化輔助監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置可以對(duì)設(shè)備的消防、照明、在線監(jiān)控等等系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行共享和控制。

    1.2 變電站圖像識(shí)別算法

    在進(jìn)行變電站圖像識(shí)別算法時(shí)其智能巡視系統(tǒng)和控制系統(tǒng)會(huì)使用Faster R-CNN 算法,因?yàn)檫@個(gè)算法對(duì)變電站的監(jiān)測(cè)具有一定的準(zhǔn)確性和高效性。

    1.3 算法流程概述

    在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展下,可以利用大數(shù)據(jù)信息化的深度學(xué)習(xí)方式,可以快速提取信息資料,再進(jìn)行不斷地分區(qū)域的識(shí)別和分類??梢蕴岢鲆曨l中的有用材料和物體的興趣愛好與位置,對(duì)其可以采用Faster RCNN 算法,這個(gè)算法可以快速識(shí)別物體存在的問題,提高了深度模型的準(zhǔn)確性和有效性,還因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了重點(diǎn)的完善,在保證質(zhì)量和效率的情況下可以實(shí)時(shí)檢測(cè)[1]。

    1.4 網(wǎng)絡(luò)選擇

    圖片經(jīng)過信息化數(shù)據(jù)化技術(shù)的處理后,再根據(jù)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行進(jìn)一步的提升,卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(convolutional neuraol networks,CNN)是一種常見的深度學(xué)習(xí)模型。在CNN 網(wǎng)絡(luò)中,我們將圖片輸入進(jìn)去,CNN 網(wǎng)絡(luò)變對(duì)圖片進(jìn)行信息資料的提取,從底層的特征逐漸抽取到高度抽象的特征。在卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)圖像的處理如下:通過對(duì)圖像的輸入利用網(wǎng)絡(luò)中的系統(tǒng)相對(duì)圖像的特征進(jìn)行提取,運(yùn)用了卷基層和池化層,主要是利用圖片的特征來進(jìn)行信息的提取,通過光棚化方法,將圖片的特征銜接成一個(gè)向量,在這個(gè)基礎(chǔ)上,使用Softmax 分類器或SVM進(jìn)行分類。在進(jìn)行輸入層對(duì)數(shù)據(jù)的提取時(shí)可以利用特征值進(jìn)行信息提取,提取到信息資料以后,在池化層中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、分析、壓縮、降維等避免過度擬合,經(jīng)過對(duì)信息的提取,并加以綜合達(dá)到自己想要的效果[2]。

    2 變電站建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和存在的問題

    2.1 智慧站改造經(jīng)驗(yàn)

    變電站智慧改造可以參考滆湖地改造例子,鬲湖在進(jìn)行智慧化的變電站工程改造時(shí),利用了智慧化技術(shù)提高了工程的質(zhì)量和速度,超出了專家的預(yù)測(cè)時(shí)間,且取得了良好的建設(shè)效果和應(yīng)用效果,為智慧化變電站改造經(jīng)驗(yàn)提供了借鑒,以此,促進(jìn)了智慧站改造的發(fā)展,提供了重要參考:

    1)由于變電站在建設(shè)過程中難度系數(shù)較大,且變電站屬于綜合性工程建設(shè)。因此需要大量的人力,物力和資金,整個(gè)工程的推進(jìn),需要企業(yè)和相關(guān)單位與相關(guān)部門進(jìn)行協(xié)調(diào)合作,定期組織開工例會(huì),在例會(huì)中不斷思考和總結(jié)疫情后嚴(yán)峻防控形勢(shì)的不利條件下,怎樣如期完成變電站的建設(shè),以此,對(duì)保證信號(hào)穩(wěn)定,保護(hù)聯(lián)動(dòng)、聯(lián)鎖驗(yàn)收等有足夠的時(shí)間來進(jìn)行調(diào)試,提高各專業(yè)驗(yàn)收的質(zhì)量和效率。變電站建設(shè)常規(guī)配置價(jià)格詳見表1。

    表1 變電站建設(shè)常規(guī)配置價(jià)格表

    2)如果現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員想要深度參與新技術(shù)研發(fā)工作,需要具備專業(yè)的技術(shù)知識(shí)和技能,需要掌握新技術(shù)的使用方法和新技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),對(duì)技術(shù)的特點(diǎn)和思路都要有一定的掌握,為今后參與新技術(shù)研發(fā)工作打牢堅(jiān)定的基礎(chǔ)知識(shí)。

    3)要注重新技術(shù)的應(yīng)用,為今后在使用SF6 表記遠(yuǎn)傳技術(shù)、視頻巡檢、機(jī)器人紅外測(cè)溫,等出現(xiàn)問題時(shí)及時(shí)作出警告,便于工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行解決,如果主變噴油、SF6 慢漏、設(shè)備溫度異常也可以及時(shí)進(jìn)行處理,這很大程度上提質(zhì)增效,比傳統(tǒng)的人工巡視效率高[3]。

    2.2 存在的問題

    因?yàn)槿斯ぶ悄芟伦冸娬局腔壅具€處于試點(diǎn)階段,站內(nèi)很多技術(shù)也還處于試點(diǎn)應(yīng)用階段,這就需要在后來的建設(shè)中需要對(duì)暴露出來的問題進(jìn)行解決,存在問題如下:

    1)廠家對(duì)變電站的運(yùn)維方式不夠熟練,各系統(tǒng)之間的結(jié)合不夠吻合,廠家對(duì)于自己的設(shè)備系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用和模式熟練度不高,但因?yàn)樵诒O(jiān)控系統(tǒng)和輔助設(shè)備系統(tǒng)中很大的阻力,使用的設(shè)備技術(shù)的廠家不同,在很大程度上影響了變電站智慧站的測(cè)試。因此在后面的試點(diǎn)中使用同一個(gè)廠家的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)來進(jìn)行智慧站的建設(shè)[4]。

    2)視頻系統(tǒng)廠商的圖像識(shí)別系統(tǒng)技術(shù)較低,運(yùn)維能力不高,傳感器的質(zhì)量水平較低,因此,狀態(tài)感知系統(tǒng)和巡檢系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率很高,需要定期波段進(jìn)行檢測(cè),及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并制定相關(guān)的對(duì)策措施。

    3)為了提升系統(tǒng)的可用性,需要加強(qiáng)對(duì)巡檢站點(diǎn)位置的檢測(cè)和巡檢報(bào)告資料的收集,提高相關(guān)設(shè)備的可靠性和準(zhǔn)確性,很大程度上也需要廠商不斷提高產(chǎn)品的技術(shù)水平和質(zhì)量。

    3 數(shù)字化變電站的關(guān)鍵技術(shù)

    3.1 非常規(guī)傳感器的穩(wěn)定性

    數(shù)字化定期量測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)于建設(shè)數(shù)字化變電站來說起著至關(guān)重要的作用,國(guó)際上對(duì)于傳統(tǒng)的電池進(jìn)行電流和電流互感器的新型互感器稱為非常規(guī)互感器(non-conventional instrument transformer,NCIT),其中,有一種電工效應(yīng)的互感器,被稱為光學(xué)電流,又稱為電壓式電流,在進(jìn)行測(cè)量精確度不穩(wěn)且出現(xiàn)了偏差不應(yīng)該使用無源式互感器,造成這個(gè)主要是因?yàn)榫€性雙折射現(xiàn)象及發(fā)光源器件強(qiáng)度下降,光傳輸環(huán)節(jié)引起偏振角變化和不同材料的維爾德常數(shù)受外界溫度的影響也不同等因素造成。其主要工作是需要工作電源是有源式互感器的主要存在的缺陷問題,激光供電技術(shù)對(duì)高壓電子模板進(jìn)行供電。電子數(shù)字化通訊處理模板詳見表2。電激光供電和有源互感器之間會(huì)互相產(chǎn)生一定的距離。其互感器的使用效果,很大程度上是因?yàn)榧す夤╇娖鞯牟环€(wěn)定性產(chǎn)生了一定的作用[5]。另外,Rogowski 線圈會(huì)很容易受到電磁的干擾,所以光學(xué)互感器就被國(guó)家和社會(huì)重點(diǎn)關(guān)注,因?yàn)榛ジ衅鞔嬖谝欢ǖ膬?yōu)勢(shì),其具有優(yōu)異的線性度和測(cè)量精度以及不會(huì)受到電磁干擾,這也正是因?yàn)樗?dú)特的優(yōu)勢(shì)而受到廣泛的關(guān)注,它的工作原理的改進(jìn)及制造工藝的提高,增強(qiáng)了變電站數(shù)字化的有效性。根據(jù)專家相關(guān)研究報(bào)告,我國(guó)對(duì)于光學(xué)互感器的研究和應(yīng)用取得了一定的發(fā)展,很大程度上推進(jìn)智慧化和數(shù)字化的變電站建設(shè)發(fā)展,以此奠定重要基礎(chǔ)。NCIT 的分類及其采用的主要技術(shù)原理如圖1 所示。

    圖1 CIT 的分類及其采用的主要技術(shù)原理

    表2 電子數(shù)字化通訊處理模板

    3.2 信息的安全性

    IEC 61850 本身對(duì)變電站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性沒有作出相關(guān)的規(guī)定,開放性和標(biāo)準(zhǔn)性給電力系統(tǒng)的運(yùn)行帶來了安全性的問題。因此,對(duì)于信息的保密性和完整性以及確定性和可用性都需要進(jìn)行二次系統(tǒng)保證。為了推進(jìn)數(shù)字化信息化的變電站建設(shè),對(duì)電力系統(tǒng)的信息安全防護(hù)的要求也逐漸提高,IEC 在制定了IEC 60870-5、IEC 61850 等標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,開展了安全標(biāo)準(zhǔn)IEC 62351 的編制,其中:IEC 62351-3 定義了TLS(transport layersecurity),IEC 62351-4 定義了MMS 的安全性,IEC62351-6 定義了IEC 61850 的安全性。因此對(duì)于想要發(fā)展數(shù)字化變電站建設(shè),就一定需要去考慮二次系統(tǒng)的安全防護(hù)問題。需要按照國(guó)家嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)制定相關(guān)的措施策略,例如,防火墻、只讀訪問和閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)訪問等。在加強(qiáng)信息安全防護(hù)措施的同時(shí),還需要考慮到數(shù)字化系統(tǒng)的性能和網(wǎng)絡(luò)寬帶的使用效率和速度帶來的影響。IEC 61850 一致性測(cè)試和性能測(cè)試的關(guān)系如圖2 所示。

    圖2 IEC 61850 一致性測(cè)試和性能測(cè)試的關(guān)系

    4 結(jié)語

    在人工智能下對(duì)變電站智慧化數(shù)字化建設(shè)有著很大的促進(jìn)和提升作用,從傳統(tǒng)模式轉(zhuǎn)變到智能模式,由單一化轉(zhuǎn)向多樣化,操作也從人工操作轉(zhuǎn)變向后臺(tái)一鍵操控,巡視模式從“現(xiàn)場(chǎng)人工巡視”轉(zhuǎn)變到“遠(yuǎn)程智能巡視”等多種模式得到轉(zhuǎn)變和改善,不僅提高了變電站建設(shè)的效率和質(zhì)量,其安全性和穩(wěn)定性也得到了保障,很大程度上促進(jìn)了電力事業(yè)的發(fā)展,希望通過本文的對(duì)變電站智慧化數(shù)字化建設(shè)提供有用的重要參考意義。在未來電力發(fā)展中,非常規(guī)互感器的應(yīng)用以及智能化技術(shù)得到發(fā)展,不斷推進(jìn)變電站智慧化數(shù)字化的發(fā)展,這也就說明了未來我國(guó)在電力行業(yè)會(huì)有質(zhì)的飛躍,變電站自動(dòng)化將全面進(jìn)入全面智慧化與數(shù)字化,成為未來發(fā)展的潮流趨勢(shì),與此同時(shí),也為未來“智慧化數(shù)字化電網(wǎng)”開啟新時(shí)代,奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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