文献标识码：B文章编号：1003-0492（2023）09-064-04中图分类号：TP273

★钱海，袁月（江苏广恒新能源有限公司，江苏南京210016）

★郭冲，许超，王均平（如东广恒新能源有限公司，江苏如东226301）

★卿子龙（国网电力科学研究院，江苏南京210031）

关键词：新能源；升压站；智慧型综合自动化系统；IEC61850

中国目前的能源消费是以化石能源为主，能源安全、生态环境、气候变化等问题突出^[1]。风电、光伏作为可再生清洁能源，在世界各国引起了越来越多的关注。风电、光伏发电得到了快速的发展，生产成本也不断降低，但高比例新能源的并网也带来了电力系统安全运行等问题^[2]。传统的运行、维护、管理等模式，已不能满足新能源快速发展的需求。大数据、云计算、物联网、人工智能等先进技术的快速发展和广泛应用^[3~4]，为新能源场站的智能化、智慧化建设提供了强大的技术支撑。

本文首先分析了新能源升压站综合自动化系统的现状；接着在研究升压站智能化、智慧化发展的基础上^[5~7]，提出了新能源升压站智慧型监控管理综合一体化系统的设计理念，并研究了该系统的体系架构；最后通过对新能源升压站的智慧化建设目标的深入研究，提出了该系统功能的主要技术特征。

1　新能源升压站综合自动化系统的现状

目前，在新能源升压站的综合自动化系统中，已按照需求配置了多个功能子系统。但这些功能子系统普遍存在信息不规范、功能不完善等问题，相互独立的功能子系统形成了互通不足的信息孤岛，主辅设备设施之间的协调控制不足，难以实施互联互动。目前，主要存在如下问题：

（1）系统的功能子系统之间信息共享不足，协调控制极为不便；

（2）功能单一的辅控功能子系统多而独立分散，难以实现主辅设备之间的互联互动；

（3）设备状态监测功能不完善，难以判别设备的故障形态；

（4）智能化程度低，巡检巡视功能也待完善；

（5）全站缺乏简单而高效的运维管控手段。

2　新能源升压站智慧化的建设需求

综合自动化系统是新能源升压站运行管理的大脑，但目前升压站的智能化水平仍较低，智慧化建设是保障新能源升压站安全、稳定运行的主要措施。大数据、云边计算、电力物联网、移动互联、人工智能等先进ICT技术的快速发展和广泛应用，为新能源升压站的智慧化建设提供了强大技术支撑。新能源升压站的智慧化建设，能有效改进以下多方面的工作：

（1）升压站可以实施无人值守，减少现场运维的工作量；

（2）电气设备可以实施状态检修，提升运维效益；

（3）全景监测监视能力，提升全站的全面管控力度；

（4）设备和系统的数智化程度提高，有助智慧化决策；

（5）全面促进新能源场站的安全生产与可靠运行。

3　智慧型综合自动化系统的体系架构

目前新能源场站在不同层次的各个环节中，都配套相应的信息采集与控制系统。新能源升压站的智慧化建设以设备状态全息感知、机器替代人工巡检、设备缺陷主动预警、设备故障智能诊断、远程操作一键顺控、主辅设备智能联动、运维管控智慧决策以及设备资产全寿命周期管理为建设目标；以主辅设备的状态信息全面感知、设备故障的智能诊断与预警、主辅设施的协调互联互动、全站运维管理智慧决策为建设重点，按照数字化信息采集、标准化通信接口、智能化互联互动的一体化设计理念，广泛运用大数据、云边计算、泛在物联网、人工智能、区块链、数字孪生、元宇宙等先进技术，大幅提升了新能源升压站的智慧化管控水平。智慧型综合自动化系统的体系架构如图1所示。

图1 新能源升压站智慧型综合自动化系统的系统架构

新能源升压站智慧型综合自动化系统的一体化信息平台，采用分层、分布、开放式的两网三层体系结构，统一智能设备接入的通信接口及协议标准，实现设备、系统之间的连接。智慧型综合自动化系统分为过程层、间隔层、站控层。一体化综合平台全面整合了各子系统的功能，实现了全站的全景可视化集中监控，实现了过程智能设备层、间隔功能（保护、控制）层、站控生产监控以及智慧管理决策层之间的一体化融合，统一了全站的监控和管理。过程层设备包括变压器、电流/电压互感器等设备及其所属的合并单元、智能终端和独立的智能电子装置，为一体化综合监管平台提供基础数据；间隔层包括智能化二次设备与功能子系统，间隔层装置包括保护、测控、计量、安全稳定、故障录波等智能化装置，还包括状态监测、辅助监控等功能子系统；站控层设备包括数据服务器、一体化监控主机、工作站、通信网络设备等。在站控层及站控层网络失效的情况下，间隔层设备仍能独立完成各自的工作。站控层MMS网络架构采用双重化以太网，单一网络故障时，系统功能正常运行；过程层GOOSE网和SV网合一，GOOSE网用于间隔层和过程层设备之间的状态与控制信息数据的传输，SV网用于传输过程层设备的数字化采样值。

根据安全防护要求,综合自动化系统分为四个安全区域：I区是实时监控区；II区是状态监测与辅助设施监控区；III区是生产管理区；IV区是智能化视频与运检区。

4　智慧型综合自动化系统功能的技术特征

智慧型综合自动化系统以一次设备智能化、二次设备网络化、全站信息数字化、信息共享标准化、系统功能一体化、高级应用互动化、设备状态可视化、运维管理智慧化为建设目标，采用智能化一次设备，支持在线分析、智能调节、协同互动等工作，统一接入、存储和管理设备的运行状态信息，实现运行监视、操作与控制、信息分析与智能告警、运行管理和高级应用等功能，实现设备资产的全寿命周期管理。智慧化建设的主要内容包括设备状态监测的智能化、大数据分析的系统化、故障智能诊断的远程化、控制调节的协调化、主辅设备之间互动化、设备及备件管理的智能化以及运维决策的智慧化等方面，实现全站可观测、可调控，实现风险不可控运维向生产可控运维的转变。

4.1　设备智能化功能更加强大

智能化一次设备融合了状态在线检测、故障智能诊断功能，保护测控、状态监测、标准信息接口一体化，功能更集成，结构更合理，能及时准确地判断缺陷情况，有助做出合理的修复策略。

4.2　辅助综合监控的智能化联动

基于IEC61850标准，辅助综合监控系统有效集成了火灾消防、环境监测、空调环境、照明灯光、箱门锁具、安全防范等智能化子系统，统一收集子系统的信息，进行子系统数据高度融合，为子系统间的联动提供了基础支撑。

（1）火情消防的智能联动。火灾消防系统能实现对不同类型火情的探测、远程报警以及灭火功能；还可与视频监控、照明、安防等智能化子系统联动。综合监控平台还可联动所在地域的消防中心。

（2）安全锁控的智能联动。依托实物ID与RFID感知技术，可快速识别设备，实现锁控设备互联和信息共享、锁控操作与防误操作智能联动。当某设备异常时，自主联动相关设备，协同处理，并自动将图像、声音、波形等信息推送给相关人员，提供处理决策的信息。

4.3　设备状态监测的可视化

利用先进传感技术和物联网技术，可以对主变压器、GIS等关键一次设备和重要二次设备的运行状态进行实时监测，智能化评估分析后给出预警信息和诊断结果。可视化主要是通过大屏幕显示、移动终端等设备向运行与管理人员展示升压站的当前运行状况。

4.4　智能化的联合巡视巡检

视频监控主要对各设备室以及出入口进行图像视频监视设备表计抄录、人员跟踪，并结合图像智能识别以及自动预警等技术，实现异常预警、现场管控等功能。智能巡检机器人具有设备外观巡视、红外测温、表计识别等功能，可代替人工巡视巡检配电室等区域。无人机利用高清视频拍摄功能，还可巡视升压站的内外场景。

巡视巡检联合系统采用多种先进传感器和采集设备，实现设备状态的全面感知；整合全站多源数据，通过图像识别、音频分析，并利用人工智能技术进行智能诊断，实现故障隐患的主动预警；结合实时音视频，通过三维可视化技术，实现虚实结合的立体化全景展示。

4.5　高级应用功能的一体化

智能化综合高级应用功能对变压器、电容器组、SVC进行协同优化控制，对引起无功电压波动的无功电源投切、变压器抽头调整等工况进行实时跟踪，以全站无功电压的调节要求作为综合控制策略，进行全站综合调控。基于SCADA的变压器实时经济运行方式，将经济负荷率引入全站的综合寻优控制之中，智能地给出优化控制策略，平抑电压无功波动，可以提升电能质量以及全站的经济运行。一体化协调互动在横向上精确协调控制有功和无功，确保在有功调控时不会导致电压异常；在纵向上实现升压站与调度主站之间的双向互动，提高了新能源并网的友好程度。

4.6　生产运维管理的智慧化

运维管理的智慧化建设包括在运行检修、物资台账等方面开展运行检修、文档查阅等方面的智能化管理，显著提升了场站的管理水平。运行检修以设备运行数据为基础，基于状态在线监测和智能巡检，进行远程视频专家诊断，践行状态运维新模式。物资台账管理基于设备物资的统一标准化编码，实现设备资产的数字化管理。构建集中统一的精细化发电运行和生产管理平台，可以支持运维检修一体化全流程闭环管理，支持资产设备全生命周期管理。设备状态全景化监视、信息数据智能化分析、运维管理智慧化决策的运维护模式，提升了全站的精益化管控水平。

5　结语

本文提出了新能源升压站智慧型综合自动化系统的设计理念，着重分析、研究了一体化系统的体系架构和功能的技术特征，为新能源升压站的智慧化建设指明了方向。在智慧化的建设实践中，我们要遵守循序渐进的进程，关键是要积极探索大数据、云边计算、物联网、移动互联、人工智能等新技术的应用研究，逐步使全站更加智能、更加智慧；并通过创建升压站的智慧化运维新模式，不断提升全站的智能化监控和智慧化管理的水平，提高新能源场站的投资收益水平。

作者简介：

钱　海（1986-），男，学士，现就职于江苏广恒新能源有限公司，研究方向为风机并网控制、风电场运维。

袁　月（1988-），女，学士，现就职于江苏广恒新能源有限公司，研究方向为电网运行监控。

郭　冲（1985-），男，学士，现就职于如东广恒新能源有限公司，研究方向为变压器稳定与控制。

许　超（1990-），男，学士，现就职于如东广恒新能源有限公司，研究方向为新能源储能技术。

王均平（1984-），男，学士，现就职于如东广恒新能源有限公司，研究方向为继电保护仿真和分析。

卿子龙（1965-），男，湖南邵阳人，高级工程师，硕士，现就职于国网电力科学研究院，研究方向为电力系统控制、保护及自动化系统和发电过程自动化系统。

参考文献：

[1] 舒印彪, 张智刚, 郭剑波, 等. 新能源消纳关键因素分析及解决措施研究[J]. 中国电机工程学报, 2017, 37 (1) : 1 - 8.

[2] 张运洲, 刘俊, 张晋芳, 等. 中国新能源“后补贴时期”发展分析[J]. 中国电力, 2019, 52 (4) : 1 - 7.

[3] 江秀臣, 盛戈嗥. 电力设备状态大数据分析的研究和应用[J]. 高电压技术, 2018, 44 (4) : 1041 - 1050.

[4] 李庆民, 于万水, 赵继尧. 支撑双碳目标的风光发电装备安全运行关键技术[J]. 高电压技术, 2021, 47 (9).

[5] 卿子龙, 吕良君, 王伟. 海上升压站智能化建设的探索[J]. 工业控制计算机, 2021, 10.

[6] 卿子龙, 柏嵩, 刘剑欣. 海上升压站智慧化建设研究[J]. 电工电气, 2021, 12.

[7] 卿子龙, 孔庆香. 海上风电场智慧型监控管理一体化系统[J]. 分布式能源, 2021, 6 (5) : 59 - 63.

摘自《自动化博览》2023年9月刊