基于二次系统状态的智能变电站高可视化全景调测平台研究

于立涛, 张陶, 王黎, 胡薇, 郝福友

(1.国网青岛供电公司， 青岛 266000；2.山东安信源信息技术有限公司， 济南 250100)

0 引言

而对于智能电网，智能变电站是非常关键的组成部分与重要支持。现阶段我国既已投入的智能变电站规模不断扩大，并在智能变电站标准制定、方案设计、设备研发、运行维护等各个方面都是实现了一定的突破性发展。但是，智能变电站二次设备的实现与应用方式依旧产生了巨大变化，特别是调试与施工等方面，差异十分显著，从而使得智能变电站二次系统的调试难度有所增加，涉猎范围明显扩大，调试设备随之增多，进而直接阻碍了智能变电站工程施工效率与质量。因此，深入探究智能变电站二次系统集成调测具有十分重要的现实意义。在智能变电站逐渐普遍化的形势下，对变电站二次系统进行调测，选取科学合理的、高效的调测方法，能够有效降低变电站的构造实践，具备较高的应用价值。而且在智能变电站数字化和网络化的不断发展形势下，以信息为基础的自主采集与检测等性能，能够实现智能变电站的二次系统高可视化全景调测。所以，本文进行了基于二次系统状态的智能变电站高可视化全景调测平台设计，实现了对二次设备的直观有效调控，提高了变电站的运行效率与质量。[1]

1 可视化平台

新型智能变电站可视化平台是以全体业务作为基础，针对变电站基础运行数据与高级应用进行可视化管理。

1.1 结构与功能

就相关设计要求，一体化信息平台是智能变电站中唯一并统一的信息平台，其融合了传统多个变电站子系统的有效功能，即综合自动化、动态监测系统、保护信息管理系统等等，通过融合实现横向设备与子站信息共享，纵向数据与源端维护，进而在一定程度上保证了变电站的运行效率与稳定性、可靠性。一体化信息平台架构设计具体如图1所示。

图1 一体化信息平台架构示意图

基于这一平台，统一管理运行数据、状态数据保护信息远动。

就结构而言，一体化平台主要包含四部分，即硬件接口、数据库、通信模块、第三方应用。其中，硬件接口连接底层设备，与采集状态状态、开关量信息相关联。在经过网络通信之后，在数据库中进行保存，以平台为基础的应用能够实现数据库中的数据信息抽调应用，同时还支持基于第三方应用与平台相连接，以此将平台的多元化功能充分发挥出来。具体功能结构如图2所示。

图2 一体化业务平台功能结构

智能变电站一体化业务平台主要基于三大技术，即全景数据库技术、通信标准化技术 、信息可视化技术，集成数据归一化模块与数据校验模块。针对外部提供相关接口，即应用程序编程接口、查询语言接口、标准化通信接口，从而向实时与非实时数据进行访问，并传输文件。

1.2 技术

1.2.1 全景数据库技术

一体化平台业务应用都是基于全景信息数据，所以，站内应先构建全景信息平台，全面融入不同系统资源，即暂稳态数据、设备状态数据、图像运行工况等等，从而使得系统监控成本大大降低。变电站二次设备与一次之间根本不需要通信接口，能够即插即用。上级主站与子系统能够利用通信接口，将变电站基础数据调取出来加以利用，信息采集方式十分灵活，维护成本非常低。全景信息平台系统结构与功能具体如图3所示。

1.2.2 通信标准化技术

通信标准化技术主要是以统一平台为基础，统一通信协议、设备与通信流。与IEC61850标准设备之间通信，需要应用标准网络结构与通信接口。而非标准设备通信，则应利用智能接口协议转换方式实现通信。通信标准化主要包含两大部分，即站内标准化与站外标准化，其中站内平台与系统间交互，而站外平台则与调控主站等上级系统交互。

图3 全景信息平台系统示意图

1.2.3 信息可视化技术

信息可视化技主要通过可视化模型抽象信息，将应用程序差异摒除，在应用时，只需要进行标准接口加载，促使各种应用的可视化具备一定的扩展基础。智能变电站监控系统已经具有了较优的可视化展示与人机交互界面，可以充分发挥其各种功能，即数据访问、存储、图形展示、人机界面操控、告警直传等。[2]

2 智能变电站三维全景高可视化

2.1 三维全景可视化

采用三维全景形式，展示智能变电站所处场景、设备运行维护信息等，以此促使智能变电站设备与数据信息实现三维可视化管理。基于三维全景技术，动态化展示变电站，其与现场实际状况完全相符，并且能够放大设备，清楚观察表计读数和压板定值。同时还可以和电力PMS系统、视频监控系统等实现集成，通过在全景模型中实时观察PMS数据，帮助运行维护人员全面了解设备的性能，以此实时监控变电站设备与运行维护数据信息。

2.2 三维全景实景仿真

在全景中可以全角度浏览变电站设备，并支持实时查看PMS数据，有助于相关人员通过全景模型观察学习设备的详细数据信息，并充分了解设备功能与性能参数。通过动态场景融合技术，实现场景的有机融合，相关人员能够随时共享关于设备巡视、倒闸操作等各个方面的知识培训，支持多人之间联机VR场景进行学习。[3]

2.3 智能变电站信息可视化

在智能变电站中，有许多设备监控与数据子系统，各个系统相互协作运转，相互弥补，共同承担着监控智能变电站设备运行的任务，以为智能变电站正常有序运行提供重要保障。但是，各数据系统之间都是相互独立的，无法显示在统一的数据平台上，在平时工作中，需要同时打开多个系统，并在系统间相互切换，才能够获得有效数据信息，在日常运行维护或出现故障的时候，难以综合分析系统数据状况，帮助日常巡检与发生故障后的数据处理，这就在很大程度上影响了巡检与故障排除工作的开展，因此，应基于统一的可视化监控平台整合多项数据系统。[4]

3 基于二次系统状态的智能变电站高可视化全景调测平台设计

3.1 结构

基于二次系统状态的智能变电站高可视化全景调测平台具体如图4所示。

图4 调测平台结构图

首先，可以融合SCD配置模型所反馈的静态信息与报文事件，并对变电站IED与外部信息的交互接口状态进行实时检测，以此获得变电站二次系统所存在的问题。[5]其次，对保护与遥控过程等业务流程进行全方位检测。再次，对变电站重点事件进行关联性探究，获得造成二次设备故障的主要原因，并利用科学合理的操作技术调测故障事件。[6]最后，基于三维可视化技术，在三维场景中进行报警和推图等，直观形象地描述设备的状态信息，以此保证维修人员有效分析设备运行状态。[7]

3.2 智能移动调测终端的应用

调测平台主要利用移动终端针对智能变电站进行调测，促使其成为分析重点，智能移动调测终端可以进一步为二次系统调试奠定坚实的基础，以促使系统调测的可视化水平得到明显提升。此终端设备融合了以ARM微处理器和安卓系统为基础的平板技术、嵌入式FPGA技术，其中FPGA技术能够实时操作变电站的通信报文。

智能移动调测终端属性为：触摸屏为8寸，可以进行室外作业；基于安卓系统进一步强化处理分析；通过大量的连接口和智能站通信系统之间实现有效通信，从而实现各种变电站内部数据调测的通信；所包括的工业电池具备十分强大的续航能力；集成了各种性能的APP，全面分析和调控智能变电站二次设备的运行状态。

智能移动终端调测具体如图5所示。

图5 智能移动调测终端

从中可知，通过利用智能移动调试终端，能够从后台SCD管理与控制系统中，获得SCD文件和配置信息。针对智能变电站二次系统信息，进行高可视化展示与深入探究，从而实现智能变电站二次系统设备信息的全过程高可视化分析与处理。基于智能移动调测终端可以收集到变电站中的各种报文，并与SCD静态配置信息相融合，以此对变电站二次系统进行高可视化全景调测。[8-10]

3.3 信息数据平台设计

智能变电站二次系统状态信息数据平台具体如图6所示。

主要包含二次设备状态在线检测与离线数据信息。智能变电站二次设备状态在线检测能够检测到融合单元、通信系统、继电保护等相关内容，并基于通信网络传输信息到数据平台上。离线数据主要是由历史数据和属性的不足所组成的，所谓历史数据包括状态巡检数据、设备故障记录、设备检修数据等。以智能变电站二次系统状态信息数据平台为基础，可以实时分析二次系统的设备运行状况及其中所存在的风险，以此获得最佳方案，实现二次系统实时调测。[11]

图6 智能变电站二次设备综合数据平台

4 基于二次系统状态的智能变电站高可视化全景调测平台实现

4.1 检修方案

基于二次系统状态的智能变电站高可视化全景调测平台的状态检修流程主要为：其一，根据二次系统设备老化失效模型，设置在设备稳定性分析中必需的数据信息。其二，设置需检测的二次设备检测点向各个方面进行转移的变换率。其三，基于随机过程原理，以输入产生对各个状态下的稳态概率与时间为基础进行计算。另外，还应以设备即时状态为基础进行分析，获得设备的稳定性分析指标与运行周期。其四，针对设备历史工作状况和状态在线检测结果做进一步详细分析，以判断设备的健康稳定状态。其五，想要获得智能变电站二次设备的检修方案，应以设备即时运行状态为基础深入分析，并对各种检索方案成本与效益进行分析，以此获取最佳检修方案。其六，以检修方案实施的灵敏性为基础，进一步改进检修方案，并以目标优化为基础，获取检修方案中各种参数的最优值。其七，利用蒙特卡洛法进行分析，从而获得各种设备状态工作时间的排列。并适当调整设备状态模型中的参数，进而为改进检修方案提供帮助。[12-13]

4.2 结果分析

基于OPEN3000调度自动化系统对智能变电站二次系统高可视化全景调测平台进行检测，系统能够实时收集平台的运行状态信息，还可以通过诊断程序获得总结报告。此平台能够十分准确地获得故障数据信息，则代表着其可以实现智能变电站二次系统高可视化全景调测。在驱动平台诊断程序之后，先检索故障区域，利用继电保护设备动作逻辑与原理，能够有效缓解设备故障集，通过详细分析获得故障设备，并进一步深入分析故障，从而获得故障设备及其状态，进而生成分析报告。这就说明此平台实现了对设备故障的直观形象显示，具备良好的可视化性能。[15]

5 总结

综上所述，在我国电网建设中，智能变电站是关键所在，其与二次设备系统目标之间息息相关。在智能变电站数字化与网络化不断发展的影响下，以信息自主采集和检测等相关性能为基础，进一步实现智能变电站的二次系统高可视化全景调测，从而构建基于二次系统状态的智能变电站高可视化全景调测平台，以此更加直观、科学有效地进行二次设备调控，提高变电站的运行效率。而且，通过在平台中融入智能移动调测，能够实现二次设备调测可视化检测功能的强化，更加准确地调整智能变电站二次系统故障，进而保证智能变电站二次系统得以正常有序运行。