CN113689064A - 一种透明化变电站管理系统架构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透明化变电站管理系统架构，包括状态感知层、设备控制层、网络传输层、数据监管平台层和信息应用层；状态感知层用于采集变电站内的相关监管设备状态数据和环境状态数据以及工作人员的操作安全状态数据；设备控制层用于对变电站内的电气一次设备及其关联的电气二次设备进行智能操控；网络传输层用于传输变电站管理系统中生成的若干类数据；数据监管平台层用于采用中心计算与边缘计算相结合的方式对接收到的数据进行整合加工与再分配；信息应用层用于实时解析变电站管理系统中生成的若干类数据进而获取变电站的全生命周期过程。上述架构可实现对变电站的状态全面感知、信息深度透明和运行高度智能，以满足电力企业的管理需求。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种透明化变电站管理系统架构。
背景技术
透明电网即把现代信息技术与电网相结合，在电网上安装小微智能传感器，让电力系统的各个环节展示出来，包括电源信息透明、网络信息透明、市场信息透明、设备状态透明、运行状态透明、交易状态透明等，形成“透明电网”。变电站作为发电过程与用电过程之间的重要桥梁，在电网系统构建工程中起着重要的承接作用，也是保障整个电网系统安全运行的关键。因此，透明化变电站成为“透明电网”建设的重要组成部分，但现阶段针对透明化变电站的专项研究成果较少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种透明化变电站管理系统架构，可实现对变电站的状态全面感知、信息深度透明和运行高度智能，以满足电力企业的管理需求。
为了解决上述问题，本发明提出了一种透明化变电站管理系统架构，所述架构包括状态感知层、设备控制层、网络传输层、数据监管平台层和信息应用层；其中，
所述状态感知层用于对变电站内的相关监管设备状态数据和环境状态数据以及工作人员的操作安全状态数据进行采集；
所述设备控制层用于对变电站内的电气一次设备及其关联的电气二次设备进行智能操控；
所述网络传输层用于对变电站管理系统中生成的若干类数据进行传输；
所述数据监管平台层用于以业务需求为导向，采用中心计算与边缘计算相结合的方式对接收到的数据进行整合加工与再分配；
所述信息应用层用于对所述变电站管理系统中生成的若干类数据进行实时解析并获取变电站的全生命周期过程。
可选的，所述状态感知层包括智能传感器子系统、视频监控子系统、照明控制子系统、空调控制子系统、消防管理子系统、门卫管理子系统和巡检机器人；
所述智能传感器子系统作为核心系统，用于利用若干类传感器以自组织方式构建一个无线传感器网络，以对变电站内的相关监管设备状态数据和环境状态数据进行采集；上述其他子系统作为辅助系统，用于对变电站内工作人员的操作安全状态数据进行采集，其中所述操作安全状态数据包括员工行为监控数据、灯光设备调控数据、空调运行调控数据、烟雾报警器状态数据、门禁状态数据和高压设备巡检数据。
可选的，所述相关监管设备状态数据包括主变局部放电状态数据、GIS 设备状态数据、六氟化硫断路器的气体压力数据、变压器的油色谱数据和避雷器状态数据，所述环境状态数据包括变电站内的温湿度数据、风速数据、水浸数据、光照数据和粉尘浓度数据。
可选的，所述设备控制层包括芯片化保护装置、智能断路器控制设备、智能变压器控制设备、电动机构控制设备和遥控操作控制设备；
所述芯片化保护装置作为核心器件，用于对变电站内的电气一次设备及其关联的电气二次设备进行调度综合自动化系统建设、厂站端综合数据平台建设、调度端横向专业融合、厂站端横向专业融合和纵向需求贯通的一系列操作；上述其他控制设备作为辅助器件，用于对变电站内的电气一次设备及其关联的电气二次设备进行动作管控。
可选的，所述网络传输层包括以物联网技术和5G通信技术相融合的无线通信网络。
可选的，所述数据监管平台层包括数据中台和大数据处理平台；
所述数据中台用于构建基于贴源层、共享层和分析层的服务架构，并通过应用需求迭代方式对变电站的运行管理进行相关数据整合；
所述大数据处理平台用于通过若干个数据处理技术的集成对接收到的数据进行加工与再分配，其中所述若干个数据处理技术包括数据清洗、数据聚合、数据共享、数据融合、数据挖掘和数据存储。
可选的，所述信息应用层包括站内状态监测应用子系统、站内故障诊断应用子系统、专家决策应用子系统、一键式顺控应用子系统、人机交互应用子系统和数字孪生应用子系统。
本发明实施例所提出的透明化变电站管理系统架构，通过集成若干类应用设备并引入针对设备运行数据所关联的若干类数据处理技术，可实现对变电站的状态全面感知、信息深度透明和运行高度智能，有助于预测变电站内的变化趋势，以满足电力企业的管理需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中的透明化变电站管理系统架构的结构组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1，图1示出了本发明实施例中的透明化变电站管理系统架构的结构组成示意图。
如图1所示，一种透明化变电站管理系统架构，所述架构包括状态感知层、设备控制层、网络传输层、数据监管平台层和信息应用层；其中所述状态感知层用于对变电站内的相关监管设备状态数据和环境状态数据以及工作人员的操作安全状态数据进行采集；所述设备控制层用于对变电站内的电气一次设备及其关联的电气二次设备进行智能操控；所述网络传输层用于对变电站管理系统中生成的若干类数据进行传输；所述数据监管平台层用于以业务需求为导向，采用中心计算与边缘计算相结合的方式对接收到的数据进行整合加工与再分配；所述信息应用层用于对所述变电站管理系统中生成的若干类数据进行实时解析并获取变电站的全生命周期过程。
在本发明具体实施过程中，所述状态感知层包括智能传感器子系统、视频监控子系统、照明控制子系统、空调控制子系统、消防管理子系统、门卫管理子系统和巡检机器人；其中，所述智能传感器子系统作为核心系统，用于利用若干类传感器以自组织方式构建一个无线传感器网络，以对变电站内的相关监管设备状态数据和环境状态数据进行采集，方便实时监测变电站内外状态的细微变化；上述其他子系统作为辅助系统，用于对变电站内工作人员的操作安全状态数据进行采集，其中所述操作安全状态数据包括员工行为监控数据、灯光设备调控数据、空调运行调控数据、烟雾报警器状态数据、门禁状态数据和高压设备巡检数据。
由于传感器是构成现代变电站信息系统和自动化系统的物理基础，本发明实施例提出建设变电站透明化的首要任务是在变电站各区域全面铺设合适的传感器，使得所述智能传感器子系统可采集到变电站内的相关监管设备状态数据包括主变局部放电状态数据、GIS(Gas Insulated Switchgear，气体绝缘开关柜)设备状态数据、六氟化硫断路器的气体压力数据、变压器的油色谱数据和避雷器状态数据，以及采集到变电站内的环境状态数据包括变电站内的温湿度数据、风速数据、水浸数据、光照数据和粉尘浓度数据。
在本发明具体实施过程中，所述设备控制层包括芯片化保护装置、智能断路器控制设备、智能变压器控制设备、电动机构控制设备和遥控操作控制设备；其中，所述芯片化保护装置作为核心器件，其以单一芯片取代传统化保护装置内部所集成的若干板卡和插件，用于对变电站内的电气一次设备及其关联的电气二次设备进行调度综合自动化系统建设、厂站端综合数据平台建设、调度端横向专业融合、厂站端横向专业融合和纵向需求贯通的一系列操作；上述其他控制设备作为辅助器件，用于对变电站内的电气一次设备及其关联的电气二次设备进行动作管控。
在本发明具体实施过程中，所述网络传输层包括以物联网技术和5G通信技术相融合的无线通信网络，以解决各层级设备之间的通讯问题。传统的变电站主要通过光纤通信、有线电通信等方式进行设备关键节点的通信连接，但是考虑到变电站透明化后会拥有海量的监控视频数据和高度分散且测量点众多的传感数据以及指令数据，当前的网络传输设备已不能满足实际应用需求，因此本发明实施例提出利用5G通信技术来实现监控视频数据的传输以及利用物联网技术来实现传感数据和指令数据的传输，此设置方式取决于5G通信技术具备高速率、高容量、高可靠性、低时延和低能耗等特点，物联网技术具备传输距离远(一般超过5km)、节点功耗低(在典型物联网场景下两节AA电池可以使用10年)和运行维护成本低(网络结构简单)等特点。更进一步的，考虑到所述网络传输层在设备安装层面的便捷性和性价比以及在信息传输层面的安全性等因素，选用LoRa(Long Range Radio，远距离无线电)技术来实现传感数据和指令数据的传输。
在本发明具体实施过程中，所述数据监管平台层包括数据中台和大数据处理平台；其中，所述数据中台用于构建基于贴源层、共享层和分析层的服务架构，并通过应用需求迭代方式对变电站的运行管理进行相关数据整合；所述大数据处理平台用于通过若干个数据处理技术的集成对接收到的数据进行加工与再分配，其中所述若干个数据处理技术包括数据清洗、数据聚合、数据共享、数据融合、数据挖掘和数据存储，且通过采用这种分布式计算架构可实现对海量不同类别高维度数据的深入挖掘(体现在数据预测、数据分类、关联规则分析、聚类分析和离群分析这五大任务)，由此将变电站的数据功能从基本的传输显示层面逐渐提升到信息认知层面。
在所述基于贴源层、共享层和分析层的服务架构中，所述贴源层定位为贴近电力公司源业务系统，用于存储所述源业务系统的存量和增量数据，所述共享层定位为模型层，用于存储按照国家电网公司下发的公共数据模型(即SG-CIM模型)整合转换的模型表，所述分析层用于存储按照业务逻辑处理后的结果表。上述三层结构之间的数据流向具体表现为：所述贴源层根据实际业务需求配置增量数据的接入频度，使得所述源业务系统可利用现有数据接入工具按照所述接入频度执行增量数据的传输；所述共享层通过现有数据集成开发工具构建SG-CIM模型，并利用所述SG-CIM模型对所述贴源层中的增量数据进行清洗整合再形成模型表；所述分析层按照业务场景需求对所述共享层中的模型表进行数据开发再形成结果表。
本发明具体实施过程中，所述信息应用层包括站内状态监测应用子系统、站内故障诊断应用子系统、专家决策应用子系统、一键式顺控应用子系统、人机交互应用子系统和数字孪生应用子系统；其中，所述站内状态监测应用子系统和所述站内故障诊断应用子系统主要关联着所述状态感知层的运行状况，所述专家决策应用子系统主要根据所述站内状态监测应用子系统和所述站内故障诊断应用子系统的所有反馈信息进行有关问题分析，比如风险评估分析、投资成本效益分析、客户体验效果分析等，所述一键式顺控应用子系统主要关联着所述设备控制层的运行状况，所述人机交互应用子系统主要关联着所述数据监管平台层的运行状况，所述数字孪生应用子系统作为所述信息应用层的核心系统，可根据上述其他子系统中的所有数据来实现多源异构信息融合与交互的实体行为高级仿真过程，通过结合虚拟现实技术进一步反映出变电站的全生命周期过程。
更为具体的，所述数字孪生应用子系统采用数字孪生技术，其集成多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，同时结合特定对象的物理模型来构建出该特定对象所完整映射的虚拟模型，由此刻画该特定对象在真实环境下的属性、行为和规则等。在本发明实施例中，当物理变电站通过数字孪生技术进行全要素数字化形成孪生变电站之后，可将物理变电站内的复杂能量信息之间所形成的耦合运行关系分解成可模拟计算的数学关系，进一步实现物理变电站的实时运营状态可视化，同时多尺度时空推演优化结果，确定物理变电站的优化轨迹锚点以及时纠偏调整，智能化管理运营物理变电站，以全面提高物理变电站内部的能量信息资源的配置效率和运转状态。
本发明实施例所提出的透明化变电站管理系统架构，通过集成若干类应用设备并引入针对设备运行数据所关联的若干类数据处理技术，可实现对变电站的状态全面感知、信息深度透明和运行高度智能，有助于预测变电站内的变化趋势，以满足电力企业的管理需求。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的一种透明化变电站管理系统架构进行了详细介绍，本文中采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种透明化变电站管理系统架构，其特征在于，所述架构包括状态感知层、设备控制层、网络传输层、数据监管平台层和信息应用层；其中，
所述状态感知层用于对变电站内的相关监管设备状态数据和环境状态数据以及工作人员的操作安全状态数据进行采集；
所述设备控制层用于对变电站内的电气一次设备及其关联的电气二次设备进行智能操控；
所述网络传输层用于对变电站管理系统中生成的若干类数据进行传输；
所述数据监管平台层用于以业务需求为导向，采用中心计算与边缘计算相结合的方式对接收到的数据进行整合加工与再分配；
所述信息应用层用于对所述变电站管理系统中生成的若干类数据进行实时解析并获取变电站的全生命周期过程。
2.根据权利要求1所述的透明化变电站管理系统架构，其特征在于，所述状态感知层包括智能传感器子系统、视频监控子系统、照明控制子系统、空调控制子系统、消防管理子系统、门卫管理子系统和巡检机器人；
所述智能传感器子系统作为核心系统，用于利用若干类传感器以自组织方式构建一个无线传感器网络，以对变电站内的相关监管设备状态数据和环境状态数据进行采集；上述其他子系统作为辅助系统，用于对变电站内工作人员的操作安全状态数据进行采集，其中所述操作安全状态数据包括员工行为监控数据、灯光设备调控数据、空调运行调控数据、烟雾报警器状态数据、门禁状态数据和高压设备巡检数据。
3.根据权利要求2所述的透明化变电站管理系统架构，其特征在于，所述相关监管设备状态数据包括主变局部放电状态数据、GIS设备状态数据、六氟化硫断路器的气体压力数据、变压器的油色谱数据和避雷器状态数据，所述环境状态数据包括变电站内的温湿度数据、风速数据、水浸数据、光照数据和粉尘浓度数据。
4.根据权利要求1所述的透明化变电站管理系统架构，其特征在于，所述设备控制层包括芯片化保护装置、智能断路器控制设备、智能变压器控制设备、电动机构控制设备和遥控操作控制设备；
所述芯片化保护装置作为核心器件，用于对变电站内的电气一次设备及其关联的电气二次设备进行调度综合自动化系统建设、厂站端综合数据平台建设、调度端横向专业融合、厂站端横向专业融合和纵向需求贯通的一系列操作；上述其他控制设备作为辅助器件，用于对变电站内的电气一次设备及其关联的电气二次设备进行动作管控。
5.根据权利要求1所述的透明化变电站管理系统架构，其特征在于，所述网络传输层包括以物联网技术和5G通信技术相融合的无线通信网络。
6.根据权利要求1所述的透明化变电站管理系统架构，其特征在于，所述数据监管平台层包括数据中台和大数据处理平台；
所述数据中台用于构建基于贴源层、共享层和分析层的服务架构，并通过应用需求迭代方式对变电站的运行管理进行相关数据整合；
所述大数据处理平台用于通过若干个数据处理技术的集成对接收到的数据进行加工与再分配，其中所述若干个数据处理技术包括数据清洗、数据聚合、数据共享、数据融合、数据挖掘和数据存储。
7.根据权利要求1所述的透明化变电站管理系统架构，其特征在于，所述信息应用层包括站内状态监测应用子系统、站内故障诊断应用子系统、专家决策应用子系统、一键式顺控应用子系统、人机交互应用子系统和数字孪生应用子系统。
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