人工智能下变电站智慧化数字化建设与研究

陈博文， 马 超

（国电南瑞南京控制系统有限公司， 江苏 南京 210000）

0 引言

随着我国经济不断提升，人们生活质量不断提高，用电需求也越来越大。因此，电网中变电数量越来越多，增加了很多变电站的任务，道闸操作次数也逐渐变多，导致工作人员的任务越来越重。但是随着变电站无人化的发展，传统的变电站已经不能满足现代现阶段的变电站发展需求，主要是因为传统的电气防务和测控防务不能满足现阶段综合防务的需要，需要对变电站行业相关业务进行智慧化改造，以此来适应现在社会的发展需要。

1 变电站使用的运检新技术

1.1 智慧化辅助控制系统简介

智慧化辅控系统融合了变电站的建设条件，将变电站的巡视系统变成智能化，设备的跟踪状态，主辅设备联动，站内监控等功能不断提高。在智慧化辅助控制系统中，一共有199 个智能表和无线传感器所采集的449 个监控数据全部整合在一起，便于在进行监测时提供有效的数据分析，通过数据分析可以监测断路器机械的噪音强度，及监测断路器机械的湿度温度和避雷器漏电等进行关键的数据分析。如果发生问题是会预先发出警告，便于工作人员对此提出措施来解决工作人员的个人行为，如抽烟、穿衣不符合规范，或者是侮辱间隔等行为都可以进行随时的警告。在智慧化辅助监测系统配置可以对设备的消防、照明、在线监控等等系统数据进行共享和控制。

1.2 变电站图像识别算法

在进行变电站图像识别算法时其智能巡视系统和控制系统会使用Faster R－CNN 算法，因为这个算法对变电站的监测具有一定的准确性和高效性。

1.3 算法流程概述

在科学技术的发展下，可以利用大数据信息化的深度学习方式，可以快速提取信息资料，再进行不断地分区域的识别和分类。可以提出视频中的有用材料和物体的兴趣爱好与位置，对其可以采用Faster RCNN 算法，这个算法可以快速识别物体存在的问题，提高了深度模型的准确性和有效性，还因此对网络进行了重点的完善，在保证质量和效率的情况下可以实时检测[1]。

1.4 网络选择

图片经过信息化数据化技术的处理后，再根据卷积神经网络算法进行进一步的提升，卷积神经网络（convolutional neuraol networks，CNN）是一种常见的深度学习模型。在CNN 网络中，我们将图片输入进去，CNN 网络变对图片进行信息资料的提取，从底层的特征逐渐抽取到高度抽象的特征。在卷积神经网络系统对图像的处理如下：通过对图像的输入利用网络中的系统相对图像的特征进行提取，运用了卷基层和池化层，主要是利用图片的特征来进行信息的提取，通过光棚化方法，将图片的特征衔接成一个向量，在这个基础上，使用Softmax 分类器或SVM进行分类。在进行输入层对数据的提取时可以利用特征值进行信息提取，提取到信息资料以后，在池化层中对数据进行整合、分析、压缩、降维等避免过度拟合，经过对信息的提取，并加以综合达到自己想要的效果[2]。

2 变电站建设经验和存在的问题

2.1 智慧站改造经验

变电站智慧改造可以参考滆湖地改造例子，鬲湖在进行智慧化的变电站工程改造时，利用了智慧化技术提高了工程的质量和速度，超出了专家的预测时间，且取得了良好的建设效果和应用效果，为智慧化变电站改造经验提供了借鉴，以此，促进了智慧站改造的发展，提供了重要参考：

1）由于变电站在建设过程中难度系数较大，且变电站属于综合性工程建设。因此需要大量的人力，物力和资金，整个工程的推进，需要企业和相关单位与相关部门进行协调合作，定期组织开工例会，在例会中不断思考和总结疫情后严峻防控形势的不利条件下，怎样如期完成变电站的建设，以此，对保证信号稳定，保护联动、联锁验收等有足够的时间来进行调试，提高各专业验收的质量和效率。变电站建设常规配置价格详见表1。

表1 变电站建设常规配置价格表

2）如果现场技术人员想要深度参与新技术研发工作，需要具备专业的技术知识和技能，需要掌握新技术的使用方法和新技术的系统结构，对技术的特点和思路都要有一定的掌握，为今后参与新技术研发工作打牢坚定的基础知识。

3）要注重新技术的应用，为今后在使用SF6 表记远传技术、视频巡检、机器人红外测温，等出现问题时及时作出警告，便于工作人员及时发现问题并进行解决，如果主变喷油、SF6 慢漏、设备温度异常也可以及时进行处理，这很大程度上提质增效，比传统的人工巡视效率高[3]。

2.2 存在的问题

因为人工智能下变电站智慧站还处于试点阶段，站内很多技术也还处于试点应用阶段，这就需要在后来的建设中需要对暴露出来的问题进行解决，存在问题如下：

1）厂家对变电站的运维方式不够熟练，各系统之间的结合不够吻合，厂家对于自己的设备系统技术的应用和模式熟练度不高，但因为在监控系统和辅助设备系统中很大的阻力，使用的设备技术的厂家不同，在很大程度上影响了变电站智慧站的测试。因此在后面的试点中使用同一个厂家的监测系统和辅助系统来进行智慧站的建设[4]。

2）视频系统厂商的图像识别系统技术较低，运维能力不高，传感器的质量水平较低，因此，状态感知系统和巡检系统出现故障的概率很高，需要定期波段进行检测，及时发现问题并制定相关的对策措施。

3）为了提升系统的可用性，需要加强对巡检站点位置的检测和巡检报告资料的收集，提高相关设备的可靠性和准确性，很大程度上也需要厂商不断提高产品的技术水平和质量。

3 数字化变电站的关键技术

3.1 非常规传感器的稳定性

数字化定期量测系统的稳定性对于建设数字化变电站来说起着至关重要的作用，国际上对于传统的电池进行电流和电流互感器的新型互感器称为非常规互感器（non-conventional instrument transformer，NCIT），其中，有一种电工效应的互感器，被称为光学电流，又称为电压式电流，在进行测量精确度不稳且出现了偏差不应该使用无源式互感器，造成这个主要是因为线性双折射现象及发光源器件强度下降，光传输环节引起偏振角变化和不同材料的维尔德常数受外界温度的影响也不同等因素造成。其主要工作是需要工作电源是有源式互感器的主要存在的缺陷问题，激光供电技术对高压电子模板进行供电。电子数字化通讯处理模板详见表2。电激光供电和有源互感器之间会互相产生一定的距离。其互感器的使用效果，很大程度上是因为激光供电器的不稳定性产生了一定的作用[5]。另外，Rogowski 线圈会很容易受到电磁的干扰，所以光学互感器就被国家和社会重点关注，因为互感器存在一定的优势，其具有优异的线性度和测量精度以及不会受到电磁干扰，这也正是因为它独特的优势而受到广泛的关注，它的工作原理的改进及制造工艺的提高，增强了变电站数字化的有效性。根据专家相关研究报告，我国对于光学互感器的研究和应用取得了一定的发展，很大程度上推进智慧化和数字化的变电站建设发展，以此奠定重要基础。NCIT 的分类及其采用的主要技术原理如图1 所示。

图1 CIT 的分类及其采用的主要技术原理

表2 电子数字化通讯处理模板

3.2 信息的安全性

IEC 61850 本身对变电站网络系统的安全性没有作出相关的规定，开放性和标准性给电力系统的运行带来了安全性的问题。因此，对于信息的保密性和完整性以及确定性和可用性都需要进行二次系统保证。为了推进数字化信息化的变电站建设，对电力系统的信息安全防护的要求也逐渐提高，IEC 在制定了IEC 60870-5、IEC 61850 等标准的基础上，开展了安全标准IEC 62351 的编制，其中：IEC 62351-3 定义了TLS（transport layersecurity），IEC 62351-4 定义了MMS 的安全性，IEC62351-6 定义了IEC 61850 的安全性。因此对于想要发展数字化变电站建设，就一定需要去考虑二次系统的安全防护问题。需要按照国家严格标准制定相关的措施策略，例如，防火墙、只读访问和闭环网络访问等。在加强信息安全防护措施的同时，还需要考虑到数字化系统的性能和网络宽带的使用效率和速度带来的影响。IEC 61850 一致性测试和性能测试的关系如图2 所示。

图2 IEC 61850 一致性测试和性能测试的关系

4 结语

在人工智能下对变电站智慧化数字化建设有着很大的促进和提升作用，从传统模式转变到智能模式，由单一化转向多样化，操作也从人工操作转变向后台一键操控，巡视模式从“现场人工巡视”转变到“远程智能巡视”等多种模式得到转变和改善，不仅提高了变电站建设的效率和质量，其安全性和稳定性也得到了保障，很大程度上促进了电力事业的发展，希望通过本文的对变电站智慧化数字化建设提供有用的重要参考意义。在未来电力发展中，非常规互感器的应用以及智能化技术得到发展，不断推进变电站智慧化数字化的发展，这也就说明了未来我国在电力行业会有质的飞跃，变电站自动化将全面进入全面智慧化与数字化，成为未来发展的潮流趋势，与此同时，也为未来“智慧化数字化电网”开启新时代，奠定坚实的基础。