数字电网变电站

数字电网变电站以无处不在的小微智能传感器和传感网络为基础，以智能电气设备为载体，充分结合“云大物移智边”等数字技术，终使变电站随处可见、可知、可控。

本文将从以下几个方面对数字电网变电站进行研究：

○基本概念

○体系架构

○关键技术约束

○区别辨析

一

数字电网变电站的基本概念

1

定义

数字电网变电站基于无处不在的小微智能传感器及其传感网络，以智能电气设备为载体，充分应用先进通信技术、大数据技术、云计算技术、边缘计算技术、人工智能技术等先进技术，自动完成自由（无限、大量〉数据采集、数据存储、数据采集和智能分析使变电站设备的内外状态、环境状态、安全状态等信息全面、深度、透明，终实现变电站随处可见、可知、可控。数字电网变电站是变电站发展的先进形式。

2

主要特征

①

状态全面感知

数字电网变电站基于小型和微型智能传感器构建泛在传感网络，可全天候监控变电站内外状态的细微变化，实现电流、电压、光、温度、湿度等非功率状态的全面、精细、独立的感知。

②

信息深度透明

数字电网变电站可以自由获取所有设备、所有状态和历史信息，实现对未来信息的准确预测；平台之间的信息深度透明，信息相互整合和共享。

③

操作高度智能

以智能设备为载体，可实现数字电网变电站的灵活快速控制；基于大量信息数据，利用数据分析技术和高性能计算技术，实现变电站故障诊断、智能决策等智能运行。

二

数字电网变电站的系统架构

数字电网变电站系统整体架构如图1所示。数字电网变电站系统整体架构架构▲

1

边缘感知层

边缘感知层以小微智能传感器为核心，即小微传感器和智能传感器，由感知设备模块和边缘计算模块组成，是数字电网变电站的基础。

感知设备模块主要由智能设备子系统、环境感知子系统、安全消防子系统、检查操作辅助子系统等组成。智能设备子系统主要通过先进的感知技术和智能芯片技术实现，以当前设备为各子系统的主体，高度集成、智能集成

因此，智能设备子系统不仅具有传输和分配电能的设备主体，还具有保护、测量、控制、测量、监控等功能。

智能设备子系统▲

边缘计算模块是网络边缘的分布式智能代理。感知设备层子系统的数据接入边缘计算模块，感知数据进行现场处理和分析，与感知设备模块形成小闭环，关键数据提取后上传到云平台。边缘计算一般由边缘计算代理执行，可实现多源异构感知信息预处理、多通道数据同步计算、复杂阈值算法计算、跨传感器数据设备状态集成智能诊断等功能，提高变电站边缘侧数据处理能力和区域自治能力，降低云计算压力，提高系统运行决策效率。

2

网络层

网络层主要负责数字电网变电站数据的可靠性、高效传输，解决各级设备之间的通信问题，实现更广泛的互联功能，具有高可靠性、低延迟、差异化的特点。网络层由当地通信网络和远程通信网络组成。

本地通信网负责大量感知节点与边缘计算节点之间的本地通信，主要通过大量感知节点与边缘计算节点之间的本地通信LoRa实现低功耗、远距离、无线通信技术。

远程通信网络的建设主要依靠电力光纤网络、电力无线网络、第五代移动通信网络等多元化广域网络技术，实现多模式、多标准网络传输技术的整合，确保边缘感知层与平台层的无缝连接。

3

平台层

平台层是数据管理计算中心，由集成云平台、云数据中心、技术中心、物联网管理中心组成。

集成云平台由数据技术平台运行IT基础环境，采用异构、跨平台多云管理技术，支持广域多云逻辑统一管理，具有大规模硬件资源整合能力、超计算能力和高可扩展性资源弹性伸缩能力。

采用云数据中心“云数一体”架构模型是数据驱动的核心“计算能力+数据+模型+算法”形成强大的“算力”形成数据驱动业务流程和决策能力，为各业务平台提供数据和数据分析能力。

技术中心是数字电网变电站的业务服务共享中心，提供数据、技术和业务共享服务组件。

物联网管理中心主要对数字电网变电站的海量联网设备进行标准化管理，提高物联网设备的精细化管理水平。

4

应用层

应用层基于感知层的全方位感知数据。数字孪生系统是根据数据关系和虚拟现实技术开发的。

孪生变电站是物理变电站通过数字孪生技术数字化所有要素后形成的虚拟镜像。采用基于物理实体、虚拟实体、服务、孪生数据和各部件之间连接的数字孪生五维模型。在实现物理变电站实时运行状态可视化的同时，进一步演绎多尺度时空优化结果，确定物理实体优化轨迹锚点，及时纠偏调整，智能管理和运行物理变电站。

图3数字电网变电站数字孪生系统▲

数字双系统建设完成后，运维人员可以通过双变电站轻松获取、分析和处理各种运行数据，感知变电站的细微变化，实现变电站的全生命周期管理，探索变电站行规律，准确预测变电站状态，科学决策控制方案，实现三维动态场景和物理行为交互先进系统模拟。

上述五层实施架构与数字电网变电站特征交汇如图4所示。

图4数字电网变电站架构与特征交汇图4▲

三

数字电网变电站的关键技术约束

数字电网变电站的关键技术约束主要包括五个方面，如表1所示：

表1数字电网变电站的关键技术约束▼

四

区别辨析

1

数字电网变电站与智能变电站的区别

数字电网变电站与智能变电站的区别主要体现在四个层面，如表2所示：

表2数字电网变电站与智能变电站的区别▼

2

变电站的数字电网和泛在电力物联网

实现方式的差异

数字电网和泛在电力物联网在变电站实现方式上有一定的相似之处，但泛在电力物联网在变电站领域注重变电站设备、人、业务互联，数字电网变电站注重通过大量小微智能传感器、数字双胞胎等技术设备实现设备状态透明、运行状态透明等透明。

随着小微传感，芯片化，“云大物移智边”随着数字技术的广泛深入应用，变电站的整个业务链是透明的，全景全息透明度将逐步实现，这将对变电站现有的二次系统模式产生重大影响。未来的数字电网变电站将实现“数据流、业务流、控制流”三流交汇发展的新形式，进一步推进“数字电网”研究与建设。