浅析智能变电站电源系统的设计及应用

梁国坚，李福鹏，朱玲芬，陶熠昆

(1.广东电网有限责任公司中山供电局，广东中山528400；2.浙江国自机器人技术有限公司，浙江杭州310053)

浅析智能变电站电源系统的设计及应用

梁国坚1，李福鹏1，朱玲芬2，陶熠昆2

(1.广东电网有限责任公司中山供电局，广东中山528400；2.浙江国自机器人技术有限公司，浙江杭州310053)

交直流电源是智能变电站安全工作的前提。利用网络技术、通信技术及智能运算，将智能变电站中的各种电源设备有效地进行统一的管理，从而形成电源系统的一体化、智能化运行，从而达到可靠、高效、节能、经济的运行效果。

变电站；智能化管理；智能运算

Abstract:AC and DC power supply was the premise of intelligent substation safety work.Network technology,communication technology and intelligent computing were used,thus the variety of power supply equipment in intelligent substation was effectively unified managed.Then a power system integration and intelligent operation was formed.The effect of reliable,efficient,energy saving,economic operation was achieved.

Key words:substation;intelligent management,intelligent operation

站用电源是变电站中供相关设备可靠运行的保障，主要分为站用直流电源和交流电源。随着站内各种智能化设备的不断提高，对站用电源的供电质量也提出了越来越高的要求，因此，优化站用交直流电源的运行管理水平，提高供电质量与可靠性是必不可少的环节。

传统的站用电源设备大多都相互独立，分散，同时耗能高，这样设备显然已经不能满足智能变电站的运行要求。根据构建智能电网及变电站的基本要求，采用智能化设备、一体化设计、节能化应用、高效化的管理是智能变电站站用电源的发展方向[1]。

1 常规变电站站用电源问题分析

常规变电站的站用电源主要是为变电站中的电能变换及储能设备、通信设备及其他设备提供储能、变能、通风、加热、照明等电源应用的电源系统。因此，站用电源根据应用设备的不同可以分为交流供电系统、直流供电系统、不间断供电系统、网络通信电源系统等。这些设备由于应用时间不同、功能不同、供应方不同，一直都采用独立设置、分散管理的方式。这种方式虽然保证了系统的及时应用，但是为统一的管理带来众多不利的影响，主要有：(1)传统站用电源智能化及自动化水平参差不齐，造成设备难以协调运行。近几年来，我国电力系统成长较快，新上的设备具备了一定的智能化。但是，在整个电力系统中仍然存在着一大部分的旧设备。这些设备自动化程度差，不能进行网络化管理的改造，这就造成了系统的不协调性，需要对老旧设备进行改造才能适应智能化的管理；(2)可靠性差。由于设备的不协调，进而无法用统一的管理平台对系统进行管理，对于电源系统在运行过程中遇到的问题不能做到早预测、早分析、早决策，很多设备还是依靠人工的经验进行管理，造成系统的可靠性差；(3)经济性差。由于整个系统采用独立运行、分散管理的方式，设备之间的管理方式不能资源共享，造成设备浪费及信息的冗余。

综上所述，采取一定的方式对老旧设备进行更替，为设备设置网络化运行、智能化管理创造有利的条件。

2 智能变电站电源系统整体结构设计

图1是一体化智能变电站的基本结构图。如图1所示，整个系统采用网络化管理。底层通信网络采取两种结构，一种是工业以太网构成的局域网，主要用来提供大型设备和分布较为集中的设备的管理。另一种是采取无线短距离技术构建的无线通信网，主要用来提供地点相对分散且有可能经常变动的设备。这两种网络互为补充，工业以太网稳定性好、可靠性强，而短距离通信网络灵活性好，适应性强，能更好地为电源系统的一体化管理打下良好的基础。两种网络利用智能设备的数据采集设施进行数据的采集；同时利用执行机构来执行管理中心所下达的控制命令；而位于各个网络中心的是区域控制中心，也就是分区管理中心。各分区管理中心设置嵌入式数据分析系统，一方面可以对于紧急故障进行分区紧急处理；另一方面，分区中心接收来自底层的数据，进行初步的处理，并将数据上传至智能管理中心，与此同时接收来自于智能管理中心的命令，驱动智能设备上的执行机构进行控制管理。

图1 智能变电站电源体系统整体结构

智能化管理中心模块是整个系统的核心。管理中心设置数据库服务器，接收来自于底层的运行数据，并进行存储和运行。服务器中连接事故分析模块，利用当期运行数据和历史数据进行故障的分析。在分析过程中，模块还与算法更新模块进行算法的沟通，算法更新模块中采用一定的算法构建相应的预测模型，利用预测模型来对数据进行预测分析。

智能化管理中心的数据直接输出至变电站自动化管理中心。该中心设置显示、输出报表等功能，以帮助工作人员观察相应设备的运行情况。

3 多数据源并行处理的构建与预测模型的设计

智能变电站中的设备众多，大多数设备来自于不同的厂家和时期，数据的模式存在着各种各样的不同，这就需要设计一个统一的数据平台，接纳来自于不同类型数据源的数据，从而形成多数据源并行处理的数据处理方式。

本设计采用分布式基础框架Hadoop来作为变电站中的数据平台，基本结构如图2所示。

图2 HDFS基本结构图

在图2中，整个数据空间采用主从架构(master/slave)，各个不同类型的数据形成一个统一的HDFS分布式文件系统，每一个文件系统中都统一存在一个NameNode，主要的功能是负责每一个文件系统的命名和对数据空间的访问管理，其服务的主体是master。同时，在每一个HDFS集群中，还存在多个DataNode，这些DataNode是由NameNode分割数据源所形成的数据block，主要服务于slave，是构建多个数据源的主体。在智能变电站中，每一个不同类型的物理设备需要形成一个单独的DataNode，这些DataNode由智能化管理中心模块中的master服务器来进行协调工作，工作的重点是HDFS文件系统中NameNode的工作，包括JobTracker的管理。

slave是master的子系统，每一个slave针对一个变电站不同的数据群，存在一个DataNode应用。Slave的运行由Job-Tracker来进行启动、跟踪和调度，但具体的运行过程由Task-Tracker来完成。

整个Hadoop平台的运算采用MapReduce方法，该方法采取“Map(映射)”和“Reduce(归约)”两个过程来完成数据的计算，具体过程如图3所示。

图3 MapReduce流程图

如图3所示，智能变电站HDFS文件系统中的数据经过MapReduce的映射处理后，可分解成相互关联的多个数据子系统；再经过归约后形成各个数据源，成为处理的数据子模型。

在MapReduce过程中，涉及的两个过程，一个是Map，也就是映射过程，而这个过程中，数据的分配是一个最重要的环节。在本设计中，采用基于贝叶斯网络的决策树体系来形成故障的预测模型，有助于形成完整的分配原则。

在图1的智能化管理中心模块的设备运行数据库中，设有三个单独的数据表，其一是设备实时运行数据表，其二是历史数据表，其三是故障数据表。建决策树的第一步是建立贝叶斯网络的结点，建立的方法对每一类事件定义一个结点[2]，例如某断路器意外断开，则就为该事件定义一个结点，将断路器动作时所产生的电流、电压、温度等数据记录进入相应的表中；第二步是建立贝叶斯网络，具体的方法是对每一个结点之间的关系进行分析，形成一张结点事件之间的关系图，将其在关系图中偶然出现的事件去除掉之后，形成贝叶斯网络拓扑结构图；第三步是确定贝叶斯网络拓扑结构图中每一个结点的出现概率，应用贝叶斯网络软件计算整个系统的失效率，当系统失效率在合理范围中时，其网络建立过程结束。

整个过程的最后一步是决策树的建立，建立的依据就是贝叶斯网络模型，具体的方法是将贝叶斯网络模型当中的各个结点根据其属性转化为状态结点和决策结点，其所对应的正是决策树中的状态结点和决策结点。相同的事件合并为一个结点，从而形成故障决策树。

最后将每一个决策树的分支就形成一个数据的子类，为Map过程提供数据源。在归约的过程中，数据的处理原则依然要应用到决策树的分支规则。

4 总结

本例利用分布式基础框架Hadoop来构建智能变电站的数据源分特征并行处理过程。采用基于贝叶斯模型的决策树来构建MapReduce过程的数据分配过程，从而有利于形成智能变电站的一体化管理过程。

[1]苗梅.智能变电站站用电源系统的设计及应用[D].保定：华北电力大学，2011：13-15.

[2]周建方，唐椿炎，许智勇.事件树、故障树、决策树与贝叶斯网络[J].河海大学学报，2009(5)：352-353.

Analysis on design and application of intelligent substation power supply system

LIANG Guo-jian1,LI Fu-peng1,ZHU Lin-fen2,TAO Yi-kun2
(1.Zhongshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co.,Ltd.,Zhongshan Guangdong 528400,China;2.Zhejiang Guozi Robot Technology Co.,Ltd.,Hangzhou Zhejiang 310053,China)

TM 131

A

1002-087X(2017)09-1371-03

2017-02-25

变电站巡检机器人无轨化集群管控系统研究与应用(科技编码：K-GD2014-217)

梁国坚(1973—)，男，广东省人，硕士，高级工程师，主要研究方向为变电运行管理。