【解决方案】数字化配电室关键技术的研究

浏览次数：873更新时间：2024-01-04

未晓妃

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801

0引言

配电室是电网系统的终端，它是分布*广的电力设施之一，对电能的输送和分配起着非常重要的作用。传统的配电室管理都是采用人工巡查和定时检查的方式进行，导致了配电室中的安全隐患得不到及时解决，只有出现问题时才能发现故障。数字孪生为这些难题的解决提供了新途径。“数字李生”是利用人工智能、传感和模拟工具等数字化技术，在真实世界和物理实体之间通过平行交互、精*映射和虚实迭代的一种新的方法。数字孪生技术能够对真实环境中的实体进行监测、诊断和预测，本课题在分析数字化李生技术特性的基础上，从配电机房运行与管理的实际需要出发，分析其概念，研究基于数字化孪生的配电机房运行与管理的技术体系与核心技术，为进一步提升工作效率做铺垫。

1数字孪生技术内涵

“数字孪生”是一种新兴的信息技术，它将人工智能、传感器、模拟工具等多种数据有*地结合在一起，从而实现实体与虚拟的交互和传送。目前，数字孪生技术已被广泛地用于对物体状态和人类行为进行监测和预测。“数字孪生电网”对于将“数字孪生”技术与新型电力系统相结合，通过虚拟现实的互动，逐步激活电网、装备等多源数据，深度挖掘数据资源与信息，提升高维、多层次的“视点”辅助运行能力；实现了电力系统在虚拟与真实两个空间上的动态实时映射。“数字孪生电网”是基于“数字孪生”的基础设施和电网的数字化改造，从“数字空间”、“人员”和“环境”三个层面，构建“数据驱动、全生命周期”的“数字孪生体”，提升“数据驱动”的全生命周期以及应用效能。而对于配电室而言，在其内部使用数字孪生技术，可以有效地提高配电室的运营和管理效率，并以数字孪生技术为基础，对其关键技术要素进行深度挖掘，从而为提高配电室的运营和维修水平提供新思路。

2数字孪生的关键技术实现

从基本的层次化思想出发，归纳了数字孪生技术在实际应用中的通用解决方案。首先，建立一条信道，以实现与物理实体之间的信息实时传递。其次，基于实际数据，建立了一个具有较强拟合性的数字孪生模型，并对模型进行了模拟和分析。如果得到的结果与需要相匹配，那么就可以使用这个数字孪生体，对其进行辅助决策，从而有助于实现改*产品设计、提高生产效率等生产目标，或者是实现故障诊断与预警等维护目标；具体的数字孪生技术还体现在以下几个层面。

3配电室数字孪生的关键要素与功能

3.1要素

（1）提供精*数据：配电室的各种数据是实现数字孪生的前提和依据，需要在机房内设置相应的设备，使机房内的主要物性参数尽可能完整，并保证获取的及时性以及具大的存储空间，以便存储机房整个生命周期内的数据。采集装置、网络通道要稳定、可靠，才能保证所采集到的数据的真实性和准确性；此外，还要强化对业务过程的管理，以保证档案类数据的详细、准确。

（2）对建模进行科学合理化分析：配电室数字孪生核心功能包括检测、诊断、预测等等，而科学合理地分析模型是实现以上前提的先决条件。在技术发展过程中，配电室存在一定的物理特征，为确保模型的科学有效性，还需根据以往的各类及时数据来进行深入研究，确保多元化的因素不会对其模型构建造成阻碍。

（3）边缘计算能力：受配电室数量因素的限制，导致在智能配电室中按照配电物联网“云-管-边-端”的构架设计流程，确保设备边缘计算能力可以发挥*大程度作用，以实现对配电室内各种运行状态数据的采集和接入目的。这样的运行方式可以帮助维护人员全面地掌握设备的实际运行情况，并能及时地做出预警和处理，减少现场维护人员的工作量，提高维护效率，保证供电的可靠性。

3.2功能

在配电室中应用数字孪生技术，能够通过建模的方法，精*掌握数据与模型之间的关系，是实现配电室运行转台监管和综合性管理的主要途径。物联网机构终端是配电室运行状态的重要体现，可利用该设备实现配变监测、开关量采集以及低压开关位置信息采集等功能；在此基础上，相关的工作者要以边缘计算所提供的数据为基础，对其展开深入调研以及探究，积极做好区域自动控制与调节工作。在传统的配电室中存在着诸多问题，比如缺少巡视记录、人工操作继续以及缺乏相关工作资料等等，而数字孪生技术的应用可强化机器人巡检，AI识别和终端设备控制等手段，能够*大程度地提升配电室总体工作效率。

4数字孪生关键技术在配电室中的应用

4.1智慧云平台建设

基于当前主流微服务开放源代码架构的“数字孪生”智能云平台，采用分布式、虚拟化、微服务、信息总线等技术，构建一个科学合理的大数据收集和分析平台，充分发挥“数字孪生”的技术优势，实现对配电室总体运行状况的直观、真实地展示。因配电室和配电设备主要采用的是三维全景虚拟模型，所以能够将数字模型与实体设备进行有效地联系起来，能够实时地获取监控系统中所监测到的操作数据信息。智慧云平台的建设能够将配电室内的环境、扰动状况、运行设备等实时数据和仿真情况相结合，实现配电网设备与环境的实时管理和控制；全*的配电环境以及可视化的管理平台可实现配电室系统管理，相关工作人员可根据数字孪生配电室所提供的资料信息来完成数据感知，不仅如此，相关工作人员还可利用手机客户端来实现数据勘察，没有时间空间限制，有利于一时间排除配电室的风险隐患。

4.2物联网智能网关技术

物联网智能网关是将物联网技术应用于配电室，通过搭建软硬件平台，以分布式边缘计算为基础架构，基于硬件资源平台，利用手机终端系统，实现业务需求。该智能网关是一种集数据*合、边缘计算于一体的新型网络系统，能够对配电机房的关键技术节点进行全*位的信息收集和实时监控。配电物联网是基于智能网关的，它可以帮助提高工作人员的工作效率，用智能化和信息化的方式替代传统手工操作，减少人为操作所带来的局限性，大大提高工作质量；并且可以对配电房的工作状态进行全*候的实时跟踪和监控。

4.3通信拓扑

消息列队遥测传输协议是配电物联网通信拓扑的主要表现形式，它的主要职责是将通信协议传递到各个设备端口，在低宽带以及网络不稳定的环境下，还可以实现良好的服务效果。这种运行模式在保证设备运行速度快、互联互通的前提下，保证设备的精细化管理。

4.4配电室中压部分以及低压部分改造方案

（1）中压：根据目前我国用户配电是现状分析得知，中压部分的改造方案可被分为以下几个方面；首先；将全新的配电终端与中压柜进行有*合，利用101以及104规约渠道将数据传输给智能网关，再通过智能网关来实现智慧平台数据接收。其次；在中压柜中，要利用保护模块，将数据通过103规约传递给智慧平台。*后；中压柜没有任何智能化设备，因此可以在柜体内部安装一个智能终端，对每个柜体的电气量和非电能*进行采集，并使用104规约与智能网关展开通信，智能网关将其转发给智慧云平台。在对中压部分进行了改造之后，它可以实现对中压柜的电压、电流等电学参数的采集与监控，也可以实现对非电学参数的采集，如局放、电缆接头温度、柜体温度等。

（2）低压：变压器柜、进线柜、补偿柜、出线柜、联络柜以及配电室内用电配电箱都属于配电室低压侧改造范畴，为此，在具体的方案设计中，要将SCU作为通信和边缘处理中心，利用MQTT通信协议或104规约，通过智能网关路由模式与智慧云平台进行通信。

4.5设计联动方案

联动方案的设计，主要是将配电室环境、视频以及安防联动进行有地结合起来，通过在配电室视频监控系统中安装网络摄像头以及视频分析主机，对智能网关路由进行访问，从而达到HTTP协议与智慧云平台的互联互通。一般来说，配电室环境监控的重*是对配电室的温度、湿度等信息进行监控，通过传感器和智能物联装置之间的实时通信来加强动态，现场联动的效果。在智能物联系统中，对综合监测设备的布线方式主要采用“智能网关路由”方式。

5配电室中应用数字孪生技术的主要注意事项

1）强化配套传感装置的推广

2）提高对搭建多维度*合数据平台的重视

3）深度研究计算分析模式，加大开发力度

6安科瑞配电室环境监控系统

6.1概述

配电室综合监控系统包括智能监控系统屏、通讯管理机、UPS电源、视频监控子系统（云台球机、枪机）、环境监测子系统（温度、湿度、水浸、烟感）、控制子系统（灯光、空调、除*机、风机、水泵）、门禁监控子系统（读卡器、开门按钮、磁力锁）、安防监控子系统（双鉴检测器）。

6.2应用场所

适用于轨道交通，工业，建筑，学校，商业综合体等35kV及以下用户端供配电自动化系统工程设计、施工和运行维护。

6.3系统结构