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物联网
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基于物联网技术实现500kv变电站智能化监测与管理的研究综述1、 摘要随着当前社会计算机快速发展以及工业水平的不断进步,电能作为一种比较清洁高效的能源其发展受到了国家有关部门的高度重视。近几年来,伴随着电力工业技术的不断革新,诸如:特高压、直流输电、紧凑型线路、串补、大容量变压器等新技术被不断应用到电力工程中来,作为整个电力系统枢纽的变电站在设计与施工等关键技术层面起到了重要的作用。传统变电站在监测和管理上都存在着很大的问题。首先,现场需要的工人实时在场,人工数量相对比较多;其次,传统变电站不能实时对设备进行监管,对于现场出现的问题可能无法第一时间内获取信息,并且也无法在第一时间内解决问题,如:当设备出现问题,需要人工现场排查进而确定是哪个设备的问题;再次,传统变电站对数据的采集、存储和分析,使用普通的方式进行,如:存储上使用普通SQL server数据库。虽然随着计算机技术发展,传统变电站向智能变电站进行转变,但是依然存在技术问题,如:设备开关装置问题、设备防火问题、设备损耗检测问题等等。开关是电器设备的关键的部分,因此对开关的设计在智能变电站中是至关重要的。然而在实际的开关设计中,一些厂家只是为了操作方便和简单,就将设备的开关装置安装在变电箱的外侧。这种开关的设计存在着很大的危险,虽然这种设计不需要任何的技术,但是将开关装置放在外面会更容易损坏,一旦出现问题,就会影响到整个变电站的安全运行。由于开关的操作过于简单,因此工作人员对其重视度就会降低,使得一旦开关出现问题并且不进行及时处理,便会给变电站带来消极的影响和一定损失。 变电站中都要具备防火装置,由于大型变电站运行起来总会伴随着一定危险,当其中的某些线路发生短路或短路时,都有可能会发生火灾,因此变电站中的防火设计一定要合理安全。在对智能变电站进行防火设计时,一定要对变电站的整体环境进行考察和勘测,保证在每个关键部位都要设置防火装置。一旦防火设计出现漏洞,后果将不堪设想。 对于传统变电站以及现有智能变电站可能存在的问题,进而提出了基于物联网技术实现的智能化的检测和管理。通过应用物联技术中的远程射频技术来实现对设备的远程通信,通过传感技术可以获取设备外在的一些信息,如:温度等,通过云计算中的云服务器技术实现对数据的存储,并且应用SVM数据分析来实现对设备的实时分析,进而实现对设备智能化的监管操作。本文在传统变电站设备监管基础上通过物联网技术实现500kv变电站设备监管操作,可以有效减少人工操作,很大程度实现了无人操作,并且给当地的经济和社会也带来效益。2、 Abstract With the rapid development of social computer and the continuous progress of industrial level, electric energy as a relatively clean and efficient energy, its development has been highly valued by the relevant national departments. In recent years, with the continuous innovation of power industry technology, such as: UHV, DC transmission, compact lines, series compensation, large capacity transformer and other new technologies have been continuously applied to power engineering. As the hub of the whole power system, substation plays an important role in the design and construction of key technologies.There are many problems in the monitoring and management of traditional substation. First of all, the workers needed on site are on site in real time, and the number of labor is relatively large; secondly, the traditional substation can not monitor the equipment in real time, so it may not be able to obtain the information for the problems on site in the first time, and also can not solve the problems in the first time, for example, when the equipment has problems, it is necessary to conduct manual on-site investigation to determine which equipment is the problem; and Second, the traditional substation data acquisition, storage and analysis, using the common way, such as: storage using ordinary SQL Server database. With the development of computer technology, the traditional substation is changing to intelligent substation, but there are still some technical problems, such as: equipment switch device problems, equipment fire prevention problems, equipment loss detection problems and so on. Switch is the key part of electrical equipment, so the design of switch is very important in intelligent substation. However, in the actual switch design, some manufacturers install the switch device on the outside of the substation just for the convenience and simplicity of operation. The design of this kind of switch has great danger. Although this design does not need any technology, it is easier to damage the switch device outside. Once there is a problem, it will affect the safe operation of the whole substation. Because the operation of the switch is too simple, the staff will pay less attention to it. Once the switch has problems and does not deal with it in time, it will bring negative impact and certain loss to the substation. All substations should be equipped with fire protection devices. As a result of the operation of large substations, there will always be certain dangers. When some lines are short circuited or short circuited, fire may occur. Therefore, the fire protection design in substation must be reasonable and safe. In the fire protection design of intelligent substation, it is necessary to investigate and survey the overall environment of the substation, so as to ensure that fire protection devices are installed in each key part. Once there is a loophole in the fire protection design, the consequences will be unimaginable.For the possible problems of traditional substation and existing Smart Substation, intelligent detection and management based on Internet of things technology is proposed. The remote radio frequency technology of IOT technology is used to realize the remote communication of the equipment. Some external information of the equipment, such as temperature, can be obtained through the sensing technology. The data storage is realized by the cloud server technology in cloud computing. The real-time analysis of the equipment is realized by using SVM data analysis, and the intelligent supervision operation of the equipment is realized.In this paper, on the basis of traditional substation equipment supervision, through the Internet of things technology to achieve 500 kV substation equipment supervision operation, can effectively reduce manual operation, to a large extent, achieve unmanned operation, and bring benefits to the local economy and society. 3、 阅读文献概述本文在设计中所选用的文献,主要从变电站、物联网、SVM等研究内容进行选取,下面将对部分文献进行概述。电力一次设备的在线监测与状态检修技术的文章,围绕着电力一次设备在线检测技术、电力一次设备状态检修技术展开论述,分别从电力一次设备在线监测,包括传感器技术的在线监测、红外线热感呈像技术的电施设备,另外电力一次设备状态检修技术,包括一次设备状态检修关键点、一次设备状态检修的技术,这两个技术上进行说明[5]。智能变电站设备状态监测系统通信关键技术及实现的文章,分析了现有设备状态监测系统相关建模和通信技术规范的不足,提出了主、子站统一按 IEC61850 建 模和通信的思路。 根据设备状态监测系统的特点,论证了 Web Service 技术用于 IEC61850 通信映射的可行 性,并介绍了具体的实现方法。 对设备状态监测系统通信涉及的 IEC61850 网关建模、主/子站冗余通信、多子 站并发通信、配置文件源端维护等关键技术进行了论述并给出了实现方案[4]。 基于开发的原型系统进行了功 能和性能测试,结果证明所提出的设备状态监测系统通信方案是可行的[4]。面向物联网的设备状态监测系统关键技术研究的文章,依据工业环境下的设备状态监测特点和应用需求,将射频识读写器和无线传感器网络节点相融合,构建了一个面向物联网的设备状态监测系统。其中,射频读写器作为无线传感器网络的一个特殊采集节点,首先对该读写器进行了详细的硬件设计,选用上海华虹集成电路有限责任公司生产的SHC1102为电子标签芯片和SHC1509为射频读写芯片,设计了射频芯片的电源供应电路,射频模块电路,读写器匹配天线电路等,选用AT89S52单片机为控制单元模块,设计了该单片机对射频模块的控制电路,并对单片机与上位机之间的通信电路进行了设计。其次,射频读写器作为无线传感器网络的一部分,研究了融合射频读写器和无线传感器网络节点的数据管理,主要对射频数据和无线传感器数据之间的数据融合进行研究,接着设计了一种融合射频读写器和无线传感器网络节点的关系数据模型,并将该数据模型应用到设备的状态监测领域[10]。基于特征选择和SVM[7]的电信客户离网预测的文章,针对数据挖掘算法[1]在预测电信客户离网时存在的过拟合问题,提出一种基于特征选择和支持向量机的电信客户离网预测算法.将原始的电信数据分别进行数据缺失值填充、数据冗余识别、数据结构化和数据归一化等预处理,得到利于分析处理的规范性数据;利用信息增益完成特征选择,提取影响客户离网的主要因素,降低数据维度,防止出现过拟合现象.将经过特征选择后的数据作为支持向量机算法的输人数据对客户是否离网进行分类,预测客户是否存在离网行为.测试结果表明,该算法预测离网客户的正确率为86%,提升了离网客户预测准确率。4、 研究现状“变电站自动化系统 ”(Substation Automation System-SAS) 国际电工委员会解释为“在变电站内提供包括通信基础设施在内的自动化系统”,所说的变电站设备检测与管理,包含传统的继电保护、自动监控、自动装置等设备,是集保护、监控、测量、远传等功能于一体,通过数字通信及网络通信技术来实现信息共享的一套微机化系统。在北美以及欧洲,大部分变电站已实现了无人值守。埃德拜变电站是个老站,于20世纪60年代建设,占地面积约60 000 m2(200300 m),电压等级为400/132 kV,4回400 kV进线,3台主变。400 kV母线四角形接线,132 kV母线为双母单分段[3]。经过改造该站自动化系统于2000年11月投入运行,所用自动化系统为Alstom公司的Space 2000产品。埃德拜站内自动化系统除了与Alstom公司的保护配合外,还与其它公司的保护相配合。该站主控室面积约53.5 m2(77.5m),有2台主机,1台运行另一台备用。自动化间隔层设备随继电保护小室下放到现场。古思卓站是个老站,占地面积和建筑面积都比较大。站内电压等级为380/220/110 kV,其中380kV侧有18个间隔,220 kV侧有19个间隔,110 kV侧有16个间隔。该站的自动化系统间隔层部分下放到到开关场。古思卓站现正在更换站内自动化系统,新自动化系统采用维奥集团(VATECHGROUP)SAT公司的NLSA产品。随着古思卓站内自动化系统的更新完成,该站将实行无人值班、有人看守。20 世纪 80 年代的传统变电站传统变电站对于 20 世纪 80 年代的人们来说并不陌生,这种电站主要是运用了晶体管和基层电路这些保护设备来供电。此外,人们依然采用传统的工作方式来设定保护二次设备,并且设备的各部分之间在运行的过程中是互不干涉、独立完成运转的。然而,通信技术的不断发展以及微处理器的出现使得这些运行装置有了技术基础,更上一层楼。不仅如此,人们还更新了传统的变电站,加入了“遥测”、“遥信”等一系列新的功能。1990年,微机保护技术开始迅猛发展并且运用到了变电站的改造当中。那个时期,科技不断进步,不仅仅计算机技术和网络技术得到了发展,连通信技术也获得了质的飞跃。无意中也带动了变电站的发展,通过这些技术和网络通信的手段,变电站开始逐步走上了综合自动化的道路。不仅仅二次设备的功能在逐步优化,就连技术基础也得到了很大的升级和进步。这一系列的进步与发展使得综合自动化变电站更加趋于完善,运行也更加安全可靠,甚至可以实现无人值班的管理模式。 由于 IEC 61850 在我国的广泛应用,于是出现了标准的数字化变电站。数字化变电站的出现为智能变电站的发展奠定了坚实的基础,它通过网络的载体和信息的搭建平台,实现了信息共享的功能。数字化变电站不仅仅实现了信息的网络化,把断路器也变成了智能的,还改变了变电站内设备检修的管理模式,从而使得变电站综合自动化更快地发展起来。 智能变电站主要是集中处理信息技术,实现数字采集和网络化的交互,但是还不足以满足智能电网发展的需求。国家电网公司以建设智能变电站为发展目标,通过智能化一次设备(电子式互感器、智能化开关等)和网络化二次设备分层(过程层、间隔层、站控层)构建,建立在 IEC61850 标准和通信规范基础上,实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站,最终实现一系列高级的功能[17]。智能变电站就是未来的变电站。我国智能变电站的发展还需要补充和完善:1)注重底层技术的研究。建议进一步深入基础技术研究,进一步拓展研究领域,为智能变电站的全面发展提供支撑。2)注重智能变电站全寿命周期成本的控制。建议智能变电站今后的发展要从全寿命周期进行考虑,实现从设计、建设、研制、检测、调试和运维等整个环节成本的最优化。3)注重智能变电站运行维护的便利性。建议从全站设计、设备研制和检测调试环节均充分考虑运维人员的建议,积极开展运维技术的相关研究,促使智能变电站维护管理更加便利、高效,这不仅可以降低变电站全寿命周期成本,同时也能够进一步提升变电站运行的安全性和可靠性。4)注重并推动新技术带来的运行和管理模式的转变。建议结合我国智能变电站发展建设的实际情况以及新特点,在专业管理和新技术应用方面进行综合考虑,实现智能变电站在管理和技术上的和谐发展。5、 结论和常规综自站相比之下,智能变电站交换、采集、互动以及处理数据信息的能力更强,控制方式也更加的灵活。在通信技术以及关键一次设备智能化技术不断发展的背景 下,智能变电站技术将会更加的成熟,相关功能也会越发的高级与强大。在不久的将来,智能变电站必然会完全取代普通变电站,组建智能电网,并和其他智能设备进行结合,顺利实现智能化发展的目标。6、 参考文献[1] 刘芳芳,王静,吕鑫.数据挖掘与人工智能技术[J].信息记录材料,2020,21(4):157-158.[2] 张华琛,李春华,陈宇航.基于增强虚拟现实的电力调度设备运行缺陷检测[J].信息技术,2020,44(6):158-161,167.[3] 湛鹏.变电站及新能源数据展示平台开发研究[J].仪器仪表与分析监测,2020,(2):18-21.[4] 王帅,姜敏,李江林, 等.全维度智能变电站设备状态监测关键技术研究[J].电测与仪表,2020,57(7):82-86. 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