多源超融合实景智能电网解决方案

一、建设背景

2016年2月，为推进能源互联网发展，国家发改委、国家能源局下发了《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》，其中重点任务之一就是推动能源与信息通信基础设施深度融合。2017年1月，能源局发布《能源发展“十三五”规划》，强调了更加注重系统优化、积极构建大电网智能监控系统。“十三五”期间要积极推动能源、信息、大数据等领域新技术深度融合，推进电网信息物理系统的高效集成和智能化调控，助推大电网智能监控系统建设。
从现在至2030年的中期阶段，我国输电骨干网仍将基本保持超/特高压交直流输电网模式，即2020~2030年的输电骨干网，在形态上应是超大规模超/特高压交直流混联的复杂电网。多端直流输电技术、FACTS及VSC-HVDC等电力电子技术将得到较广泛应用，储能技术有可能取得较大进展，为后期电网的转型奠定技术基础。
在接下来的发展中，人工智能针对电网业务的应用架构将得以突破，人工智能在电网业务中的关键技术将得以攻克，人工智能这一强大技术对电网各类业务以及电网领域外部各业务的支撑将以人工智能平台这一形式出现，使得在各具体业务系统中如需使用人工智能，不必再专门研发具体智能技术，而能够直接使用人工智能平台提供的强大能力，代替人工完成智能化的信息收集、分析、决策和控制，实现比人工效果更好的智能化生产、调度、营销等各项工作。例如，能够借助人工智能平台的能力在诸如线路巡检、变电站巡检、电缆隧道巡检等重要电力应用中取代人工，完成更高质量的智能化巡检。

二、需求分析

1.变电站管理面临多重挑战

变电站作为电网公司最重要的战略资源，由于规划建设、生产运行、客户服务缺少有效衔接，虽然投入了大量的管理和物资资源，但与外部需求和国际先进仍有一定差距，特别是在供电服务、网架设备、运维水平及人员素质等方面均有较大提升空间。

2.改革对电网新要求

1）随着电力体制深化改革，配电网已经成为电网最重要的战略资源。
2）配网对电网资产绩效的影响意义重大。

*更加注重投资回报

新配电电价核定模式影响电网企业管理模式。
倒逼电网企业提升投资效率、管控成本费用。

*更加注重配电网统筹规划

配电网投资、建设、运行由单一利益主体向多元利益主体转变。
新能源接入与需求侧响应，增加配电网规划不确定性。
*更加注重运行维护和优质服务

用户的选择权、话语权不断提高，电力服务的广度、深度、难度增加。
配电网的管理模式由“粗放” 向“精益” 转变。

3.配电网现状

1）设备现状

*点多面广、安装环境复杂多样：城市、农村；杆变、配电室。
*设备数量多、数据量大：变压器、各类开关、环境监控设备等。
*设备种类多、缺乏统一标准。
*分布式安装、通信困难。
*设备问题多样：开关跳闸和环境过热影响设备运行、水浸导致设备损坏、设备被盗等。

2）应用现状

*现有的视频监控、环境监测、安全防范、火灾报警、门禁等系统太过分散、各自为战，缺乏一个全局监控视频画面进行各子系统的直观展示和调用，当出现异常、突发事件时降低了变电站整体监控、应急调度指挥效率。
*现阶段配电网视频监控系统、指挥调度系统等是以二维的电子地图为核心进行查看、生产调度，往往不够直观，缺乏“立体化”的智能防护和信息处理联动能力，制约了应急处置的快速反应和综合指挥能力。

3）运维现状

*巡视维护量大、服务质量需提升、人工定期运维管理盲区、运行状态感知技术缺失。
*配电房内部的防火、防盗、温湿度等日常信息检测和施工实时监控等方面缺乏有效监测手段。
*配网生产人员暂无技术手段获知低压负荷、断路器分合闸状态，低压断路器故障跳闸，主要依靠用户报障。
4）管理现状

*传统的配网电房的监控系统侧重于局部、细节画面的特写拍摄，缺乏整体大范围的立体化监控，无法画面兼顾整体与局部，对于视频的联动使用、综合应用不够。
*随着各类信息化系统的不断部署，系统信息孤岛等问题成为直接影响管理人员处理应急突发事件的瓶颈，管理部门缺乏一套有效的综合管理平台，将各系统之间的数据进行融合，形成统一完整的预案，在一套系统里面完成对其它系统的集中调用。

5）问题现状-多套系统并存，信息交互困。

*站内监控系统、状态监测系统和辅助应用系统之间信息交互 困难，无法进行综合分析，且涉及安全分区限制。

*站外与调度主站、PMS信息传输受规约限制，信息交互困难。

6）各系统之间不兼容且非实时问题

*站内高级应用、主站系统缺乏变电站系统全面的信息（非实时）

7）各系统之间缺乏关联

*变电站监控范围小，无法兼顾整体与局部，缺乏立体监控。
*视频监控、指挥调度缺陷信息融合，为故障分析提供数 据支持。

*业务系统各自为战，智能设备的自检信息、告警信息和故障信息分散。

*案件侦查缺乏场景关联，案件要素不能组合还原现场。

三、项目需求

项目是220KV变电站项目，为解决变电站管理、运维、与多套系统并存，信息不交互等问题，项目解决方案以云大物联移为技术架构，以智能化管理为基础，实现变电站智能化管理。主要分以下系统来实现：
1、智能配电房系统
人脸门禁系统、视频监控系统、（轨道）无人机器人系统、环境采集系统、设备状态采集管理系统、智能联动系统。
2、智能变电站系统
智能停车场系统、UWB定位系统、（轮式）无人机器人系统。
3、输电线路监测系统
无人机在线监测系统、智能在线监测系统。
4、平台管理系统
平台管理软件系统结合物联网技术，实现整个系统集中控制管理，在平台软件中呈现，结合大数据、云计算、人工智能将和电力系统深度融合，实现人工智能在云端利用大数据创造价值。

四、解决思路

1.云大物移智管理架构

1）总体建设思路

本项目面向智能变电站的发展思路，建立在云平台、大数据、物联网、移动互联网、人工智能基础上，实现分级分权、统一管理功能。

2）总体规划

3）系统思路

4）系统拓扑图

5）数据整合与应用：整合数据与应用，构建场景化应用模型

五、各子系统建设

1.智能配电房系统

1）总体架构图

配电房综合监控管理系统采用分层、分区的分布式结构，总体功能架构可以分为主站中心、传输网络以及配电站三级架构，采用C/S + B/S技术实现 “集中管理、分散控制”的管理控制模式，最终实现各配电房的集中监控和统一管理。
2）总体拓扑图

3）环境采集管理系统

根据配电房的实际需求，配置震动传感器、温湿度传感器、风速传感器、水浸探头等环境监测设备，这些环境信息通过RPU实现数据集中上传至站端监控主机。采集设备例：直流屏设备、高压柜设备等。

4）设备状态采集管理系统

根据变电站的实际需求，配置可视化双融合测温传感器、柔性电流互感器传感器、三相故障电弧传感器等设备状态采集传感器设备，这些设备信息通过RPU实现数据集中上传至站端监控主机。

5）视频监控管理

解决方案分室内与室外的视频监控系统，室内视频监控主要是配电房间内部监控、室外视频监控分红外热成像智能测温视频监控与普通红外视频监控，形成立体视频监控系统。

室外视频监控主要分布在配电站各重要的区域，实现无死角全实时的监控场景，同时采用制高点立体监控，通过超融合大平台实现统一管理。

配电房室内视频监控系统主要是对配电房内部环境进行实时监控，本系统采用网络高清摄像机实现高清画面实时上传至平台管理中心。

6）轨道巡检机器人

轨道巡检机器人安装于两间配电房内，其中一间配电房使用红外热成像机器人，另一间配电房不需要红外热成像功能。轨道机器人可代人巡检、数据采集快速、实时信息传输、智能分析预警实现对配电房内大于95%覆盖率检测。
7）智能联动

基于万物互联基础上，实现各系统之间多方智能联动控制，与 SCADA系统、动环系统、消防系统、安防系统等子系统实现多方智能联动控制

2.智能变电站系统

智能变电站系统采用物联网技术，通过前端传感器实时监测与人工智能系统相结合，利用大数据、云平台在监控中心与客户端实现对所管辖变电站的实时监视，大大减轻日常巡视人员的工作量，更便于及时提前发现危险隐患，保障安全生产。
1）人脸识别门禁系统

人脸识别门禁系统安装在智能变电站各需要管控的重要门口，采用人工智能高科技的双目立体检测技术，实现人脸1：N比对，比对通过开门，否不开门，大大提升了变电站的安全级别。

2）智能停车场系统

AI无人值守智能停车场系统由入口LCD屏的高速车牌识别道闸一体机、出口LCD屏的高速车牌识别道闸一体机、AI人工智能服务器、岗亭收费机、查询机、车主微信公众号/APP、管理APP、收费APP等组成。
AI人工智能基于GPU， 通过深度学习实现对有牌车、无牌车的识别准确率无限接近100%， 避免人工干预；车主通过扫码付等移动支付方式完成自助缴费，从而实现停车场的无人值守。
*智能停车：临时缴费

查询机采用触摸屏的人机交互方式，用于车主离场时进行车牌查询缴费，车主可以选择通过输入车牌号、停车时间段（如上午10：00 — 12：00）方式查询车辆停放应缴费金额并通过手机扫二维码缴费。

*智能停车：移动缴费

临时车辆出场前若通过查询机、中央收费处、自助缴费机、车主微信公众号/APP、收费APP等进行了提前缴费，车辆行驶到出口，自动识别放行；若已超时，需补缴费后放行。

*智能停车：岗亭缴费

出场车辆在未办理其它缴费手续的，可以在车辆出场岗亭处采用岗亭缴费。

3)轮式巡检机器人

室外轮式巡检机器人，主要是对室外电网设备进行实时红外热成像测温监控。

4)UWB定位系统

在变电站区域通过UWB定位系统，实时跟踪人员活动情况，UWB跟踪精度优于0.5米动态容量超过一万人。

3.输电线路监测系统

1）无人机在线监测

220KV输电线路采用智能在线检测系统，无人机可快速做出应急反应，适用于自然灾害预警巡查飞行和事故应急巡检；通过大范围飞行快速巡查，第一时间掌握事故隐患点；通过航拍测绘掌握地面受灾程度，地面工作站根据实时航拍监控数据立即通知输电管理所以及抢修队伍展开抢修维护事宜。

2）智能在线监测

220KV采用智能在线监测装置是输电线路图像监测与防外力破坏预警装置，对输电线路导线本体及走廊实现拍照/ 图像监测，并对导线下方的外力破坏进行预警，对监测的外力破坏进行现场报警、远程报警、拍照取证、记录和统计分析等，该装置基于感应取电技术、免维护和实时在线，实现输电线路防外力破坏和可视化，为电力客户提高效率，创造价值。

3）能同时实现输电线路的图像监测和超声测距防外破预警；
4）采用CT感应取电，无电池设计，免维护；

六、平台管理

1.云平台

2.变电站三维可视化

3.配电房三维可视化

4.平台管理超融合实景-总四化一体

5.超融合实景技术功能

6.场景重建、全息回溯

7.标签搜索定位界面

8.人脸识别比对功能

9.信息聚合、网格化管理