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編者按

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的飛速發(fā)展，以及IT與OT技術(shù)的進(jìn)一步融合，工業(yè)制造、城市交通、電力能源、農(nóng)業(yè)等各大行業(yè)領(lǐng)域的智慧化發(fā)展已成為必然趨勢。推進(jìn)各領(lǐng)域向智慧化發(fā)展是一項復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程，既需要單一技術(shù)與裝備的突破應(yīng)用，還需要系統(tǒng)化的集成創(chuàng)新。智慧系統(tǒng)解決方案是推廣普及智能化技術(shù)的關(guān)鍵手段，是促進(jìn)各行業(yè)智能化水平提升的核心。

為深化智慧產(chǎn)業(yè)發(fā)展，進(jìn)一步提升智慧產(chǎn)業(yè)各領(lǐng)域系統(tǒng)解決方案應(yīng)用水平，現(xiàn)由中國自動化學(xué)會、智能制造推進(jìn)合作創(chuàng)新聯(lián)盟、工業(yè)控制系統(tǒng)信息安全產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會主辦，控制網(wǎng)（www.miconline.com.cn）＆《自動化博覽》承辦的2020智慧系統(tǒng)解決方案征集活動已正式啟動，面向全行業(yè)公開征集智慧系統(tǒng)解決方案。本刊特開設(shè)智慧系統(tǒng)解決方案專欄，刊發(fā)其中優(yōu)秀的解決方案以饗讀者。

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的推動下，數(shù)據(jù)中心作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施，已經(jīng)步入戰(zhàn)略數(shù)據(jù)中心時代，擺在客戶面前亟待解決的問題是如何通過信息化集中、策略自主化工具減少人工治理，提高設(shè)備、系統(tǒng)的智能化管理水平，讓大型、超大型數(shù)據(jù)中心在全壽命周期內(nèi)的管理效率及應(yīng)對風(fēng)險能力實現(xiàn)質(zhì)的飛躍，從根本上解決傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中與配電設(shè)備有關(guān)的管理系統(tǒng)分開部署，異構(gòu)數(shù)據(jù)庫信息壁壘嚴(yán)重，難以實現(xiàn)整體調(diào)優(yōu)等問題。

1 數(shù)據(jù)中心智慧配電管理系統(tǒng)方案優(yōu)勢

（1）智慧診斷：數(shù)據(jù)中心智慧配電管理系統(tǒng)以配電設(shè)備為管理對象，通過智能化手段加強(qiáng)系統(tǒng)向下管理能力，基于IEC 61850數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用實現(xiàn)配電系統(tǒng)底層共享數(shù)據(jù)信息，綜合系統(tǒng)運(yùn)行工況、設(shè)備健康狀態(tài)、能耗節(jié)點分析、通過IoT以及人工智能診斷技術(shù)提供配電系統(tǒng)預(yù)測性設(shè)備診斷、專家級運(yùn)行及運(yùn)維策略，智能投切系統(tǒng)，有效預(yù)防非預(yù)期停電損失、減少人工運(yùn)行維護(hù)成本，提高配電系統(tǒng)全生命周期的管理水平。

（2）智能靈動：基于IEC 61850的全站級數(shù)字化保護(hù)，細(xì)化邊緣層和設(shè)備層故障識別和診斷管理的顆粒度，輕松實現(xiàn)配電系統(tǒng)故障精準(zhǔn)定位、迅速隔離故障、100ms內(nèi)快速恢復(fù)系統(tǒng)供電，大大降低設(shè)備的傷害，確保配電系統(tǒng)的快速恢復(fù)供電，實現(xiàn)專家級配電系統(tǒng)全面保護(hù)及管理能力。

（3）透明管理：設(shè)備健康狀態(tài)實時監(jiān)測、關(guān)鍵節(jié)點能耗實時跟蹤，提供透明可視的決策依據(jù)，顯著降低設(shè)備故障或過載帶來的非計劃停電風(fēng)險、用科技力量實現(xiàn)精細(xì)化管理。

（4）專家隨行：綜合系統(tǒng)運(yùn)行工況，負(fù)載能耗軌跡，設(shè)備健康狀態(tài)，提供專家級運(yùn)行策略及智慧運(yùn)維建議，減少人工經(jīng)驗欠缺帶來的系統(tǒng)管理風(fēng)險。

2 方案介紹

ABB數(shù)據(jù)中心智慧配電管理系統(tǒng)打破傳統(tǒng)方案信息孤島問題，從底層數(shù)據(jù)庫出發(fā)，以縱向管理一體化為中心，有機(jī)結(jié)合綜合信息，簡化人工管理過程，實現(xiàn)配電系統(tǒng)縱深型智慧管理五大功能：配電系統(tǒng)運(yùn)行安全管理、配電設(shè)備健康診斷、實時專家建議、配電設(shè)備能耗優(yōu)化以及智慧移動運(yùn)維管理。

圖1 配電系統(tǒng)縱深型智慧管理五大功能

2.1 配電設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行安全管理

ABB數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)運(yùn)行安全管理以變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 61850為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了智能變電站的工程運(yùn)作軟件化、系統(tǒng)運(yùn)行智能化以及未來擴(kuò)展靈活化的使用需求。

GOOSE是IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)定義的一種快速報文傳輸機(jī)制，繼電保護(hù)裝置通過GOOSE水平通信方式，發(fā)出的信號用于實現(xiàn)設(shè)備間閉鎖、保護(hù)功能判斷等。網(wǎng)絡(luò)化的通信可實現(xiàn)自我管理、自我診斷、自我糾偏，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速可靠傳輸，徹底告別傳統(tǒng)用硬接線實現(xiàn)設(shè)備間信息交互時代，顯著減少硬接線維護(hù)成本、大大提高組網(wǎng)調(diào)試效率，以達(dá)到以軟件化定義硬件的智能化管理水平。采用IEC 61850技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)字化全連接，對中低壓設(shè)備進(jìn)行一體化管理，通過設(shè)備間信息交互，全站40ms內(nèi)故障快速定位，在不增加保護(hù)設(shè)備的情況下，即可實現(xiàn)除線路保護(hù)之外的，母線保護(hù)、變壓器保護(hù)、數(shù)字化弧光保護(hù)三大保護(hù)功能，從而達(dá)到配電系統(tǒng)全面保護(hù)能力。在準(zhǔn)確識別及快速故障定位的同時，基于設(shè)備健康狀態(tài)，通過程序化切換功能可以將故障迅速隔離并投入健康回路，進(jìn)行安全穩(wěn)定的供電，恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行能力，告別傳統(tǒng)方案無法在線檢測備用回路健康狀態(tài)，盲切至備用回路，甚至有可能切入問題回路，致使風(fēng)險依然存在的問題。此外，數(shù)字化供電系統(tǒng)切換方案，可以實現(xiàn)人工及自動雙切換模式，滿足客戶不同工況的需求，提高智能化管理水平，讓切換更安全、可靠、有效。除實現(xiàn)設(shè)備間電源轉(zhuǎn)換功能外，還可以實現(xiàn)程序操作，如一鍵檢修或轉(zhuǎn)至備用狀態(tài)等，讓操作更安全高效。

（1）數(shù)字化全連接實現(xiàn)100ms故障定位和快速自愈

圖2 數(shù)字化全連接實現(xiàn)100ms故障定位和快速自愈

（2）數(shù)字化弧光保護(hù)實現(xiàn)配電設(shè)備的“零”傷害

圖3 數(shù)字化弧光保護(hù)

（3）可視化程序化操作實現(xiàn)運(yùn)行人員的“零”傷害

開關(guān)設(shè)備核心單元動作過程還可通過視頻終端監(jiān)視運(yùn)動狀態(tài)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程巡視，當(dāng)遠(yuǎn)程操作開關(guān)設(shè)備時，可同步調(diào)用視頻監(jiān)控圖像，通過直觀圖像畫面實時監(jiān)視斷路器搖入/搖出或接地開關(guān)操作過程及狀態(tài)，無需運(yùn)行人員前往現(xiàn)場進(jìn)行操作確認(rèn)，既提高了操作安全性，也實現(xiàn)了可視化管理，顯著減少因人員操作失誤造成的生命或經(jīng)濟(jì)損失。

圖4 可視化程序化操作

2.2 數(shù)據(jù)中心配電設(shè)備健康診斷

配電系統(tǒng)構(gòu)成基礎(chǔ)為配電設(shè)備，配電設(shè)備運(yùn)行過程，受老化機(jī)理的影響，會顯現(xiàn)劣化趨勢，影響供電安全，傳統(tǒng)方案只能通過巡檢及定期維護(hù)，以延緩劣化進(jìn)程，但由于可監(jiān)測特性信息有限，無法及時發(fā)現(xiàn)隱患，造成因設(shè)備故障帶來的非計劃停電損失。設(shè)備健康診斷管理通過對新設(shè)備提前植入智能傳感單元，實現(xiàn)設(shè)備特征狀態(tài)自知，并通過設(shè)備機(jī)理模型及工業(yè)大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)診斷設(shè)備健康狀態(tài)，實現(xiàn)透明化設(shè)備管理。以中壓開關(guān)設(shè)備以例，設(shè)備智能化層采集關(guān)鍵點實時溫度、斷路器機(jī)械特性和電氣特性、環(huán)境參照溫度，通過中壓開關(guān)設(shè)備的機(jī)理模型及工業(yè)大數(shù)據(jù)智能算法實現(xiàn)設(shè)備健康診斷評分，直觀明了，并結(jié)合ABB專業(yè)服務(wù)運(yùn)維經(jīng)驗，提供實時可執(zhí)行的專家運(yùn)維建議，以構(gòu)成智慧運(yùn)維閉環(huán)管理。先于設(shè)備故障，提前預(yù)警、提早規(guī)劃、早預(yù)防、早治理，減少非計劃停電時間，從而來彌補(bǔ)距離服務(wù)資源遠(yuǎn)，巡視人員不足的問題，以減少運(yùn)營成本，提高生產(chǎn)效率。

圖5 數(shù)據(jù)中心配電設(shè)備健康診斷

2.3 智慧配電管理系統(tǒng)實時專家建議

實時專家建議可以結(jié)合設(shè)備在線健康狀態(tài)、設(shè)備離線維護(hù)信息、系統(tǒng)運(yùn)行工況以及關(guān)鍵節(jié)點綜合能耗軌跡，基于人工智能算法及ABB全球變電站管理經(jīng)驗，給出專家運(yùn)行策略以及智慧運(yùn)維建議。告別傳統(tǒng)配電管理信息壁壘，無法實現(xiàn)綜合分析，只能依靠人員在不同系統(tǒng)中信息篩選、分析判斷、常出現(xiàn)因經(jīng)驗或?qū)I(yè)能力欠缺造成誤判影響運(yùn)行連接性及安全性的問題。

2.4 數(shù)據(jù)中心配電設(shè)備能耗管理

數(shù)據(jù)中心智慧配電管理系統(tǒng)將中壓開關(guān)設(shè)備、變壓器、低壓開關(guān)設(shè)備、列頭柜等均納入能耗監(jiān)測環(huán)節(jié)，精細(xì)監(jiān)測能耗流向，實時分析管理，直觀動態(tài)顯示PUE值，結(jié)合變壓器負(fù)載損耗，提供基于運(yùn)行工況的變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行策略等。

圖6 數(shù)據(jù)中心配電設(shè)備能耗管理

2.5 智慧移動運(yùn)維管理

數(shù)據(jù)中心智慧配電管理系統(tǒng)可實現(xiàn)綜合信息移動管理模塊包含智慧工單管理、設(shè)備健康狀態(tài)預(yù)測預(yù)警管理、設(shè)備及系統(tǒng)績效管理等功能。根據(jù)系統(tǒng)實時專家評估建議提供業(yè)務(wù)邏輯處理、相關(guān)數(shù)據(jù)存儲等，實現(xiàn)本地狀態(tài)量、電氣量、故障信息、報警信息、設(shè)備信息等數(shù)據(jù)的移動端顯示，云端對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、運(yùn)算、分析，并可通過移動設(shè)備（亦可就地部署，在網(wǎng)頁端顯示）遠(yuǎn)程監(jiān)管，實現(xiàn)移動運(yùn)維。為了滿足客戶不同需求，數(shù)據(jù)中心智慧配電管理可將系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)送至動環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)移動運(yùn)維管理。

圖7 智慧移動運(yùn)維管理

3 結(jié)束語

綜上，ABB提出的數(shù)據(jù)中心智慧配電管理系統(tǒng)，從五個維度保障數(shù)據(jù)中心和可靠供電及智慧管理，綜合提高數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)全生命周期智慧化管理水平，通過數(shù)字化技術(shù)提高數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)診斷分析的顆粒度，提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性及配電設(shè)備的可靠性，實現(xiàn)智能運(yùn)維效率提升37%、人員管理效率提升30%、降低非預(yù)期停電損失30%。實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)及設(shè)備的更加安全可靠、智能高效的管理目標(biāo)。

摘自《自動化博覽》2020年5月刊