基于人工智能輔助的智能變電站圖模一體化自動配置應(yīng)用推廣前景分析

朱辰

摘要：本文對基于人工智能輔助的智能變電站圖模一體化自動配置應(yīng)用成果進(jìn)行了對比，并對直接經(jīng)濟(jì)效益做了詳細(xì)分析，對成果推廣應(yīng)用及前景充滿信心。

關(guān)鍵詞：人工智能;變電站;圖模一體化;應(yīng)用推廣;前景分析

1基于人工智能輔助的智能變電站圖模一體化自動配置應(yīng)用成果對比

首先，國內(nèi)智能變電站虛端子連接工作主要依靠設(shè)計院人員手動完成，工作量大，時間長且容易出錯，對智能變電站的安全運(yùn)行造成隱患。本項目提出的基于智能變電站電氣間隔和IED功能的虛端子連接模板庫，使模板庫具有人工智能的屬性，可以實(shí)現(xiàn)虛端子連接模板庫的自動學(xué)習(xí)、整理和完善。同時，基于虛端子連接模板庫實(shí)現(xiàn)了對SCD文件虛回路的自動設(shè)計和校驗(yàn)。

其次，現(xiàn)有的物理回路設(shè)計方式依然為手動方式設(shè)計，自動化程度不高。本項目首次提出了物理回路模型SPCD文件，將光纖回路模型化和數(shù)字化，通過對智能變電站多設(shè)備物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，規(guī)范了物理回路建模方法，研究了SPCD文件的設(shè)計流程，實(shí)現(xiàn)了物理回路和邏輯回路的虛實(shí)對應(yīng)。并通過二次系統(tǒng)全景模型，實(shí)現(xiàn)了邏輯回路和物理回路的解耦設(shè)計，使兩類設(shè)計工作互不干擾，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)一體化設(shè)計。

最后，國內(nèi)外廠家研究的相關(guān)設(shè)計軟件具有根據(jù)私有的數(shù)據(jù)庫文件自動出圖的功能，但完全依賴公開的規(guī)范文件，對SCD和SPCD文件進(jìn)行自動出圖尚沒有進(jìn)行研究。而本項目開發(fā)了包含CAD接口、Word接口和Excel接口的輕型獨(dú)立軟件，基于輕型獨(dú)立軟件提出了數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和SPCD、SCD文件轉(zhuǎn)換方法，實(shí)現(xiàn)了二次圖紙、資料的自動化批量化生成。

2項目帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益

本項目建立了虛端子連接模板庫，通過人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)了虛端子的自動連接;基于虛端子連接模板庫和SSD文件，實(shí)現(xiàn)了虛回路的自動設(shè)計和校驗(yàn);建立了物理回路模板庫，提高了物理回路的設(shè)計效率，實(shí)現(xiàn)了基于實(shí)回路模板庫的快速設(shè)計SPCD文件;形成的全景模型文件可以批量生成CAD圖紙和圖紙資料。目前該技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用到天津某500kV變電站，變電站共有#1、#2主變（750MVA），配電裝置均采用戶內(nèi)布置，位于變電站主體建筑內(nèi)背側(cè)。

（1）降低智能站建設(shè)與調(diào)試成本：

工程安裝費(fèi)：通過本項目的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了智能變電站中網(wǎng)格線、智能化測控單元以及光纖接點(diǎn)等的智能設(shè)計與連接，降低了智能變電站建設(shè)中的工程安裝時間，相應(yīng)地節(jié)省了工程安裝成本。具體為：減少人員施工時間3天，每日作業(yè)人員15人，機(jī)械臺班3個，工程費(fèi)（人工費(fèi)）800元/天，工程費(fèi)（機(jī)械臺班費(fèi)）2500元/天，共計工程安裝費(fèi)5.85萬元;

建筑工程費(fèi)：通過本項目的實(shí)施，智能變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加合理，繼電室的整合以及控制電纜數(shù)量的大量減少相應(yīng)建筑費(fèi)用，其中主要為電纜及電纜溝費(fèi)用，共計節(jié)省建筑工程費(fèi)約9.6萬元。

檢測調(diào)試費(fèi)：本項目通過人工智能技術(shù)和相應(yīng)的輔助系統(tǒng)，通過自動化設(shè)計的SCD和SPCD文件生成，降低了智能變電站的調(diào)試時間，縮減了智能變電站調(diào)試成本。具體為：減少設(shè)備調(diào)試人員施工時間4天，每日作業(yè)人員15人，設(shè)備調(diào)試人工費(fèi)800元/天，調(diào)試設(shè)備使用費(fèi)/折舊費(fèi)5500元/天，共計檢測調(diào)試費(fèi)7萬元。

其他等效收益：通過本項目的實(shí)施，降低了智能變電站的建設(shè)與調(diào)試時間，共計節(jié)省智能站建設(shè)時間約4個月，提前了變電站投運(yùn)時間，基于變電站內(nèi)部投資收益系數(shù)0.0768，每年投資凈現(xiàn)值約783.51萬元，變電站等效增加變電站收益約為783.51×0.0768≈60萬元。

（2）減小智能站維護(hù)工作量，提高智能站安全可靠性

檢修人工成本：通過本項目的實(shí)施，有效簡化了變電站檢修人員的工作流程，使變電站檢修工作更加高效，有效降低了變電站檢修人員工作量。等效減少設(shè)備檢修人員施工時間4天，每日作業(yè)人員15人，設(shè)備檢修人工費(fèi)1000元每天，共計檢修人工費(fèi)6萬元。

檢修設(shè)備成本：通過對變電站檢修工作的優(yōu)化，等效減少檢修設(shè)備施工時間4天，檢修設(shè)備使用費(fèi)/折舊費(fèi)8500元/天，共計檢修設(shè)備費(fèi)3.4萬元。

搶修成本：通過項目的實(shí)施，有效提高了智能變電站的可靠性，降低了變電站設(shè)備故障概率。一般變電站主變故障率為0.0015次/年，500kV變電站主變每次應(yīng)急搶修成本為100萬元，本項目降低變電站設(shè)備故障概率按10%計算，渠陽變電站共2臺750MVA主變，可節(jié)約搶修成本100×2×0.1=20萬元。

停電成本：500kV主變的檢修停電時間約為24h，按平均負(fù)載率50%計算，渠陽變電站2臺變壓器可避免停電損失電量750×24×2×1000×0.5×10%/10000=180萬度。按照平均每度電利潤0.1714元，可節(jié)約停電成本0.174×180≈31萬元。

（3）項目推廣于天津電網(wǎng)智能變電站建設(shè)的預(yù)期增值收益

上述分析效益分析僅針對天津某500kV變電站，共計降低約140萬元的智能變電站建設(shè)與維護(hù)成本，項目成果具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，具有廣闊的應(yīng)用前景，可推廣于天津電網(wǎng)智能變電站的建設(shè)與維護(hù)。截至目前，天津電網(wǎng)共建成1000千伏變電站1座，500千伏變電站9座，220千伏變電站76座，形成了500千伏日字形環(huán)網(wǎng)和7個220千伏分區(qū)，若將該項目成果應(yīng)用于天津電網(wǎng)220kV以上電壓等級的變電站改造與建設(shè)中，以1000kV、500kV、220kV變電站分別實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益200萬元、140萬元、70萬元，成果轉(zhuǎn)化率10%，則本項目預(yù)計將產(chǎn)生（200+140×9+70×76）×10%=678萬元的增值收益。

3推廣應(yīng)用情況及前景

針對智能變電站二次設(shè)備種類數(shù)量較多、互相連接復(fù)雜的問題，提出的基于智能變電站電氣間隔和IED功能的虛端子連接模板庫，可以解決不同設(shè)備生產(chǎn)廠家對同一類型的虛端子表示形式不一的問題，同時也為使用機(jī)器學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)智能變電站虛端子連接創(chuàng)造了條件，為其他電壓等級和主接線方式的智能變電站二次設(shè)備提供參考。

針對簡化后的虛端子智能化自動連接問題，提出的基于權(quán)重向量優(yōu)化對虛連接距離進(jìn)行計算的方法，基于人工智能算法實(shí)現(xiàn)了虛端子的自動連接，克服了虛端子連接需要手動完成，連接質(zhì)量受設(shè)計人員對智能變電站熟悉程度影響的問題，減輕了變電站設(shè)計人員的工作量，提高了智能變電站虛端子連接的效率。此外，對于高電壓等級的智能變電站，完成虛端子連接工作量也相對更大，基于人工智能的虛端子自動連接有更好的應(yīng)用前景。

針對SCD文件虛回路的校驗(yàn)問題，提出的借鑒k臨近算法，彌補(bǔ)了以往智能變電站建設(shè)中虛回路需人工配置，設(shè)計效率低，配置文件修改前后校驗(yàn)困難，尤其是在擴(kuò)建工程中回造成一次設(shè)備陪停時間長等問題。實(shí)現(xiàn)了虛回路設(shè)計和校驗(yàn)的自動化，提高了智能變電站建設(shè)和擴(kuò)建的效率，并且具有較好的可靠性和可控性，具有推廣應(yīng)用的價值。

針對實(shí)回路的設(shè)計，本項目首次提出了物理回路模型SPCD文件，范了物理回路建模方法，實(shí)現(xiàn)了物理回路的自動化設(shè)計，避免了自動化程度不高的手動物理回路設(shè)計方式，提高了實(shí)回路的設(shè)計效率。此外，此外，通過二次系統(tǒng)的全景數(shù)字化模型的應(yīng)用，不僅實(shí)現(xiàn)了虛回路和實(shí)回路的一體化設(shè)計，還方便了智能變電站二次系統(tǒng)管控，并為后端的應(yīng)用提供了巨大的空間，極大地方便檢修工作的開展。

針對國內(nèi)部分廠家正在推廣和開發(fā)基于AutoCAD的圖形化模型設(shè)計工具軟件，但此類軟件無法實(shí)現(xiàn)設(shè)計和圖紙生成的一體化的問題。開發(fā)了包含CAD接口、Word接口和Excel接口的輕型獨(dú)立軟件，并基于輕型獨(dú)立軟件提出了數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和SPCD、SCD文件轉(zhuǎn)換方法，實(shí)現(xiàn)了二次圖紙、資料的自動化批量化生成?？梢詾樵O(shè)計單位提供符合其使用習(xí)慣的配套工具，突出設(shè)計單位的設(shè)計、集成、配置一體功能，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計圖紙資料的實(shí)時繪制和批量化生成，降低了設(shè)計成本，提高了設(shè)計效率。

4結(jié)束語

綜上所述，本項目研究相關(guān)成果的推廣應(yīng)用，能夠提高我國智能變電站設(shè)計與建設(shè)水平，降低智能變電站建設(shè)與設(shè)計成本，促進(jìn)智能變電站改造升級，并推動我國制造業(yè)的發(fā)展，能產(chǎn)生較高的社會效益，具有重要的應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃鼎曦.從機(jī)器學(xué)習(xí)視角探討人工智能輔助規(guī)劃編制的發(fā)展前景[C]//規(guī)劃60年：成就與挑戰(zhàn)——2016中國城市規(guī)劃年會論文集（04城市規(guī)劃新技術(shù)應(yīng)用）.2016.