朱辰

摘要：本文對(duì)基于人工智能輔助的智能變電站圖模一體化自動(dòng)配置應(yīng)用成果進(jìn)行了對(duì)比，并對(duì)直接經(jīng)濟(jì)效益做了詳細(xì)分析，對(duì)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(dòng)配置應(yīng)用成果對(duì)比

首先，國(guó)內(nèi)智能變電站虛端子連接工作主要依靠設(shè)計(jì)院人員手動(dòng)完成，工作量大，時(shí)間長(zhǎng)且容易出錯(cuò)，對(duì)智能變電站的安全運(yùn)行造成隱患。本項(xiàng)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(kù)，使模板庫(kù)具有人工智能的屬性，可以實(shí)現(xiàn)虛端子連接模板庫(kù)的自動(dòng)學(xué)習(xí)、整理和完善。同時(shí)，基于虛端子連接模板庫(kù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)SCD文件虛回路的自動(dòng)設(shè)計(jì)和校驗(yàn)。

其次，現(xiàn)有的物理回路設(shè)計(jì)方式依然為手動(dòng)方式設(shè)計(jì)，自動(dòng)化程度不高。本項(xiàng)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(guò)對(duì)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(jì)流程，實(shí)現(xiàn)了物理回路和邏輯回路的虛實(shí)對(duì)應(yīng)。并通過(guò)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(jì)，使兩類(lèi)設(shè)計(jì)工作互不干擾，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)一體化設(shè)計(jì)。

最后，國(guó)內(nèi)外廠家研究的相關(guān)設(shè)計(jì)軟件具有根據(jù)私有的數(shù)據(jù)庫(kù)文件自動(dòng)出圖的功能，但完全依賴(lài)公開(kāi)的規(guī)范文件，對(duì)SCD和SPCD文件進(jìn)行自動(dòng)出圖尚沒(méi)有進(jìn)行研究。而本項(xiàng)目開(kāi)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(kù)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(dòng)化批量化生成。

2項(xiàng)目帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)效益

本項(xiàng)目建立了虛端子連接模板庫(kù)，通過(guò)人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)了虛端子的自動(dòng)連接;基于虛端子連接模板庫(kù)和SSD文件，實(shí)現(xiàn)了虛回路的自動(dòng)設(shè)計(jì)和校驗(yàn);建立了物理回路模板庫(kù)，提高了物理回路的設(shè)計(jì)效率，實(shí)現(xiàn)了基于實(shí)回路模板庫(kù)的快速設(shè)計(jì)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(hù)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(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了智能變電站中網(wǎng)格線、智能化測(cè)控單元以及光纖接點(diǎn)等的智能設(shè)計(jì)與連接，降低了智能變電站建設(shè)中的工程安裝時(shí)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(shí)間3天，每日作業(yè)人員15人，機(jī)械臺(tái)班3個(gè)，工程費(fèi)（人工費(fèi)）800元/天，工程費(fèi)（機(jī)械臺(tái)班費(fèi)）2500元/天，共計(jì)工程安裝費(fèi)5.85萬(wàn)元;

建筑工程費(fèi)：通過(guò)本項(xiàng)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(jì)節(jié)省建筑工程費(fèi)約9.6萬(wàn)元。

檢測(cè)調(diào)試費(fèi)：本項(xiàng)目通過(guò)人工智能技術(shù)和相應(yīng)的輔助系統(tǒng)，通過(guò)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的SCD和SPCD文件生成，降低了智能變電站的調(diào)試時(shí)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(shí)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(jì)檢測(cè)調(diào)試費(fèi)7萬(wàn)元。

其他等效收益：通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，降低了智能變電站的建設(shè)與調(diào)試時(shí)間，共計(jì)節(jié)省智能站建設(shè)時(shí)間約4個(gè)月，提前了變電站投運(yùn)時(shí)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(wàn)元，變電站等效增加變電站收益約為783.51×0.0768≈60萬(wàn)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(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，有效簡(jiǎn)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(shí)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(jì)檢修人工費(fèi)6萬(wàn)元。

檢修設(shè)備成本：通過(guò)對(duì)變電站檢修工作的優(yōu)化，等效減少檢修設(shè)備施工時(shí)間4天，檢修設(shè)備使用費(fèi)/折舊費(fèi)8500元/天，共計(jì)檢修設(shè)備費(fèi)3.4萬(wàn)元。

搶修成本：通過(guò)項(xiàng)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(wàn)元，本項(xiàng)目降低變電站設(shè)備故障概率按10%計(jì)算，渠陽(yáng)變電站共2臺(tái)750MVA主變，可節(jié)約搶修成本100×2×0.1=20萬(wàn)元。

停電成本：500kV主變的檢修停電時(shí)間約為24h，按平均負(fù)載率50%計(jì)算，渠陽(yáng)變電站2臺(tái)變壓器可避免停電損失電量750×24×2×1000×0.5×10%/10000=180萬(wàn)度。按照平均每度電利潤(rùn)0.1714元，可節(jié)約停電成本0.174×180≈31萬(wàn)元。

（3）項(xiàng)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(duì)天津某500kV變電站，共計(jì)降低約140萬(wàn)元的智能變電站建設(shè)與維護(hù)成本，項(xiàng)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(gè)220千伏分區(qū)，若將該項(xiàng)目成果應(yīng)用于天津電網(wǎng)220kV以上電壓等級(jí)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(wàn)元、140萬(wàn)元、70萬(wàn)元，成果轉(zhuǎn)化率10%，則本項(xiàng)目預(yù)計(jì)將產(chǎn)生（200+140×9+70×76）×10%=678萬(wàn)元的增值收益。

3推廣應(yīng)用情況及前景

針對(duì)智能變電站二次設(shè)備種類(lèi)數(shù)量較多、互相連接復(fù)雜的問(wèn)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(kù)，可以解決不同設(shè)備生產(chǎn)廠家對(duì)同一類(lèi)型的虛端子表示形式不一的問(wèn)題，同時(shí)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(jí)和主接線方式的智能變電站二次設(shè)備提供參考。

針對(duì)簡(jiǎn)化后的虛端子智能化自動(dòng)連接問(wèn)題，提出的基于權(quán)重向量?jī)?yōu)化對(duì)虛連接距離進(jìn)行計(jì)算的方法，基于人工智能算法實(shí)現(xiàn)了虛端子的自動(dòng)連接，克服了虛端子連接需要手動(dòng)完成，連接質(zhì)量受設(shè)計(jì)人員對(duì)智能變電站熟悉程度影響的問(wèn)題，減輕了變電站設(shè)計(jì)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(duì)于高電壓等級(jí)的智能變電站，完成虛端子連接工作量也相對(duì)更大，基于人工智能的虛端子自動(dòng)連接有更好的應(yīng)用前景。

針對(duì)SCD文件虛回路的校驗(yàn)問(wèn)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(jì)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(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)了虛回路設(shè)計(jì)和校驗(yàn)的自動(dòng)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(jià)值。

針對(duì)實(shí)回路的設(shè)計(jì)，本項(xiàng)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(dòng)化設(shè)計(jì)，避免了自動(dòng)化程度不高的手動(dòng)物理回路設(shè)計(jì)方式，提高了實(shí)回路的設(shè)計(jì)效率。此外，此外，通過(guò)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(jì)，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(kāi)展。

針對(duì)國(guó)內(nèi)部分廠家正在推廣和開(kāi)發(fā)基于AutoCAD的圖形化模型設(shè)計(jì)工具軟件，但此類(lèi)軟件無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和圖紙生成的一體化的問(wèn)題。開(kāi)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(kù)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(dòng)化批量化生成?？梢詾樵O(shè)計(jì)單位提供符合其使用習(xí)慣的配套工具，突出設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)、集成、配置一體功能，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)圖紙資料的實(shí)時(shí)繪制和批量化生成，降低了設(shè)計(jì)成本，提高了設(shè)計(jì)效率。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本項(xiàng)目研究相關(guān)成果的推廣應(yīng)用，能夠提高我國(guó)智能變電站設(shè)計(jì)與建設(shè)水平，降低智能變電站建設(shè)與設(shè)計(jì)成本，促進(jìn)智能變電站改造升級(jí)，并推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展，能產(chǎn)生較高的社會(huì)效益，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

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