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        變電站開(kāi)關(guān)設(shè)備透明化技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)方法研究

        2025-02-15 00:00:00肖詩(shī)宇潘文彬陳虎陳晨王芳蘇元浩沈小軍
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2025年4期
        關(guān)鍵詞:變電站

        摘" 要:該文提出一種變電站開(kāi)關(guān)設(shè)備透明化成熟度評(píng)價(jià)理論框架,并細(xì)分為5個(gè)遞進(jìn)等級(jí),信息描述、多點(diǎn)映射、動(dòng)態(tài)可視、時(shí)效分析和業(yè)務(wù)協(xié)同,旨在覆蓋從數(shù)據(jù)基礎(chǔ)構(gòu)建到高級(jí)應(yīng)用協(xié)同過(guò)程。從信息組織、關(guān)聯(lián)交互、融會(huì)貫通和功能服務(wù)4個(gè)維度提出成熟度評(píng)價(jià)指標(biāo),并設(shè)計(jì)完整應(yīng)用流程。項(xiàng)目成果可為變電站開(kāi)關(guān)設(shè)備數(shù)字化技術(shù)的高階應(yīng)用提供技術(shù)參考。

        關(guān)鍵詞:數(shù)字電網(wǎng);變電站;開(kāi)關(guān)設(shè)備;透明化;成熟度評(píng)價(jià)

        中圖分類號(hào):TM72""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A""""""""" 文章編號(hào):2095-2945(2025)04-0081-05

        Abstract: This paper proposes a theoretical framework for transparency maturity evaluation of substation switchgear, which is subdivided into five progressive levels, information description, multi-point mapping, dynamic visualization, timeliness analysis, and business collaboration, aiming to cover the process from data foundation construction to advanced application collaboration. Maturity evaluation indicators are proposed from four dimensions: information organization, correlation interaction, integration, and functional services, and a complete application process is designed. The project results can provide technical reference for high-level applications of substation switchgear digitalization technology.

        Keywords: digital power grid; substation; switchgear; transparency; maturity evaluation

        隨著信息技術(shù)與電力系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的一體化趨勢(shì),一、二次設(shè)備的深度融合成為了推動(dòng)電網(wǎng)現(xiàn)代化的關(guān)鍵路徑[1]。變電站作為電力傳輸與分配的神經(jīng)中樞,其智能化與可靠性升級(jí)成為提升整個(gè)電網(wǎng)透明化與響應(yīng)速度的迫切需求[2]。

        隨著電力系統(tǒng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型,變電站開(kāi)關(guān)設(shè)備因規(guī)模龐大以及數(shù)據(jù)分散性,其設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)、數(shù)據(jù)集成與分析應(yīng)用等方面尚未實(shí)現(xiàn)技術(shù)覆蓋,如何評(píng)估新技術(shù)的成熟度并優(yōu)化其在復(fù)雜電網(wǎng)環(huán)境下的應(yīng)用策略,成為實(shí)現(xiàn)先進(jìn)技術(shù)部署的迫切需求[3]?,F(xiàn)有技術(shù)手段和評(píng)價(jià)體系側(cè)重單一設(shè)備性能或局部系統(tǒng)的優(yōu)化,技術(shù)嚴(yán)密性和維度相關(guān)性方面具有局限性。一方面,忽略了現(xiàn)實(shí)工況及相關(guān)技術(shù),以及情景特征與業(yè)務(wù)需求的相互作用;另一方面,與現(xiàn)有技術(shù)理論脫節(jié),缺乏評(píng)價(jià)指標(biāo)的理論支撐,難以全面、準(zhǔn)確地掌握數(shù)字化、透明化應(yīng)用水平與建設(shè)方向[4]。

        圍繞新型電力系統(tǒng)建設(shè),需要清晰的、具有針對(duì)性的變電站開(kāi)關(guān)設(shè)備數(shù)字化、透明化成熟度定義,對(duì)其能力域進(jìn)行分類,以評(píng)估其建設(shè)質(zhì)效。本文的目的旨在:①成熟度描述。呈現(xiàn)當(dāng)前變電站開(kāi)關(guān)設(shè)備的數(shù)字化、透明化成熟度水平和目標(biāo)。②成熟度評(píng)價(jià)。將數(shù)字化、透明化建設(shè)目標(biāo)與現(xiàn)實(shí)技術(shù)水平和技術(shù)成熟度進(jìn)行評(píng)價(jià)和對(duì)比分析。③規(guī)范性建設(shè)。為變電站開(kāi)關(guān)設(shè)備達(dá)到預(yù)期的數(shù)字化、透明化成熟度水平提供建設(shè)指導(dǎo)。

        通過(guò)對(duì)變電站開(kāi)關(guān)設(shè)備數(shù)字化、透明化技術(shù)成熟度進(jìn)行評(píng)價(jià),可把握從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理到高級(jí)應(yīng)用協(xié)同的全鏈條升級(jí)路徑,減少技術(shù)發(fā)展收益的不確定性,以確保技術(shù)革新與業(yè)務(wù)需求的緊密對(duì)接。

        1" 開(kāi)關(guān)設(shè)備數(shù)字化、透明化成熟度評(píng)價(jià)理論框架

        1.1" 開(kāi)關(guān)設(shè)備數(shù)字化、透明化業(yè)務(wù)需求及現(xiàn)狀

        數(shù)字化、透明化技術(shù)發(fā)展的主要目的是在設(shè)備層面、系統(tǒng)層面和業(yè)務(wù)層面滿足電力系統(tǒng)的運(yùn)行與維護(hù)需求。對(duì)其技術(shù)成熟度的評(píng)價(jià)是將組織、系統(tǒng)、過(guò)程和技術(shù)與實(shí)際需求和目的相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的數(shù)字化、透明化建設(shè)進(jìn)行描述、指導(dǎo)和開(kāi)發(fā)。隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、可視化等技術(shù)的發(fā)展,對(duì)變電站開(kāi)關(guān)的設(shè)備數(shù)字化、透明化技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)重點(diǎn)是圍繞戰(zhàn)略、組織、技術(shù)、操作和需求進(jìn)行多方面多維度的綜合評(píng)估[5]。因此,本文從業(yè)務(wù)單元與發(fā)展需求相結(jié)合的角度,構(gòu)建涵蓋技術(shù)策略、管理策略、運(yùn)維策略、平臺(tái)組織和應(yīng)用流程的成熟度評(píng)價(jià)模型。

        新型電力系統(tǒng)數(shù)字化、透明化運(yùn)維利用數(shù)據(jù)與知識(shí)融合,應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境,確保運(yùn)維安全可靠[6]。對(duì)其技術(shù)成熟度的評(píng)估需聚焦于關(guān)鍵技術(shù)及智能設(shè)備,結(jié)合信息共享平臺(tái),根據(jù)業(yè)務(wù)需求構(gòu)建評(píng)價(jià)模型,定性分析整體數(shù)字化、透明化水平,指導(dǎo)實(shí)踐建設(shè)。

        由圖1可知,本文從價(jià)值屬性和技術(shù)屬性對(duì)變電站開(kāi)關(guān)設(shè)備的技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行拆解[7]:①現(xiàn)有應(yīng)用場(chǎng)景。具備相對(duì)成熟的實(shí)現(xiàn)技術(shù),可視為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。②未來(lái)重點(diǎn)場(chǎng)景。體現(xiàn)出未來(lái)建設(shè)需求和技術(shù)的顯性價(jià)值,但大規(guī)模應(yīng)用仍待關(guān)鍵技術(shù)突破與支撐。

        當(dāng)前,變電站開(kāi)關(guān)設(shè)備數(shù)字化、透明化面臨信息孤立與功能差異等問(wèn)題:①電場(chǎng)、溫度場(chǎng)等數(shù)據(jù)融合不足,電、熱、聲等狀態(tài)信息與空間信息分離,減弱了設(shè)備管控效能;②缺乏與可視化對(duì)接的數(shù)據(jù)分析與挖掘方法,導(dǎo)致運(yùn)維信息管理分散無(wú)序;③運(yùn)維信息與復(fù)雜動(dòng)態(tài)工況下的需求不對(duì)接,難以支撐變電站數(shù)字化運(yùn)維應(yīng)用[8]。

        本文依托國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ITU-T Y.4906《產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型評(píng)估框架》與《企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型方法論》,以及國(guó)內(nèi)GB/T 23011—2022《數(shù)字化轉(zhuǎn)型 價(jià)值效益參考模型》與T/AIITRE 10001—2020《數(shù)字化轉(zhuǎn)型 參考架構(gòu)》等規(guī)范,結(jié)合工信部數(shù)字化轉(zhuǎn)型成熟度體系,針對(duì)變電站開(kāi)關(guān)設(shè)備的特殊運(yùn)維需求,構(gòu)建一套分層次、分領(lǐng)域的成熟度評(píng)估框架,旨在為變電站數(shù)字化、透明化技術(shù)的成熟度提供全面并且具有針對(duì)性的評(píng)估工具,促進(jìn)技術(shù)有效應(yīng)用與轉(zhuǎn)型升級(jí)。

        1.2" 數(shù)字化、透明化技術(shù)成熟度等級(jí)

        圍繞現(xiàn)有的變電站設(shè)備的相關(guān)理論研究和應(yīng)用實(shí)踐,本文依據(jù)其特征功能與用途分為6個(gè)層面:①面向多維度、多業(yè)務(wù)需求的雜散亂信息高度集成與有序化、結(jié)構(gòu)化規(guī)范組織;②設(shè)備實(shí)體及其模型的協(xié)同應(yīng)用;③多層級(jí)信息、模型與技術(shù)資源的融合集成;④基于有序化、結(jié)構(gòu)化信息組織的動(dòng)態(tài)可視化掛接;⑤設(shè)備環(huán)境與狀態(tài)資源的優(yōu)化管理與高效交互;⑥高度可靠的平臺(tái)工具及其友好服務(wù)范式。

        基于變電站智能化與可靠性需求,從4個(gè)方面將開(kāi)關(guān)設(shè)備的數(shù)字化、透明化技術(shù)分為5個(gè)等級(jí):①一級(jí)(L1),信息描述。信息描述涉及運(yùn)用信息技術(shù),從多維度刻畫變電站開(kāi)關(guān)設(shè)備特性,但現(xiàn)有模式下,信息化模型與實(shí)體設(shè)備間實(shí)時(shí)交互受限,依賴人工進(jìn)行信息組織、控制及模型更新優(yōu)化。②二級(jí)(L2),多點(diǎn)映射。多點(diǎn)映射依據(jù)時(shí)間、空間及環(huán)境條件,反映變電站開(kāi)關(guān)實(shí)時(shí)狀態(tài)演變,借助實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)突破三維局限整合多源信息。然而,設(shè)備運(yùn)維分析與關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)推理仍主要依靠人工。③三級(jí)(L3),動(dòng)態(tài)可視。該成熟度層次實(shí)現(xiàn)了信息空間數(shù)字化模型的完善組織,支持復(fù)雜運(yùn)行過(guò)程的信息透明。動(dòng)態(tài)可視通過(guò)增強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸,建立雙向交互,提升了多源信息的有序組織與可視化水平。④四級(jí)(L4),時(shí)效分析。時(shí)效分析依托設(shè)備與模型的實(shí)時(shí)交互,融合多源信息,動(dòng)態(tài)展現(xiàn)設(shè)備狀態(tài),并結(jié)合運(yùn)維知識(shí)解析內(nèi)在規(guī)律,實(shí)現(xiàn)狀態(tài)全面關(guān)聯(lián)與知識(shí)追蹤,輔助快速解析設(shè)備狀況,進(jìn)行高效分析應(yīng)用。⑤五級(jí)(L5),業(yè)務(wù)協(xié)同。數(shù)字化、透明化的變電站設(shè)備實(shí)時(shí)展示狀態(tài)與趨勢(shì),通過(guò)即時(shí)交互感知狀態(tài)變化,動(dòng)態(tài)更新設(shè)備模型和知識(shí),確保長(zhǎng)期運(yùn)行中的狀態(tài)與信息的一致性。

        1.3" 成熟度評(píng)價(jià)指標(biāo)

        成熟度等級(jí)概括了變電站開(kāi)關(guān)設(shè)備數(shù)字化、透明化的目標(biāo)范圍,圍繞四大維度確立18項(xiàng)指標(biāo),細(xì)化了各級(jí)別對(duì)指標(biāo)的成熟度要求。

        1.3.1" 信息組織維度

        信息組織維度負(fù)責(zé)感知變電站設(shè)備的信息電量與非電量信息要素,其評(píng)價(jià)指標(biāo)見(jiàn)表1。

        1.3.2" 關(guān)聯(lián)交互維度評(píng)價(jià)指標(biāo)

        關(guān)聯(lián)交互是銜接信息基礎(chǔ)與業(yè)務(wù)需求的重要維度,其評(píng)價(jià)指標(biāo)見(jiàn)表2。

        1.3.3" 融會(huì)貫通維度評(píng)價(jià)指標(biāo)

        數(shù)字化、透明化建設(shè)需基于業(yè)務(wù)需求和目標(biāo)功能進(jìn)行技術(shù)與資源的融合,其評(píng)價(jià)指標(biāo)見(jiàn)表3。

        1.3.4" 功能服務(wù)維度評(píng)價(jià)指標(biāo)

        功能服務(wù)是決定發(fā)揮變電站設(shè)備信息要素效用和價(jià)值的關(guān)鍵,其評(píng)價(jià)指標(biāo)見(jiàn)表4。

        2" 成熟度評(píng)價(jià)模型應(yīng)用流程

        成熟度評(píng)價(jià)模型應(yīng)用流程分為3個(gè)階段:首先,專家設(shè)定指標(biāo)權(quán)重與成熟度評(píng)分;其次,進(jìn)行權(quán)重與評(píng)分的一致性校驗(yàn);最后,計(jì)算整體成熟度得分,匹配相應(yīng)等級(jí),如圖2所示。

        記A表示各單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重設(shè)定與成熟度評(píng)分的判斷矩陣,將不同評(píng)價(jià)指標(biāo)與成熟度分別進(jìn)行兩兩對(duì)比,基于層次分析法構(gòu)建判斷矩陣[9]為

        式中:aij表示指標(biāo)i相對(duì)于指標(biāo)j的重要性對(duì)比。判斷矩陣A是為計(jì)算初步權(quán)重評(píng)分向量的最大特征根,并基于A計(jì)算初步權(quán)重與評(píng)分的一致性

        式中:λmax為矩陣A的最大特征值。在此基礎(chǔ)上,計(jì)算一致性期望

        式中:RI為一致性指數(shù)。其計(jì)算方法為

        式中:λavg為矩陣A中所有特征值的平均值。本文設(shè)置一致性期望閾值為50%,即當(dāng)CR<0.5時(shí),判定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重與評(píng)分具有滿意的一致性,否則需重新設(shè)定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重與評(píng)分。在第三階段,依據(jù)滿足一致性期望的初步單項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重與成熟度評(píng)分,計(jì)算單項(xiàng)維度的成熟度評(píng)分Dn為

        式中:m表示單項(xiàng)評(píng)估維度下單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)量;αi表示第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重;βj表示第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的成熟度評(píng)分。S表示變電站設(shè)備數(shù)字化、透明化成熟度的整體最終評(píng)分,其最終結(jié)果應(yīng)由單項(xiàng)維度的成熟度評(píng)分及其總權(quán)重構(gòu)成為

        式中:4表示本文成熟度評(píng)估的4個(gè)維度;?著為評(píng)分比例系數(shù)。依據(jù)最終成熟度評(píng)分,將變電站設(shè)備數(shù)字化、透明化成熟度劃分為5個(gè)等級(jí)分段,見(jiàn)表5。

        3" 結(jié)論

        開(kāi)關(guān)類設(shè)備的數(shù)字化、透明化需要同時(shí)進(jìn)行多種技術(shù)性的轉(zhuǎn)變和創(chuàng)新。本文將其成熟度水平劃分為信息描述、多點(diǎn)映射、動(dòng)態(tài)可視、時(shí)效分析和業(yè)務(wù)協(xié)同5個(gè)等級(jí),提出了4個(gè)維度、18個(gè)指標(biāo)的成熟度評(píng)價(jià)模型,設(shè)計(jì)了電力設(shè)備數(shù)字化、透明化評(píng)價(jià)模型的應(yīng)用流程。研究成果可為變電站開(kāi)關(guān)類設(shè)備數(shù)字化、透明化的建設(shè)提供參考。

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