基于人工智能辅助的智能变电站图模一体化自动配置应用推广前景分析

朱辰

摘要：本文对基于人工智能辅助的智能变电站图模一体化自动配置应用成果进行了对比，并对直接经济效益做了详细分析，对成果推广应用及前景充满信心。

关键词：人工智能;变电站;图模一体化;应用推广;前景分析

1基于人工智能辅助的智能变电站图模一体化自动配置应用成果对比

首先，国内智能变电站虚端子连接工作主要依靠设计院人员手动完成，工作量大，时间长且容易出错，对智能变电站的安全运行造成隐患。本项目提出的基于智能变电站电气间隔和IED功能的虚端子连接模板库，使模板库具有人工智能的属性，可以实现虚端子连接模板库的自动学习、整理和完善。同时，基于虚端子连接模板库实现了对SCD文件虚回路的自动设计和校验。

其次，现有的物理回路设计方式依然为手动方式设计，自动化程度不高。本项目首次提出了物理回路模型SPCD文件，将光纤回路模型化和数字化，通过对智能变电站多设备物理结构进行建模，规范了物理回路建模方法，研究了SPCD文件的设计流程，实现了物理回路和逻辑回路的虚实对应。并通过二次系统全景模型，实现了逻辑回路和物理回路的解耦设计，使两类设计工作互不干扰，实现虚实一体化设计。

最后，国内外厂家研究的相关设计软件具有根据私有的数据库文件自动出图的功能，但完全依赖公开的规范文件，对SCD和SPCD文件进行自动出图尚没有进行研究。而本项目开发了包含CAD接口、Word接口和Excel接口的轻型独立软件，基于轻型独立软件提出了数据库结构和SPCD、SCD文件转换方法，实现了二次图纸、资料的自动化批量化生成。

2项目带来的直接经济效益

本项目建立了虚端子连接模板库，通过人工智能技术实现了虚端子的自动连接;基于虚端子连接模板库和SSD文件，实现了虚回路的自动设计和校验;建立了物理回路模板库，提高了物理回路的设计效率，实现了基于实回路模板库的快速设计SPCD文件;形成的全景模型文件可以批量生成CAD图纸和图纸资料。目前该技术已经运用到天津某500kV变电站，变电站共有#1、#2主变（750MVA），配电装置均采用户内布置，位于变电站主体建筑内背侧。

（1）降低智能站建设与调试成本：

工程安装费：通过本项目的实施，实现了智能变电站中网格线、智能化测控单元以及光纤接点等的智能设计与连接，降低了智能变电站建设中的工程安装时间，相应地节省了工程安装成本。具体为：减少人员施工时间3天，每日作业人员15人，机械台班3个，工程费（人工费）800元/天，工程费（机械台班费）2500元/天，共计工程安装费5.85万元;

建筑工程费：通过本项目的实施，智能变电站系统结构更加合理，继电室的整合以及控制电缆数量的大量減少相应建筑费用，其中主要为电缆及电缆沟费用，共计节省建筑工程费约9.6万元。

检测调试费：本项目通过人工智能技术和相应的辅助系统，通过自动化设计的SCD和SPCD文件生成，降低了智能变电站的调试时间，缩减了智能变电站调试成本。具体为：减少设备调试人员施工时间4天，每日作业人员15人，设备调试人工费800元/天，调试设备使用费/折旧费5500元/天，共计检测调试费7万元。

其他等效收益：通过本项目的实施，降低了智能变电站的建设与调试时间，共计节省智能站建设时间约4个月，提前了变电站投运时间，基于变电站内部投资收益系数0.0768，每年投资净现值约783.51万元，变电站等效增加变电站收益约为783.51×0.0768≈60万元。

（2）减小智能站维护工作量，提高智能站安全可靠性

检修人工成本：通过本项目的实施，有效简化了变电站检修人员的工作流程，使变电站检修工作更加高效，有效降低了变电站检修人员工作量。等效减少设备检修人员施工时间4天，每日作业人员15人，设备检修人工费1000元每天，共计检修人工费6万元。

检修设备成本：通过对变电站检修工作的优化，等效减少检修设备施工时间4天，检修设备使用费/折旧费8500元/天，共计检修设备费3.4万元。

抢修成本：通过项目的实施，有效提高了智能变电站的可靠性，降低了变电站设备故障概率。一般变电站主变故障率为0.0015次/年，500kV变电站主变每次应急抢修成本为100万元，本项目降低变电站设备故障概率按10%计算，渠阳变电站共2台750MVA主变，可节约抢修成本100×2×0.1=20万元。

停电成本：500kV主变的检修停电时间约为24h，按平均负载率50%计算，渠阳变电站2台变压器可避免停电损失电量750×24×2×1000×0.5×10%/10000=180万度。按照平均每度电利润0.1714元，可节约停电成本0.174×180≈31万元。

（3）项目推广于天津电网智能变电站建设的预期增值收益

上述分析效益分析仅针对天津某500kV变电站，共计降低约140万元的智能变电站建设与维护成本，项目成果具有显著的经济效益，具有广阔的应用前景，可推广于天津电网智能变电站的建设与维护。截至目前，天津电网共建成1000千伏变电站1座，500千伏变电站9座，220千伏变电站76座，形成了500千伏日字形环网和7个220千伏分区，若将该项目成果应用于天津电网220kV以上电压等级的变电站改造与建设中，以1000kV、500kV、220kV变电站分别实现经济效益200万元、140万元、70万元，成果转化率10%，则本项目预计将产生（200+140×9+70×76）×10%=678万元的增值收益。

3推广应用情况及前景

针对智能变电站二次设备种类数量较多、互相连接复杂的问题，提出的基于智能变电站电气间隔和IED功能的虚端子连接模板库，可以解决不同设备生产厂家对同一类型的虚端子表示形式不一的问题，同时也为使用机器学习方法学习智能变电站虚端子连接创造了条件，为其他电压等级和主接线方式的智能变电站二次设备提供参考。

针对简化后的虚端子智能化自动连接问题，提出的基于权重向量优化对虚连接距离进行计算的方法，基于人工智能算法实现了虚端子的自动连接，克服了虚端子连接需要手动完成，连接质量受设计人员对智能变电站熟悉程度影響的问题，减轻了变电站设计人员的工作量，提高了智能变电站虚端子连接的效率。此外，对于高电压等级的智能变电站，完成虚端子连接工作量也相对更大，基于人工智能的虚端子自动连接有更好的应用前景。

针对SCD文件虚回路的校验问题，提出的借鉴k临近算法，弥补了以往智能变电站建设中虚回路需人工配置，设计效率低，配置文件修改前后校验困难，尤其是在扩建工程中回造成一次设备陪停时间长等问题。实现了虚回路设计和校验的自动化，提高了智能变电站建设和扩建的效率，并且具有较好的可靠性和可控性，具有推广应用的价值。

针对实回路的设计，本项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，实现了物理回路的自动化设计，避免了自动化程度不高的手动物理回路设计方式，提高了实回路的设计效率。此外，此外，通过二次系统的全景数字化模型的应用，不仅实现了虚回路和实回路的一体化设计，还方便了智能变电站二次系统管控，并为后端的应用提供了巨大的空间，极大地方便检修工作的开展。

针对国内部分厂家正在推广和开发基于AutoCAD的图形化模型设计工具软件，但此类软件无法实现设计和图纸生成的一体化的问题。开发了包含CAD接口、Word接口和Excel接口的轻型独立软件，并基于轻型独立软件提出了数据库结构和SPCD、SCD文件转换方法，实现了二次图纸、资料的自动化批量化生成。可以为设计单位提供符合其使用习惯的配套工具，突出设计单位的设计、集成、配置一体功能，实现了设计图纸资料的实时绘制和批量化生成，降低了设计成本，提高了设计效率。

4结束语

综上所述，本项目研究相关成果的推广应用，能够提高我国智能变电站设计与建设水平，降低智能变电站建设与设计成本，促进智能变电站改造升级，并推动我国制造业的发展，能产生较高的社会效益，具有重要的应用价值。

参考文献：

[1]黄鼎曦.从机器学习视角探讨人工智能辅助规划编制的发展前景[C]//规划60年：成就与挑战——2016中国城市规划年会论文集（04城市规划新技术应用）.2016.