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編者按

隨著物聯網、云計算、移動互聯網、大數據、人工智能等新技術的飛速發展，以及IT與OT技術的進一步融合，工業制造、城市交通、電力能源、農業等各大行業領域的智慧化發展已成為必然趨勢。推進各領域向智慧化發展是一項復雜而龐大的系統工程，既需要單一技術與裝備的突破應用，還需要系統化的集成創新。智慧系統解決方案是推廣普及智能化技術的關鍵手段，是促進各行業智能化水平提升的核心。

為深化智慧產業發展，進一步提升智慧產業各領域系統解決方案應用水平，現由中國自動化學會、智能制造推進合作創新聯盟、工業控制系統信息安全產業聯盟、邊緣計算產業聯盟、中國儀器儀表行業協會主辦，控制網（www.dlhxzk.com.cn）＆《自動化博覽》承辦的2020智慧系統解決方案征集活動已正式啟動，面向全行業公開征集智慧系統解決方案。本刊特開設智慧系統解決方案專欄，刊發其中優秀的解決方案以饗讀者。

在數字經濟飛速發展的推動下，數據中心作為數字經濟的基礎設施，已經步入戰略數據中心時代，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，提高設備、系統的智能化管理水平，讓大型、超大型數據中心在全壽命周期內的管理效率及應對風險能力實現質的飛躍，從根本上解決傳統數據中心基礎設施建設中與配電設備有關的管理系統分開部署，異構數據庫信息壁壘嚴重，難以實現整體調優等問題。

1 數據中心智慧配電管理系統方案優勢

（1）智慧診斷：數據中心智慧配電管理系統以配電設備為管理對象，通過智能化手段加強系統向下管理能力，基于IEC 61850數字化技術應用實現配電系統底層共享數據信息，綜合系統運行工況、設備健康狀態、能耗節點分析、通過IoT以及人工智能診斷技術提供配電系統預測性設備診斷、專家級運行及運維策略，智能投切系統，有效預防非預期停電損失、減少人工運行維護成本，提高配電系統全生命周期的管理水平。

（2）智能靈動：基于IEC 61850的全站級數字化保護，細化邊緣層和設備層故障識別和診斷管理的顆粒度，輕松實現配電系統故障精準定位、迅速隔離故障、100ms內快速恢復系統供電，大大降低設備的傷害，確保配電系統的快速恢復供電，實現專家級配電系統全面保護及管理能力。

（3）透明管理：設備健康狀態實時監測、關鍵節點能耗實時跟蹤，提供透明可視的決策依據，顯著降低設備故障或過載帶來的非計劃停電風險、用科技力量實現精細化管理。

（4）專家隨行：綜合系統運行工況，負載能耗軌跡，設備健康狀態，提供專家級運行策略及智慧運維建議，減少人工經驗欠缺帶來的系統管理風險。

2 方案介紹

ABB數據中心智慧配電管理系統打破傳統方案信息孤島問題，從底層數據庫出發，以縱向管理一體化為中心，有機結合綜合信息，簡化人工管理過程，實現配電系統縱深型智慧管理五大功能：配電系統運行安全管理、配電設備健康診斷、實時專家建議、配電設備能耗優化以及智慧移動運維管理。

圖1 配電系統縱深型智慧管理五大功能

2.1 配電設備系統運行安全管理

ABB數據中心配電系統運行安全管理以變電站通信網絡和系統的國際標準IEC 61850為基礎，實現了智能變電站的工程運作軟件化、系統運行智能化以及未來擴展靈活化的使用需求。

GOOSE是IEC 61850標準定義的一種快速報文傳輸機制，繼電保護裝置通過GOOSE水平通信方式，發出的信號用于實現設備間閉鎖、保護功能判斷等。網絡化的通信可實現自我管理、自我診斷、自我糾偏，實現數據的快速可靠傳輸，徹底告別傳統用硬接線實現設備間信息交互時代，顯著減少硬接線維護成本、大大提高組網調試效率，以達到以軟件化定義硬件的智能化管理水平。采用IEC 61850技術，實現數字化全連接，對中低壓設備進行一體化管理，通過設備間信息交互，全站40ms內故障快速定位，在不增加保護設備的情況下，即可實現除線路保護之外的，母線保護、變壓器保護、數字化弧光保護三大保護功能，從而達到配電系統全面保護能力。在準確識別及快速故障定位的同時，基于設備健康狀態，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，進行安全穩定的供電，恢復系統運行能力，告別傳統方案無法在線檢測備用回路健康狀態，盲切至備用回路，甚至有可能切入問題回路，致使風險依然存在的問題。此外，數字化供電系統切換方案，可以實現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。除實現設備間電源轉換功能外，還可以實現程序操作，如一鍵檢修或轉至備用狀態等，讓操作更安全高效。

（1）數字化全連接實現100ms故障定位和快速自愈

圖2 數字化全連接實現100ms故障定位和快速自愈

（2）數字化弧光保護實現配電設備的“零”傷害

圖3 數字化弧光保護

（3）可視化程序化操作實現運行人員的“零”傷害

開關設備核心單元動作過程還可通過視頻終端監視運動狀態，實現遠程巡視，當遠程操作開關設備時，可同步調用視頻監控圖像，通過直觀圖像畫面實時監視斷路器搖入/搖出或接地開關操作過程及狀態，無需運行人員前往現場進行操作確認，既提高了操作安全性，也實現了可視化管理，顯著減少因人員操作失誤造成的生命或經濟損失。

圖4 可視化程序化操作

2.2 數據中心配電設備健康診斷

配電系統構成基礎為配電設備，配電設備運行過程，受老化機理的影響，會顯現劣化趨勢，影響供電安全，傳統方案只能通過巡檢及定期維護，以延緩劣化進程，但由于可監測特性信息有限，無法及時發現隱患，造成因設備故障帶來的非計劃停電損失。設備健康診斷管理通過對新設備提前植入智能傳感單元，實現設備特征狀態自知，并通過設備機理模型及工業大數據分析，實現診斷設備健康狀態，實現透明化設備管理。以中壓開關設備以例，設備智能化層采集關鍵點實時溫度、斷路器機械特性和電氣特性、環境參照溫度，通過中壓開關設備的機理模型及工業大數據智能算法實現設備健康診斷評分，直觀明了，并結合ABB專業服務運維經驗，提供實時可執行的專家運維建議，以構成智慧運維閉環管理。先于設備故障，提前預警、提早規劃、早預防、早治理，減少非計劃停電時間，從而來彌補距離服務資源遠，巡視人員不足的問題，以減少運營成本，提高生產效率。

圖5 數據中心配電設備健康診斷

2.3 智慧配電管理系統實時專家建議

實時專家建議可以結合設備在線健康狀態、設備離線維護信息、系統運行工況以及關鍵節點綜合能耗軌跡，基于人工智能算法及ABB全球變電站管理經驗，給出專家運行策略以及智慧運維建議。告別傳統配電管理信息壁壘，無法實現綜合分析，只能依靠人員在不同系統中信息篩選、分析判斷、常出現因經驗或專業能力欠缺造成誤判影響運行連接性及安全性的問題。

2.4 數據中心配電設備能耗管理

數據中心智慧配電管理系統將中壓開關設備、變壓器、低壓開關設備、列頭柜等均納入能耗監測環節，精細監測能耗流向，實時分析管理，直觀動態顯示PUE值，結合變壓器負載損耗，提供基于運行工況的變壓器經濟運行策略等。

圖6 數據中心配電設備能耗管理

2.5 智慧移動運維管理

數據中心智慧配電管理系統可實現綜合信息移動管理模塊包含智慧工單管理、設備健康狀態預測預警管理、設備及系統績效管理等功能。根據系統實時專家評估建議提供業務邏輯處理、相關數據存儲等，實現本地狀態量、電氣量、故障信息、報警信息、設備信息等數據的移動端顯示，云端對數據進行存儲、運算、分析，并可通過移動設備（亦可就地部署，在網頁端顯示）遠程監管，實現移動運維。為了滿足客戶不同需求，數據中心智慧配電管理可將系統狀態發送至動環系統，實現移動運維管理。

圖7 智慧移動運維管理

3 結束語

綜上，ABB提出的數據中心智慧配電管理系統，從五個維度保障數據中心和可靠供電及智慧管理，綜合提高數據中心配電系統全生命周期智慧化管理水平，通過數字化技術提高數據中心配電系統診斷分析的顆粒度，提高供電系統的穩定性及配電設備的可靠性，實現智能運維效率提升37%、人員管理效率提升30%、降低非預期停電損失30%。實現數據中心配電系統及設備的更加安全可靠、智能高效的管理目標。

摘自《自動化博覽》2020年5月刊