编者按
随着物联网、云计算、移动互联网、大数据、人工智能等新技术的飞速发展，以及IT与OT技术的进一步融合，工业制造、城市交通、电力能源、农业等各大行业领域的智慧化发展已成为必然趋势。推进各领域向智慧化发展是一项复杂而庞大的系统工程，既需要单一技术与装备的突破应用，还需要系统化的集成创新。智慧系统解决方案是推广普及智能化技术的关键手段，是促进各行业智能化水平提升的核心。
为深化智慧产业发展，进一步提升智慧产业各领域系统解决方案应用水平，现由中国自动化学会、智能制造推进合作创新联盟、工业控制系统信息安全产业联盟、边缘计算产业联盟、中国仪器仪表行业协会主办，控制网（www.kongzhi.net）＆《自动化博览》承办的2020智慧系统解决方案征集活动已正式启动，面向全行业公开征集智慧系统解决方案。本刊特开设智慧系统解决方案专栏，刊发其中优秀的解决方案以飨读者。
在数字经济飞速发展的推动下，数据中心作为数字经济的基础设施，已经步入战略数据中心时代，摆在客户面前亟待解决的问题是如何通过信息化集中、策略自主化工具减少人工治理，提高设备、系统的智能化管理水平，让大型、超大型数据中心在全寿命周期内的管理效率及应对风险能力实现质的飞跃，从根本上解决传统数据中心基础设施建设中与配电设备有关的管理系统分开部署，异构数据库信息壁垒严重，难以实现整体调优等问题。
1 数据中心智慧配电管理系统方案优势
（1）智慧诊断：数据中心智慧配电管理系统以配电设备为管理对象，通过智能化手段加强系统向下管理能力，基于IEC 61850数字化技术应用实现配电系统底层共享数据信息，综合系统运行工况、设备健康状态、能耗节点分析、通过IoT以及人工智能诊断技术提供配电系统预测性设备诊断、专家级运行及运维策略，智能投切系统，有效预防非预期停电损失、减少人工运行维护成本，提高配电系统全生命周期的管理水平。
（2）智能灵动：基于IEC 61850的全站级数字化保护，细化边缘层和设备层故障识别和诊断管理的颗粒度，轻松实现配电系统故障精准定位、迅速隔离故障、100ms内快速恢复系统供电，大大降低设备的伤害，确保配电系统的快速恢复供电，实现专家级配电系统全面保护及管理能力。
（3）透明管理：设备健康状态实时监测、关键节点能耗实时跟踪，提供透明可视的决策依据，显著降低设备故障或过载带来的非计划停电风险、用科技力量实现精细化管理。
（4）专家随行：综合系统运行工况，负载能耗轨迹，设备健康状态，提供专家级运行策略及智慧运维建议，减少人工经验欠缺带来的系统管理风险。
2 方案介绍
ABB数据中心智慧配电管理系统打破传统方案信息孤岛问题，从底层数据库出发，以纵向管理一体化为中心，有机结合综合信息，简化人工管理过程，实现配电系统纵深型智慧管理五大功能：配电系统运行安全管理、配电设备健康诊断、实时专家建议、配电设备能耗优化以及智慧移动运维管理。
图1 配电系统纵深型智慧管理五大功能
2.1 配电设备系统运行安全管理
ABB数据中心配电系统运行安全管理以变电站通信网络和系统的国际标准IEC 61850为基础，实现了智能变电站的工程运作软件化、系统运行智能化以及未来扩展灵活化的使用需求。
GOOSE是IEC 61850标准定义的一种快速报文传输机制，继电保护装置通过GOOSE水平通信方式，发出的信号用于实现设备间闭锁、保护功能判断等。网络化的通信可实现自我管理、自我诊断、自我纠偏，实现数据的快速可靠传输，彻底告别传统用硬接线实现设备间信息交互时代，显著减少硬接线维护成本、大大提高组网调试效率，以达到以软件化定义硬件的智能化管理水平。采用IEC 61850技术，实现数字化全连接，对中低压设备进行一体化管理，通过设备间信息交互，全站40ms内故障快速定位，在不增加保护设备的情况下，即可实现除线路保护之外的，母线保护、变压器保护、数字化弧光保护三大保护功能，从而达到配电系统全面保护能力。在准确识别及快速故障定位的同时，基于设备健康状态，通过程序化切换功能可以将故障迅速隔离并投入健康回路，进行安全稳定的供电，恢复系统运行能力，告别传统方案无法在线检测备用回路健康状态，盲切至备用回路，甚至有可能切入问题回路，致使风险依然存在的问题。此外，数字化供电系统切换方案，可以实现人工及自动双切换模式，满足客户不同工况的需求，提高智能化管理水平，让切换更安全、可靠、有效。除实现设备间电源转换功能外，还可以实现程序操作，如一键检修或转至备用状态等，让操作更安全高效。
（1）数字化全连接实现100ms故障定位和快速自愈
图2 数字化全连接实现100ms故障定位和快速自愈
（2）数字化弧光保护实现配电设备的“零”伤害
图3 数字化弧光保护
（3）可视化程序化操作实现运行人员的“零”伤害
开关设备核心单元动作过程还可通过视频终端监视运动状态，实现远程巡视，当远程操作开关设备时，可同步调用视频监控图像，通过直观图像画面实时监视断路器摇入/摇出或接地开关操作过程及状态，无需运行人员前往现场进行操作确认，既提高了操作安全性，也实现了可视化管理，显著减少因人员操作失误造成的生命或经济损失。
图4 可视化程序化操作
2.2 数据中心配电设备健康诊断
配电系统构成基础为配电设备，配电设备运行过程，受老化机理的影响，会显现劣化趋势，影响供电安全，传统方案只能通过巡检及定期维护，以延缓劣化进程，但由于可监测特性信息有限，无法及时发现隐患，造成因设备故障带来的非计划停电损失。设备健康诊断管理通过对新设备提前植入智能传感单元，实现设备特征状态自知，并通过设备机理模型及工业大数据分析，实现诊断设备健康状态，实现透明化设备管理。以中压开关设备为例，设备智能化层采集关键点实时温度、断路器机械特性和电气特性、环境参照温度，通过中压开关设备的机理模型及工业大数据智能算法实现设备健康诊断评分，直观明了，并结合ABB专业服务运维经验，提供实时可执行的专家运维建议，以构成智慧运维闭环管理。先于设备故障，提前预警、提早规划、早预防、早治理，减少非计划停电时间，从而来弥补距离服务资源远，巡视人员不足的问题，以减少运营成本，提高生产效率。
图5 数据中心配电设备健康诊断
2.3 智慧配电管理系统实时专家建议
实时专家建议可以结合设备在线健康状态、设备离线维护信息、系统运行工况以及关键节点综合能耗轨迹，基于人工智能算法及ABB全球变电站管理经验，给出专家运行策略以及智慧运维建议。告别传统配电管理信息壁垒，无法实现综合分析，只能依靠人员在不同系统中信息筛选、分析判断、常出现因经验或专业能力欠缺造成误判影响运行连接性及安全性的问题。
2.4 数据中心配电设备能耗管理
数据中心智慧配电管理系统将中压开关设备、变压器、低压开关设备、列头柜等均纳入能耗监测环节，精细监测能耗流向，实时分析管理，直观动态显示PUE值，结合变压器负载损耗，提供基于运行工况的变压器经济运行策略等。
图6 数据中心配电设备能耗管理
2.5 智慧移动运维管理
数据中心智慧配电管理系统可实现综合信息移动管理模块包含智慧工单管理、设备健康状态预测预警管理、设备及系统绩效管理等功能。根据系统实时专家评估建议提供业务逻辑处理、相关数据存储等，实现本地状态量、电气量、故障信息、报警信息、设备信息等数据的移动端显示，云端对数据进行存储、运算、分析，并可通过移动设备（亦可就地部署，在网页端显示）远程监管，实现移动运维。为了满足客户不同需求，数据中心智慧配电管理可将系统状态发送至动环系统，实现移动运维管理。
图7 智慧移动运维管理
3 结束语
综上，ABB提出的数据中心智慧配电管理系统，从五个维度保障数据中心和可靠供电及智慧管理，综合提高数据中心配电系统全生命周期智慧化管理水平，通过数字化技术提高数据中心配电系统诊断分析的颗粒度，提高供电系统的稳定性及配电设备的可靠性，实现智能运维效率提升37%、人员管理效率提升30%、降低非预期停电损失30%。实现数据中心配电系统及设备的更加安全可靠、智能高效的管理目标。
摘自《自动化博览》2020年5月刊
