變電站一體化預(yù)警防護系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

【摘要】對變電站一體化預(yù)警防護系統(tǒng)進行分析，總結(jié)當(dāng)前監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問題，并提出預(yù)警防護系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)及其各項功能。可提高本系統(tǒng)的監(jiān)控防護功能，具有一定的實用性及效率性。

【關(guān)鍵詞】一體化防護預(yù)警；信息集成；匹配算法

【中圖分類號】TM63 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158（2012）09-0069-01

引言

變電站是我國智能電網(wǎng)發(fā)展的重要組成部分，變電站中各類系統(tǒng)繁多，所含數(shù)據(jù)類型和實時性也各不相同，另外不同系統(tǒng)所處的安全分區(qū)一定程度上也制約了全景數(shù)據(jù)的構(gòu)建。變電站一體化預(yù)警防護系統(tǒng)包括一體化信息平臺和各種高級功能的應(yīng)用。一體化信息平臺的目標(biāo)是實現(xiàn)全站信息的有效融合，避免同一數(shù)據(jù)的重復(fù)采集，建立站內(nèi)穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)、動態(tài)和狀態(tài)信息全景數(shù)據(jù)的統(tǒng)一建模、統(tǒng)一接入、統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一處理、統(tǒng)一展示，建立變電站的統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺，供系統(tǒng)層各高級應(yīng)用子系統(tǒng)進行統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范化的數(shù)據(jù)存取訪問。一體化信息平臺和高級應(yīng)用功能在已實現(xiàn)的變電站中的實現(xiàn)方式上各不相同，但都需要解決信息集成過程中二次系統(tǒng)的安全防護問題。

監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

隨著我國智能電網(wǎng)的迅速發(fā)展，作為電網(wǎng)的重要組成部分，變電站的數(shù)字化、智能化勢在必行。目前，國內(nèi)外對于變電站數(shù)字化、智能化的研究已經(jīng)取得了一定進展，尤其是一次設(shè)備和二次設(shè)備的智能化技術(shù)、數(shù)字化智能化變電站的網(wǎng)絡(luò)可靠性分析等尤為突出。但是目前所有監(jiān)控變電站監(jiān)控和處理信息系統(tǒng)都是各自分散獨立運行的，還存在一定的問題：

（1）系統(tǒng)中被控站的接入調(diào)試不方便，當(dāng)建立一個新集控站時，需要把已經(jīng)存在的變電站作為被控站加入集控系統(tǒng)中。但多數(shù)變電站的線路都正在運行，無法在集控系統(tǒng)中對該線路進行調(diào)試，只有等該線路停電時或者專門做停電計劃，才能對其進行調(diào)試。這給集控系統(tǒng)初期的調(diào)試工作帶來了很大的不便。

（2）系統(tǒng)日常維護不方便。例如，每次變電站增加間隔，需要在后臺增加間隔信息，在上傳機增加部分間隔信息，然后集控站維護人員在集控系統(tǒng)中增加相應(yīng)信息。這種方式修改環(huán)節(jié)過多，增加了維護人員工作量和出錯的幾率。

（3）信息集成面臨的問題

信息集成的目標(biāo)是建立全景數(shù)據(jù)平臺，所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一建模、統(tǒng)一采集。但由于安全分區(qū)的限制，例如：位于安全I區(qū)的一體化信息平臺無法直接獲取位于安全Ⅲ區(qū)的在線監(jiān)測、輔助系統(tǒng)數(shù)據(jù)。現(xiàn)在智能站的普遍做法是將在線監(jiān)測等系統(tǒng)提升到安全Ⅱ區(qū)，但位于安全Ⅲ區(qū)的主站在線監(jiān)測系統(tǒng)如何訪問子站數(shù)據(jù)就成為新的問題。

預(yù)警防護系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

1.多路VGA信號告警區(qū)捕獲技術(shù)

在不改變目前電網(wǎng)系統(tǒng)運行的前提下，多路VGA信號告警捕獲技術(shù)將所有需要統(tǒng)一管理的VGA視頻信號，采用視頻轉(zhuǎn)換器設(shè)備將其轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控模擬視頻信號輸入到視頻服務(wù)器。

多路VGA信號告警捕獲技術(shù)可以實現(xiàn)視頻遠程傳播的目的，在總控機房值班室內(nèi)對遠程傳輸而來的集中監(jiān)控陣列中的VGA信號（含變電站監(jiān)控對象自動化系統(tǒng)、五遙系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)等）進行分析。

多路VGA信號告警捕獲技術(shù)中的異常特征分析識別采用了模板匹配算法，該匹配算法以最高的圖像塊作為一幀監(jiān)控圖像的異常目標(biāo)識別分析的匹配模板，將異常目標(biāo)有效地分割出來，捕獲變電站自動化系統(tǒng)視頻圖像的異常目標(biāo)（含集中采集、畫面比對分析與識別技術(shù)）。匹配算法可以設(shè)置算法的一系列識別閥值，通過這些值判斷系統(tǒng)是否異常。例如，目標(biāo)異常發(fā)生多長時間之后才認為是一個有效的異常報警，可以設(shè)置檢測目標(biāo)的最大尺寸和最小尺寸。多路VGA信號告警捕獲技術(shù)可以單獨設(shè)置檢測區(qū)域，該區(qū)域可以由用戶在監(jiān)控屏幕內(nèi)任意的設(shè)置形狀。

2.一路視頻顯示多路VGA畫面技術(shù)與回放拼接技術(shù)

在多個前端變電站VGA監(jiān)控視頻傳輸?shù)街行目刂茩C房時，對于如何顯示這些視頻圖像數(shù)據(jù)，使得工作人員不至于遺漏某一監(jiān)控點，本項目采用了視頻拼接處理技術(shù)。通過視頻拼接處理模塊對視頻流進行解碼、合成、再編碼等操作，達到一路視頻顯示多個畫面的目的，滿足系統(tǒng)實時性的要求。

該拼接模塊最多可以將八路變電站視頻圖像序列進行空間匹配對準(zhǔn)，經(jīng)采樣編碼合成后形成一幅包含八個圖像序列信息的多路、完整的、高清晰的拼接圖像。合成之后的一路拼接圖像信息可以只用一個顯示器即可顯示，當(dāng)工作人員需要重點觀測某一個拼接之前畫面的時候，只需在屏幕內(nèi)選擇該畫面既能按全屏或畫面方式顯示出來，同時整個系統(tǒng)還能以電網(wǎng)監(jiān)控報警信息為條件實現(xiàn)多畫面的回放拼接。

3.網(wǎng)絡(luò)型KVM集成矩陣顯示控制技術(shù)

本項目的一個基本要求是通過KVM實現(xiàn)本地和遠程的多個被監(jiān)控點的顯示器與鼠標(biāo)及鍵盤的切換控制，這樣才能做到集顯示控制為一體。基于多路視頻壓縮技術(shù)的變電站矩陣顯示控制技術(shù)，能將多個遠程變電站的監(jiān)控視頻畫面接入到顯示控制器矩陣（多路輸入、多路輸出、多路終端共享一套鍵盤、鼠標(biāo)）。該技術(shù)結(jié)合矩陣和多路視頻壓縮的特點，在編碼和解碼端均能完成編碼和解碼，充分地利用了視頻圖像在幀內(nèi)和幀問的相關(guān)性，可實時實現(xiàn)視頻圖像的壓縮，并具有高壓縮比、高信噪比的特點，還可以通過C/S方式遠程瀏覽（控制）視頻信息技術(shù)（各路輸入或輸出）。網(wǎng)絡(luò)型KVM集成矩陣顯示控制技術(shù)能同時做到多路輸入、多路輸出、多路終端共享一套鍵盤、鼠標(biāo)，并且能深度的結(jié)合多路VGA信號告警區(qū)捕獲技術(shù)，在有報警的時候可以自動或者手動的將發(fā)生異常情況的被監(jiān)控點VGA顯示和鼠標(biāo)、鍵盤控制切換到中心值班人員的操作臺機器上。

4.數(shù)字化視頻顯示矩陣的遠程控制技術(shù)

以上述第幾條研究結(jié)論為指導(dǎo)，如果被監(jiān)控的遠程變電站監(jiān)控畫面中有報警，網(wǎng)絡(luò)虛擬鍵盤矩陣自動將有報警的監(jiān)控畫面切換到主要顯示設(shè)備上。通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)虛擬鍵盤矩陣發(fā)送網(wǎng)絡(luò)指令指到視頻顯示矩陣，利用芯片內(nèi)部電路的導(dǎo)通與關(guān)閉進行接通與關(guān)斷，并可通過電平進行控制完成信號的選擇，以實現(xiàn)對數(shù)字矩陣的遠程切換控制（選擇性輸出、切換屏幕或推出畫面等）。該技術(shù)彌補了模擬矩陣下需要通過接線板由人工參與的方式才能完成視頻切換的不足，提高了系統(tǒng)的自動化程度。

小結(jié)

該系統(tǒng)在實際工程實驗中得到了良好的監(jiān)控效果，達到了預(yù)期的目的。運行中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點有：首先，監(jiān)控節(jié)點相互獨立，可以編制獨立的數(shù)據(jù)列表和預(yù)測算法，有利于工作人員的數(shù)據(jù)檢索與閥值修改；其次，監(jiān)控節(jié)點相互互補，多次的數(shù)據(jù)分析與判定會給出更準(zhǔn)確的結(jié)果；最后，開環(huán)的監(jiān)控系結(jié)構(gòu)提高了數(shù)據(jù)庫的運行和利用效率，為真正的閉環(huán)無人變電站值守工作目標(biāo)做出良好的基礎(chǔ)。