計算機視覺技術及其在電力系統自動化中的應用

一、概述

電力系統自動化是電力系統的發展趨勢，隨著計算機技術的不斷成熟，應用領域不斷拓展，在電力自動化系統中的信息輸入、輸出甚至是存儲和傳輸中都應用了計算機技術。鑒于電力系統具有功能復雜，分布范圍廣，管理調度較為集中等特點，故基于計算機的視覺圖像技術在電力自動化系統中具有非常廣泛的應用領域和應用前景。如結合紅外成像技術對線路設備進行監測、應用遙感技術和工業電視技術分擔工作人員的工作壓力等。

如果能夠將基于圖像識別和圖像處理的計算機視覺技術安全合理的應用到電力系統中，可以對電力系統的智能監控和處理。目前，已有部分應用實例投入使用，如利用紅外圖像分析技術對電力設備進行簡單識別、結合傳感器等對火電廠煤粉鍋爐火焰燃燒狀態的判斷等。

二、計算機視覺技術在電力系統自動化中的應用

計算機視覺技術是通過對采集到的數據圖像進行處理和分析來模擬和研究微觀或者宏觀層面視覺功能的技術。具體到電力系統自動化領域，計算機視覺技術主要被應用在三個方面，分別為地區調度實時監控、設備運行負荷控制和變電站自動化監控和處理。其中，地區調度實時監控中的計算機視覺技術功能與中心調度監控系統相似，都是通過多臺計算機和圖像采集設備實現對電力設備運行的監控和對電力的實時調度等。而設備運行負荷控制通常需要利用工頻或者聲頻參與控制，還無法完全脫離人的視覺參與實現自動控制。變電站自動化監控和處理是變電站自動化發展的方向，該技術是利用計算機，通過對實時狀態進行視頻監控和數據處理，以實現無人值守的自動化運行模式。

典型的應用領域為下述幾個方面。

1.計算機視覺技術在在線監測中的應用。該應用主要是利用計算機的紅外圖像識別技術對電力設備進行在線監測實現的。電氣設備的表面溫度在一定程度上可以反映其運行的狀態，利用圖像采集設備對電氣設備進行紅外成像拍攝，可以獲取設備溫度的實時動態，在此基礎上對紅外圖像進行圖譜分析，并與正常運行時的參照標準進行比較，即可實現對電力設備的在線監測。同時，若設備出現故障，利用紅外成像技術還能對故障位置進行定位，這就為及時進行檢修提供了強力的支持。

例如，斷路器觸頭接觸不良、輸電線路絕緣環境的變差、變壓器少油等故障都會造成局部設備過熱。若只采用傳統檢修方式，無法切實掌握設備運行狀態，只能在故障發生后尋找故障部位，檢查確認后才能進行排除處理。計算機視覺技術的應用，首先簡化了檢測方式，只需要將成像設備在有效范圍內對電氣設備進行遠距離測量即可實現；其次在監測方面，一旦設備的監測數據超出正常范圍的最大或最小閾值，即可認定該部位已經發生故障，實現對故障的及時處理，由于定位更為準確，且減少了傳統的故障部位確認環節，故提高了系統運行與監測效率。

2.計算機視覺技術在無人值班變電站和電場環境監控中的應用。在無人值班變電站中，利用微波雙鑒探測器和計算機網絡等組成無人監視系統，通過該系統對變電站周邊環境進行視頻監控，然后利用差分圖像、光流法等計算機視覺技術等對移動物體進行判斷和識別，確認移動物體屬性，若出現情況可以進行實時報警。實際應用表明，在適當天氣條件下，該系統的識別準確率保持在較高水平。若變電站周邊發生火情，還可以輔助紅外圖像識別對火勢進行判斷并報警。

3.計算機視覺技術在電力線路監測中的應用。隨著經濟社會的發展，為滿足人們日益增長的電力需求，必須進行大量的電力線路鋪設，在鋪設過程中，通常需要穿越復雜的地理環境，這種情況為線路巡檢員的工作帶來了極大的困難，且巡檢效率不高、存在巡檢盲區等。此時，利用計算機視覺技術可以很好的解決該問題。對電力線路安裝監測機器人，在機器人中安裝控制裝置，位置傳感器、測距傳感器和CCD視覺傳感器，線路檢測裝置，無線圖像傳輸設備等，通過機器人在線路中行走對線路進行溫度識別和分布判斷，進而完成線路的巡視工作。該方式可以減少惡劣環境對巡線工作帶來的操作難度，提高工作效率，增強故障判斷精度。

4.計算機視覺技術在位置判斷中的應用。利用計算機視覺技術可以對電力系統中的開關刀閘位置和繼電保護壓板的位置進行監測。開關刀閘具有三種狀態，分別為閉合、斷開和異常。若開關刀閘位置不適當會影響到系統的工作狀態。利用計算機視覺技術可以自動識別其工作狀態，并對不正常狀態進行報警。繼電保護壓板會隨著電網或者變電站的運行方式的變化而變化。操作規范要求值班人員對壓板的位置進行確認和糾正。若壓板位置不正確會導致繼電保護出現錯誤動作甚至引發事故。在壓板監測方面，由于壓板電信息不明辨，傳統檢測方式不易對其進行檢測，若采用計算機視覺技術，利用成像技術對壓板盤面進行圖像采集，然后通過圖像識別技術對獨享進行識別，即可實現對壓板位置的判斷。

三、總結

計算機視覺技術可以滿足電力系統自動化進程中所面臨的一些實際問題，得到了充分的肯定。隨著我國電力系統規模的不斷擴大，系統復雜度的逐漸增高，對系統維護要求的不斷提高，計算機視覺技術必然會成為電力系統自動化應用中的重要技術之一，且具有廣泛的應用前景。