一種SCADA系統和視頻與環境監控系統在電力系統中聯動的應用方法

樊騰飛

（中國南方電網電力調度控制中心 廣東 廣州 510623）

一種SCADA系統和視頻與環境監控系統在電力系統中聯動的應用方法

樊騰飛

（中國南方電網電力調度控制中心 廣東 廣州 510623）

基于減少電力系統中SCADA系統和視頻與環境監控系統的聯動手動操作復雜度的目的，本文提出一種聯動融合方法減少操作的復雜度和誤差率。該方法通過構建控制協議和聯動信號的方式將兩個系統有效地進行融合。通過在某電力局中實驗，結果顯示這種方法提高事件數量6%～15%,降低誤差率7%～10%。

SCADA；視頻與環境監控系統；聯動；電力系統

當前電力系統中的視頻與環境監控系統使用高分辨率的攝像機作為“眼睛”采集環境信息，比如斷路器、開關和變壓器等電力設備的運行情況、儀表參數信息[1-4]。當出現事件需要進行觀察和處理的時候，SCADA系統和視頻&環境監控系統之間只能人為的進行系統間的切換來合作，系統和系統之間沒有任何的交流和通信。用戶只能先通過視頻與環境監控系統觀察現場情況，然后使用SCADA系統進行相應調度，這樣很容易對事件處理產生負面影響[5-9]。

為了快速準確通過數據交換完成兩種系統之間的聯動，文中綜合了SCADA系統和視頻&環境監控系統的實際使用環境信息和要求，提出搭建一種分層通信體系架構和系統之間的通信協議的方法來實現系統間的通信，實現聯動融合的目的。

1 聯動方法

1.1 方法原理

從圖1可以看出，首先當視頻&環境監控系統或者用戶發現事件時，SCADA系統觀察運行狀態信息，根據事件環境給聯動主機發送相應監控聯動信號。然后，聯動主機要求視頻&環境監控系統將事件環境的所有攝像機視頻全部彈出，視頻畫面在客戶端上分格顯示便于觀察。最后客戶端根據處理方案對事件進行處理[10-11]。

圖1 方法原理圖

整個方法在執行的過程中，主要通過SCADA系統的“四遙”手段完成[12]。另外，視頻&環境監控中對觀察到的事件信息也有一定的自動處理能力，比如刀閘、開關這種類型的事件。通過攝像機對這類事件直接進行分析和儀表的讀數判斷，當采集數據超過規定的閾值，則通知SCADA系統進行事件處理操作，同時將相關信息登記在服務器，顯示在客戶端并報警。

1.2 約束條件

1）網絡的帶寬需求

電力系統網絡的大規模建設需要的監控點位越來越多，通信距離越來越長。所以通信網絡的帶寬限制將影響聯動處理事件的有效性。

2）攝像機云臺的控制

監控系統中對攝像機的控制多是以云臺控制。當處理事件時，直接對云臺進行控制有可能與用戶操作引起沖突，所以SCADA發送的聯動信息不能直接聯動云臺進行數據交換。

3）設備限制

聯動服務器和視頻服務器以及攝像機等設備的性能對事件處理有重要影響。服務器的性能限制事件處理的時間和數量，而攝像機的像素則制約了對電力設備實時采集數據的準確度[13-15]。

2 聯動應用

SCADA系統和視頻與環境監控系統在變電站中的聯動方法應用的核心是在聯動過程中進行通信方法的設計。這種通信的方法設計主要涉及電力調度分層、遙視系統、網絡聯動、數據流、時間同步、端口定義以及報文格式7個部分。

2.1 電力調度分層

圖2 電力調度分層控制結構圖

從圖2可以看出電力調度的層級關系，層級從大到小的順序是：主調度中心、區域調度中心、地區調度中心、變電站和發電廠。根據層級順序，則聯動順序也是通過從大到小的方式進行，當然還有根據事件的緊急程度設定處理操作的優先級。2.2 遙視系統

圖3 遙視系統構成圖

遙視系統是SCADA系統和視頻&環境監控系統聯動的主要結合點，從圖3可以看出遙視系統的主要工作過程。其中RPU是站端處理單元，是站端系統的核心部分。

2.3 網絡連接

從圖4可以看出兩種系統間的網絡連接通過局域網完成，其中SCADA是連接的核心部分，站端系統將圖像內容通過SCADA聯動主機反饋給SCADA管理中心，SCADA管理中心通過WEB調度服務器進行信號的控制和發送。

2.4 數據流

圖5通信數據流的方向

圖4 網絡連接圖

從圖5可以看出控制數據和視頻數據的流動方向，顯示了系統通信的數據交換的方向。

2.5 系統時間同步

為保證系統SCADA系統、聯動服務器和視頻&環境監控系統在時間上的統一，本文的通信中采用同樣的衛星時鐘為標準。另外，在SCADA系統通信時，將報文發送的時間與系統本身時鐘調校一致。視頻接收程序收到報文時鐘后定期校正自身時鐘并統一對遠端視頻單元進行周期性統一校時。

2.6 系統數據的收發過程

SCADA系統數據讀和發的過程如下所示：

Step1：SCADA信號從主站Web服務器上將聯動信號發送給聯動主機。

圖5 通信數據流的方向

Step2：聯動主機將聯動信號通過SCADA的管理信息區域網絡（安全III區網絡）以報文的形式傳送給視頻&環境監控系統。

Step3：視頻&環境監控系統接收聯動報文，按照內容驅動攝像頭定位。

2.7 端口定義

本文方法采用TCP/IP的通信模型，默認的聯動服務器通信端口號為：9300，并且為應對多視頻流的播放問題，采用RTSP協議作為流媒體協議。

2.8 報文格式

SCADA系統和視頻&環境監控系統之間的數據交換采用TCP/IP通訊模型。由SCADA系統服務器作為TCP客戶端，視頻&環境監控系統服務器作為監控端。TCP客戶端完成單向發送聯動報文工作；監控端則僅完成單向接收聯動報文工作且不能反向發送任何報文數據。報文格式說明如表1所示。

表1 基本格式

表1中包頭占4個字節長度。其中Version代表版本號，以整數1～255表示，當前版本號為1；CommandType代表通信類型，考慮到協議的可擴展性，暫用0x0F表示本通信類型；

DataLength代表Data數據區有效數據字節長度。

另外Data數據區根據事件設置格式，每個事件的格式為包頭＋點序號信息＋類型信息＋點值信息＋校驗碼。具體內容如表2所示。

表2 Data數據區詳細說明

從表2可以看出：

1）站序號：2個字節長度，站序號是SCADA發送程序（插件）的站點編號，取值范圍：0～655 35。視頻接收程序定義站序號與變電站之間的對應關系，SCADA系統應該提供站點序號與實際站點的對應關系信息。

2）點序號:2個字節長度，點序號是SCADA發送程序發送的組態點序號，視頻接收程序應預先定義點序號和攝像頭之間的對應關系，SCADA系統應該提供組態點與實際點名的對應關系信息；

3）類型信息為：1表示“遙控預置”；2表示“遙控操作成功結束”；3表示“遙控操作異常結束”；4表示“遙信變位”。

4）點值：有效報文，需驅動攝像頭則置為1；否則置0；

5）時間格式：4個bytes（Long Integer），數值為距1970年1月1日0時0分0秒的秒數。

6）校驗碼：為從點名到點值逐一字節的異或取反。

3 實 驗

文中提出的應用方法在電網系統某局進行實驗。在實驗中，以某局的現有設備為基礎外接聯動控制器和備用主站搭建實驗聯動平臺，某局的大華主站平臺僅作數據服務器，不做聯動控制功能。當有事件處理聯動命令時，聯動服務解析SCADA信號后發送給備用主站平臺，由主站平臺調用已設置好的聯動規則，調用對應攝像機彈出相對應的視頻畫面。

實驗中的事件數量由信號數量模擬產生，文中采用自動信號發生器模擬事件發生源，每隔一定時間產生一個信號作為事件信號與視頻&環境監控系統進行通信。實驗結果如表3所示。

表3 聯動控制反饋情況

表3中原始方法指手動切換處理事件，聯動應用則指文中方法處理事件。其中，操作指完成處理事件的操作數量，誤差率則指由于人力限制、主機性能、通信帶寬限制造成的事件沒有得到處理的差錯率。從表3的操作數和誤差率的結果中顯示文中提出的聯動應用方法有較好的效果。

4 結束語

文中提出的SCADA系統與視頻&環境監控系統的聯動應用方法通過構建控制協議和聯動信號的方式將兩個系統有效的融合起來。當事件發生時，可以通過四遙的方式，根據視頻提供的實時影響觀察并處理實際事件，有效的降低操作復雜度，減少由于人力限制而忽略事件環境影響因素造成的事件未處理數量。

SCADA系統與視頻&環境監控系統的聯動是電力系統中實現自動化控制的重要部分，也是一種解決調度事件的有效方案。這種聯動方式的應用由于技術特點符合三網合一的要求，在發展中會逐漸成為有助于電力系統安全運行的一種標準或者規范。

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A linkage application method of SCADA system and video&environmental monitoring system in power system

FAN Teng-fei
（Power Dispatching Control Center of China Southern Power Grid，Guangzhou 510623，China）

For the purpose to reduce the manual operation complexity of the linkage of the video&environment monitoring system and the SCADA system in the power system,this paper presents a linkage application method of the systems to reduce the complexity of the operation and the error rate.The experments have processes in a certain power bureau.The result of experments shows that this method can improve the number of the events 6%～15%and reduce the error rate 7%～10%.

SCADA；video&environmental monitoring system；linkage；power system

TM761

A

1674－6236（2016）24-0113-03

2016-09-08 稿件編號：201609085

樊騰飛（1986—），男，湖南郴州人，碩士，工程師。研究方向：電力系統自動化。