智能監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代變電站中的應(yīng)用

孔磊 孔德龍 孔德慧

摘要：現(xiàn)階段，我國(guó)的電力行業(yè)建設(shè)的發(fā)展迅速，變電站是電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組元之一，傳統(tǒng)變電站依賴人工，可靠性差，無法滿足電網(wǎng)系統(tǒng)的智能化要求。因此建立一個(gè)具有智能識(shí)別分析能力的現(xiàn)代化變電站，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的智能監(jiān)控和管理，保障電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性，成為電力系統(tǒng)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。在調(diào)研了國(guó)內(nèi)外研究工作基礎(chǔ)上，闡述總結(jié)了智能監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)代變電站中的應(yīng)用。根據(jù)國(guó)內(nèi)變電站的實(shí)際情況，分別從設(shè)備儀表監(jiān)控、非法入侵監(jiān)控、作業(yè)人員行為規(guī)范監(jiān)控等方面進(jìn)行分類討論，總結(jié)了智能視頻監(jiān)控技術(shù)在變電站中的應(yīng)用，提出了現(xiàn)代變電站建設(shè)的一個(gè)可行方式。

關(guān)鍵詞：智能監(jiān)控系統(tǒng);現(xiàn)代變電站;應(yīng)用

引言

智能變電站是構(gòu)成智能電網(wǎng)的重要組成部分，也是保障電能安全與穩(wěn)定輸送的關(guān)鍵。隨著我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，現(xiàn)有的智能變電站逐步開始信息化建設(shè)，對(duì)智能變電站中電力設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)成為了必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。大量的智能監(jiān)控設(shè)備得到了應(yīng)用，較大地提升了變電站智能化水平。而隨著監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，監(jiān)控設(shè)備采集數(shù)據(jù)的周期逐漸減小，由此導(dǎo)致智能變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無時(shí)無刻都需要處理海量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，此類數(shù)據(jù)具有以下特征：數(shù)據(jù)量激增，規(guī)模呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng);數(shù)據(jù)所具有的結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜;歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)多樣化，如電力設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與故障數(shù)據(jù)等;監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)類型眾多，除數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上有所不同外，其查詢與處理方法也有所區(qū)別;各監(jiān)測(cè)平臺(tái)的通訊互聯(lián)也存在一定的技術(shù)難題。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的快速增長(zhǎng)使得傳統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)分析手段難以滿足現(xiàn)有數(shù)據(jù)處理的效率要求，因此亟需應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能變電站的運(yùn)行狀態(tài)分析。

1系統(tǒng)應(yīng)用功能

1.1基礎(chǔ)信息管理

監(jiān)控信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的維護(hù)管理及與D5000系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。主要包括：組織機(jī)構(gòu)信息、設(shè)備臺(tái)賬、標(biāo)準(zhǔn)信息庫(kù)、監(jiān)控信號(hào)規(guī)則維護(hù)等應(yīng)用功能。

1.2設(shè)備臺(tái)賬專家?guī)旃芾?/p>

設(shè)備臺(tái)賬專家?guī)旃芾硎菍?shí)現(xiàn)與OMS系統(tǒng)的設(shè)備臺(tái)賬保持一致，確保自動(dòng)生成的監(jiān)控信息點(diǎn)表的間隔名、設(shè)備名能自動(dòng)匹配，提高監(jiān)控信息點(diǎn)表的校驗(yàn)合格率。主要包括變電站信息維護(hù)、設(shè)備臺(tái)賬維護(hù)、設(shè)備監(jiān)控信息點(diǎn)表規(guī)則配置等應(yīng)用功能。

1.3監(jiān)控信息點(diǎn)表智能管理

監(jiān)控信息點(diǎn)表智能管理實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息表的自動(dòng)生成、智能審核以及與OMS現(xiàn)有流程的銜接，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息表的應(yīng)用功能。主要包括設(shè)備信息點(diǎn)表編制（錄入、自動(dòng)生成）、信息點(diǎn)表管理流程、信息點(diǎn)表校核、信息點(diǎn)表發(fā)布等應(yīng)用功能。系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮谋O(jiān)控信息生成方案。該方案借鑒IEC61850面向?qū)ο筮M(jìn)行建模的思路，首先將梳理形成的電網(wǎng)典型信息表模型化，形式基準(zhǔn)信息庫(kù)，然后按照監(jiān)控信息生成規(guī)則對(duì)監(jiān)控信息表和基準(zhǔn)信息庫(kù)進(jìn)行映射。系統(tǒng)根據(jù)不同屬性的變電站和設(shè)備選擇對(duì)應(yīng)的模型對(duì)象，自動(dòng)生成遙信、遙測(cè)、遙控信息點(diǎn)表。系統(tǒng)根據(jù)變電站類型、三側(cè)設(shè)備電壓等級(jí)、三側(cè)接線方式確定站內(nèi)存在的間隔類型，填寫變電站內(nèi)各類型間隔數(shù)量和間隔名稱后，自動(dòng)生成站內(nèi)間隔。然后，根據(jù)間隔下設(shè)備生成規(guī)則自動(dòng)生成間隔下存在設(shè)備，通過基準(zhǔn)信息庫(kù)與設(shè)備映射關(guān)系生成單個(gè)設(shè)備信息表。最后，按照既定規(guī)則將全站設(shè)備信息排序后形成全站監(jiān)控信息表。

2優(yōu)化措施分析

2.1外來人員和小動(dòng)物管控

變電站作為電網(wǎng)系統(tǒng)的樞紐，任何突發(fā)的變化都有可能對(duì)電網(wǎng)造成不可估計(jì)的損失。一旦有可疑外來人員或小動(dòng)物侵入，如果無法迅速作出示警和報(bào)警，變電站的安全將無法得到保證。因此，對(duì)外來人員和小動(dòng)物的管控是智能變電站智能識(shí)別系統(tǒng)重要的作用。外來人員和小動(dòng)物管控在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中均可歸結(jié)為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)監(jiān)控技術(shù)，國(guó)外對(duì)視頻監(jiān)控技術(shù)中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)入侵識(shí)別監(jiān)控技術(shù)研究比較早，技術(shù)已經(jīng)成熟。美國(guó)已實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境下對(duì)多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)、定位以及跟蹤，在部分遮擋環(huán)境下可持續(xù)對(duì)多個(gè)物體的跟蹤定位，并對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的行為進(jìn)行識(shí)別分析。目前對(duì)于運(yùn)動(dòng)物體的智能檢測(cè)主流的方法大致分為以下三種：光流法、圖像序列差分法和背景減除法。光流法是利用固定攝像機(jī)對(duì)穩(wěn)定靜止背景中的圖像進(jìn)行識(shí)別，對(duì)突然出現(xiàn)的物體進(jìn)行跟蹤。該方法對(duì)背景不是很敏感，但是其信息處理受周圍環(huán)境的影響較大;幀間差分法基本原理是利用圖像灰度來確定圖像中變化的部分，進(jìn)而確定有無入侵生物。該方法用少量簡(jiǎn)單程序就能較好的滿足實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求，但其對(duì)勻速或慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)控經(jīng)常出現(xiàn)遺漏;背景減除法的主要原理利用當(dāng)前幀和背景幀作差分來檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。它能夠提取出相對(duì)完整的運(yùn)動(dòng)區(qū)域信息，提供完整的特征數(shù)據(jù)，但對(duì)氣候、光照、噪聲等干擾特別敏感。由于以上幾種方法均存在其優(yōu)點(diǎn)和不足，如果對(duì)上述方法的兩種或三種組合改進(jìn)應(yīng)用，如把背景減除法和二幀差分法結(jié)合起來對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，將會(huì)有明顯的改善效果。該方法主要是對(duì)二幀差分法進(jìn)行了改進(jìn)，把其中的差值運(yùn)算僅應(yīng)用于相鄰兩幀圖像件，通過和背景減除法做與運(yùn)算，避免運(yùn)動(dòng)目標(biāo)過大造成誤差，從而對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。該方法克服了光線變化對(duì)背景減除法的影響，避免了二幀差分法帶來的“重影”現(xiàn)象，計(jì)算簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易，能夠較好的適應(yīng)變電站的復(fù)雜環(huán)境，滿足現(xiàn)代變電站建設(shè)的需求。

2.2作業(yè)人員行為規(guī)范監(jiān)控

現(xiàn)代變電站仍需要作業(yè)人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)、點(diǎn)檢，為保障作業(yè)人員安全和設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，需對(duì)變電站核心區(qū)域的作業(yè)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以確保其行為規(guī)范性和操作安全性。由于變電站作業(yè)人員衣著規(guī)范，特征顯著，具有較強(qiáng)的辨識(shí)度，本文對(duì)變電站人員所戴安全帽、所穿防護(hù)服等特征衣著進(jìn)行組合監(jiān)控，通過視頻識(shí)別技術(shù)進(jìn)行智能分析監(jiān)測(cè)，對(duì)作業(yè)人員活動(dòng)區(qū)域及操作過程特征動(dòng)作的規(guī)范性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)違規(guī)操作進(jìn)行警示。電工安全帽是變電站工作人員必須佩戴的安全防護(hù)用品，對(duì)安全帽佩戴狀態(tài)的自動(dòng)識(shí)別，可以識(shí)別作業(yè)人員的佩戴規(guī)范，還能跟蹤識(shí)別作業(yè)人員面部特征，判斷作業(yè)人員與現(xiàn)場(chǎng)袖標(biāo)信息是否一致，更能對(duì)其活動(dòng)區(qū)域和行為規(guī)范作出更準(zhǔn)確判斷，從而作為作業(yè)人員行為安全規(guī)范的重要依據(jù)。安全帽識(shí)別最重要的指標(biāo)是檢出準(zhǔn)確率，傳統(tǒng)的模式識(shí)別方式由于誤報(bào)漏報(bào)率高，不能滿足現(xiàn)代變電站的要求。此次研究方向，基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的安全帽檢測(cè)算法。深度學(xué)習(xí)的框架概念很早就被提出，因?yàn)楫?dāng)時(shí)缺少平臺(tái)支持和樣板數(shù)據(jù)，只訓(xùn)練出了三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。隨著GPU芯片的發(fā)展，工業(yè)繁榮期，深度學(xué)習(xí)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，不斷在突破?；谏疃葘W(xué)習(xí)的算法也不斷在發(fā)布，如基于深度學(xué)習(xí)的人臉識(shí)別技術(shù)、基于深度學(xué)習(xí)的煙火識(shí)別技術(shù)、基于深度學(xué)習(xí)的車牌識(shí)別技術(shù)等。

結(jié)語

針對(duì)現(xiàn)有的智能變電站狀態(tài)監(jiān)測(cè)所衍生的監(jiān)控設(shè)備大數(shù)據(jù)處理問題，引入大數(shù)據(jù)技術(shù)，在考慮智能變電站監(jiān)控設(shè)備數(shù)據(jù)特性的基礎(chǔ)上，從監(jiān)測(cè)、傳輸與分析3個(gè)方面分別構(gòu)建智能變電站監(jiān)控設(shè)備大數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)平臺(tái)、分布式數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)。相比傳統(tǒng)的智能變電站運(yùn)行狀態(tài)分析方法，有效提升了數(shù)據(jù)讀寫、數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)分析的效率，并在減少用時(shí)的同時(shí)提升了分析的準(zhǔn)確率。從而有助于維護(hù)智能變電站的穩(wěn)定運(yùn)行，提升電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

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（1國(guó)網(wǎng)濱州供電公司?山東?濱州?256600：2濱州市高級(jí)技工學(xué)校?山東?濱州?256600：3國(guó)網(wǎng)濱州市濱城區(qū)供電公司?山東?濱州?256600）