探討移動(dòng)變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

王 穎

國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司銀川供電公司

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，移動(dòng)變電站作為一種重要應(yīng)急供電設(shè)備，在突發(fā)重大自然災(zāi)害、設(shè)備更新改造時(shí)有著重要作用?，F(xiàn)階段，大多數(shù)變電站其通信接口主要在IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上形成的，在此基礎(chǔ)上，移動(dòng)變電站遠(yuǎn)程通信概念基于IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)面向通用對(duì)象的變電站事件模型，構(gòu)建遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

移動(dòng)變電站特點(diǎn)及適用場(chǎng)合

移動(dòng)變電站具有占地面積小、結(jié)構(gòu)緊湊體積小、車(chē)載機(jī)動(dòng)靈活、維修與維護(hù)便利、無(wú)需建設(shè)審批、快速投運(yùn)、前期準(zhǔn)備工作少、省時(shí)間、省地、省錢(qián)的特點(diǎn)。

一般而言移動(dòng)變電站的適用場(chǎng)合主要有：一是，初級(jí)分配。在高壓電網(wǎng)建設(shè)中，能夠避免過(guò)早的投資風(fēng)險(xiǎn)與建設(shè)規(guī)模過(guò)大，同時(shí)能夠緩解電力供應(yīng)與用戶(hù)需求之間的矛盾。移動(dòng)變電站不需要長(zhǎng)時(shí)間占有土地，不僅不需要用地審批環(huán)節(jié)，加快了施工進(jìn)度，還可以減少土地固定投資費(fèi)用。二是，維修現(xiàn)有變電站。在現(xiàn)有變電站發(fā)生故障的時(shí)候，可以及時(shí)接駁移動(dòng)變電站予以供電。這樣不僅能夠降低供電風(fēng)險(xiǎn)，快速恢復(fù)供電，還可以為原有設(shè)備的維修與調(diào)整贏得更多時(shí)間。三是，緊急或者臨時(shí)供電需求。在遇到突發(fā)、不可預(yù)測(cè)事件的時(shí)候，如洪水、地震、火災(zāi)等，可以用移動(dòng)變電站替代常規(guī)變電站，進(jìn)而恢復(fù)電力供應(yīng)。在電力負(fù)荷較高的時(shí)候，也可以投入使用，臨時(shí)緩解一些供電容量不足的區(qū)域。在解決與緩解情況之后，可以轉(zhuǎn)移移動(dòng)變電站，不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間占用土地資源。四是，建設(shè)審批出現(xiàn)延誤或者新建變電站計(jì)劃暫停。因?yàn)榻ㄔO(shè)審批延誤致使項(xiàng)目施工時(shí)間緊張，可以借助預(yù)裝式移動(dòng)變電站，達(dá)到省時(shí)省力的效果。當(dāng)項(xiàng)目資金不足或者其他原因?qū)е履骋蛔冸娬窘ㄔO(shè)暫停的時(shí)候，可以使用移動(dòng)變電站緩解供電緊張情況。

移動(dòng)變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

圖1 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要是由前端多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)、遠(yuǎn)程視頻服務(wù)器、客戶(hù)端監(jiān)控中心、通信網(wǎng)絡(luò)組成，根據(jù)遠(yuǎn)程控制區(qū)域以及控制中心進(jìn)行劃分，其主要包括前端視頻服務(wù)器、后端監(jiān)控中心兩個(gè)部分，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

視頻服務(wù)器的任務(wù)就是壓縮采集數(shù)據(jù)編碼、維護(hù)數(shù)據(jù)等，并且按照監(jiān)控中心指令對(duì)攝像頭等采集設(shè)備進(jìn)行控制。數(shù)字視頻錄像機(jī)作為監(jiān)控系統(tǒng)的核心，具有錄像、錄音、控制、遠(yuǎn)程監(jiān)視等功能，數(shù)字視頻錄像機(jī)是集錄像機(jī)、報(bào)警控制、畫(huà)面分割器、網(wǎng)絡(luò)傳輸、云臺(tái)鏡頭控制等功能為一體的設(shè)備，是一種價(jià)格合理的視頻服務(wù)器。

現(xiàn)階段主流產(chǎn)品有嵌入式數(shù)字視頻錄像機(jī)、PC 數(shù)字視頻錄像機(jī)等，嵌入式數(shù)字視頻錄像機(jī)主要采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，將視頻監(jiān)控、儲(chǔ)存、壓縮、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ芗性谝粋€(gè)小體積設(shè)備上，具有一定的可靠性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性，不需要安排專(zhuān)門(mén)人員管理，適合無(wú)人值守環(huán)境；PC 數(shù)字視頻錄像機(jī)的軟件均是安裝在硬盤(pán)上，系統(tǒng)異常關(guān)機(jī)非常容易導(dǎo)致系統(tǒng)文化破壞或系統(tǒng)硬盤(pán)損壞，進(jìn)而造成整個(gè)系統(tǒng)崩潰，降低了系統(tǒng)的可靠性，只適合在可靠性要求較低的商用辦公環(huán)境中應(yīng)用。

根據(jù)功能不同，可以將監(jiān)控中心分為中心監(jiān)控服務(wù)器、監(jiān)控普通客戶(hù)分機(jī)、領(lǐng)導(dǎo)微機(jī)、電視墻服務(wù)器。在中心監(jiān)控服務(wù)器中，配有監(jiān)控中心軟件，主要任務(wù)就是維護(hù)前端視頻服務(wù)器、儲(chǔ)存壓縮視頻流、分析圖像、顯示解碼、聯(lián)動(dòng)報(bào)警等。監(jiān)控普通客戶(hù)分機(jī)可以在授權(quán)的情況，在不同地方登錄。領(lǐng)導(dǎo)微機(jī)是權(quán)限較為特殊的一種客戶(hù)分機(jī)。電視墻服務(wù)器主要就是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)壓縮碼流進(jìn)行解碼監(jiān)控，之后在高分辨率設(shè)備上顯示，以供觀看。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)現(xiàn)

（一）數(shù)字視頻圖像編碼

現(xiàn)階段，比較常用的壓縮編碼方法為無(wú)損壓縮法與有損壓縮法。通過(guò)這些編碼方法的運(yùn)用，可以實(shí)現(xiàn)以下指標(biāo)：壓縮比大、恢復(fù)效果好、壓縮算法簡(jiǎn)單、壓縮與解壓快速。

現(xiàn)階段，較為常用的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)為MPEG、H26X（1、3、4）等，其中MPEG-4 標(biāo)準(zhǔn)的壓縮率十分驚人，可以借助很窄的帶寬，利用幀重建技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮與傳輸，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)利用最少的數(shù)據(jù)達(dá)到最好的監(jiān)控效果。由此可以看出，在實(shí)際系統(tǒng)構(gòu)建中，可以選用MPEG-4 標(biāo)準(zhǔn)。

（二）視頻圖像傳輸

在該系統(tǒng)中，主要是在以太網(wǎng)中傳輸，以太網(wǎng)和TCP/IP 具有一致的通信協(xié)議，非常容易集成，可以在同一總線(xiàn)上運(yùn)行不同傳輸協(xié)議。

該系統(tǒng)選用TCP/IP 作為傳輸協(xié)議。在系統(tǒng)運(yùn)行中，TCP 指的就是面向連接通信，可以為系統(tǒng)提供可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，而UDP 指的就是面向無(wú)連接通信，適用于圖像傳輸，除此之外，UDP 還支持視頻播放。在此，可以借助網(wǎng)絡(luò)多播技術(shù)，緩解網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，避免出現(xiàn)資源浪費(fèi)現(xiàn)象。在同一網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行多播通信的時(shí)候，只有在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部運(yùn)行并且表示“有興趣”時(shí)，才會(huì)獲取多播數(shù)據(jù)。

（三）網(wǎng)絡(luò)通信

在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)Windows 的API 調(diào)節(jié)完成互相通信，開(kāi)發(fā)TCP、UDP 這兩種通信方式。盡管Windows 功能十分強(qiáng)大，但是使用仍不方便。此時(shí)可以利用Web Broker 的Internet 組件，組裝復(fù)雜的Windows函數(shù)，其控件為Client Socket、Server Socket，能夠?qū)CP/IP 應(yīng)用程度予以開(kāi)發(fā)。

針對(duì)網(wǎng)絡(luò)控件Client Socket、Server Socket 而言，可以為應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)提供便利。Client Socket 具有Socket客戶(hù)端的功能，Server Socket 具有Socket 服務(wù)器端的功能。這兩個(gè)控件就是Socket 通信的管理者與程序員，其均是在Custom Socket 的基礎(chǔ)上研發(fā)的，本身不具備通信功能。事實(shí)上，予以通信的模塊是Tcustom Win Socket 類(lèi)。在直接運(yùn)用的時(shí)候，不用與Tcustom Win Socket 類(lèi)溝通，可以委托以上兩個(gè)控件完成管理與通信。

（四）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集主站的鏈接

現(xiàn)階段，大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)都是互相獨(dú)立的，要想實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)的深層次鏈接，也就是說(shuō)，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)借助數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)展開(kāi)聯(lián)動(dòng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以利用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)直接體現(xiàn)抽象數(shù)據(jù)，并且在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)到環(huán)境報(bào)警，或圖像信息處理報(bào)警的時(shí)候，不僅可以切換聯(lián)動(dòng)圖像信息，還可以聯(lián)動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)報(bào)警情況予以深入分析及解決。

圖2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)鏈接模型

將遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)成是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的擴(kuò)展，主要包括兩點(diǎn)內(nèi)容：一是，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)予以遙調(diào)遙控等操作的時(shí)候，可以對(duì)監(jiān)控畫(huà)面進(jìn)行聯(lián)動(dòng)切換；在檢測(cè)設(shè)備報(bào)警或者信息綜合處理并發(fā)現(xiàn)異常的時(shí)候，需要進(jìn)行監(jiān)控畫(huà)面的聯(lián)動(dòng)切換；在正常巡視的時(shí)候，能夠?qū)ΡO(jiān)控畫(huà)面是否聯(lián)動(dòng)切換予以設(shè)置。二是，當(dāng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)比圖像與亮度。以及運(yùn)動(dòng)物體出入的時(shí)候，不僅要對(duì)監(jiān)控畫(huà)面予以聯(lián)動(dòng)切換，還要進(jìn)行聯(lián)動(dòng)報(bào)警，并且予以深入處理。

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)鏈接模型如圖2 所示。通過(guò)協(xié)議分析主機(jī)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的鏈接，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要輔助內(nèi)容，其終端能夠在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中獲取遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要就是借助網(wǎng)絡(luò)或串行口向遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)傳輸遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)。在此模型中，主要就是通過(guò)松耦合方式達(dá)成了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的互聯(lián)，視頻圖像信息與數(shù)據(jù)信息是通過(guò)不同渠道進(jìn)行傳輸?shù)?，這樣就可以保證兩個(gè)系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行，同時(shí)也存在著一定的聯(lián)系，確保了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可靠、安全運(yùn)行，為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供了可靠保障。

總而言之，要想實(shí)現(xiàn)移動(dòng)變電站的無(wú)人值守，一定要重視對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究，是一項(xiàng)不可或缺的重要內(nèi)容。隨著監(jiān)控技術(shù)的快速發(fā)展，監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建越來(lái)越多，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了一定的效益。然而，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)作為一個(gè)復(fù)雜、綜合、技術(shù)水平高的系統(tǒng)，涉及內(nèi)容非常多，在實(shí)際建設(shè)中，一定要予以全面考慮，加強(qiáng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，充分發(fā)揮這兩個(gè)系統(tǒng)的作用，進(jìn)而達(dá)到預(yù)期的工作效果。