變電站開放式輔助監(jiān)控系統(tǒng)平臺設(shè)計與實現(xiàn)

張修華　劉序軍　孟祥軍　陳　杰　馮　飛　崔麗蓉

(山東魯能智能技術(shù)有限公司，山東 濟南　250101)

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變電站開放式輔助監(jiān)控系統(tǒng)平臺設(shè)計與實現(xiàn)

張修華劉序軍孟祥軍陳杰馮飛崔麗蓉

(山東魯能智能技術(shù)有限公司，山東 濟南250101)

通過對當(dāng)前變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前變電站輔助系統(tǒng)功能單一且獨立分散、部署成本高而效率低下，不能滿足智能變電站發(fā)展的綜合性、智能化需求。針對上述問題，變電站輔助系統(tǒng)綜合測控平臺在環(huán)境、安防、消防等一般輔助功能的基礎(chǔ)上，增加了具有高級輔助監(jiān)控功能的變電站智能巡檢機器人系統(tǒng)、智能視頻系統(tǒng)、一體化電源監(jiān)控系統(tǒng)；采用標(biāo)準(zhǔn)IEC61850建模、遠(yuǎn)動傳輸、統(tǒng)一系統(tǒng)聯(lián)動配置等方法進行高度多系統(tǒng)融合，提高了變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平、綜合處理性能及無人值守情況下的站內(nèi)測控效率。從各個地區(qū)變電站的應(yīng)用數(shù)量和站內(nèi)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，該平臺能夠滿足未來智能變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展要求。

變電站輔助監(jiān)控巡檢機器人智能視頻IEC61850多系統(tǒng)融合無人值守智能化測控效率

0　引言

變電站作為電力系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，擔(dān)負(fù)著所在區(qū)域的高低壓變換及供電任務(wù)。為了保證變電站在無人值守情況下的可靠、穩(wěn)定運行，需要在變電站部署輔助監(jiān)控系統(tǒng)。隨著智能變電站建設(shè)的推進，從智能管理角度來看，整合變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)，構(gòu)建統(tǒng)一的輔助控制系統(tǒng)平臺十分必要。

本文的智能變電站輔助系統(tǒng)綜合測控平臺在維持現(xiàn)有各子系統(tǒng)相對獨立運行和自動閉環(huán)控制的前提下，加入機器人巡檢聯(lián)動、智能視頻監(jiān)控聯(lián)動等高級輔助監(jiān)控功能，并按照IEC61850相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行整體的系統(tǒng)建模，高度整合各類子系統(tǒng)，集中實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、聯(lián)動配置、實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)信息保存等功能。同時，按照變電站相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，配置了與變電站內(nèi)其他主監(jiān)控系統(tǒng)的信息交互接口，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，并供遠(yuǎn)方調(diào)度工作站及其他權(quán)限用戶使用。

1　技術(shù)分析與應(yīng)用

本文所述的多系統(tǒng)主要是指視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，機器人巡檢子系統(tǒng)，一體化電源在線監(jiān)測子系統(tǒng)，常規(guī)輔助監(jiān)控子系統(tǒng)(如安防系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等)，以及智能音頻分析、無線溫度監(jiān)測等功能擴展子系統(tǒng)。視頻監(jiān)控子系統(tǒng)主要完成系統(tǒng)前端圖像采集、視頻的錄像回放等功能；智能機器人巡檢系統(tǒng)用于巡檢整個變電站室外輸變線路運行情況；一體化電源監(jiān)控系統(tǒng)用于在線監(jiān)測變電站內(nèi)交直流、逆變、UPS、通信電源運行狀態(tài)；常規(guī)輔助監(jiān)控子系統(tǒng)實現(xiàn)消防報警、風(fēng)速、氣體濃度、站內(nèi)主體設(shè)備、線纜溫度等參數(shù)監(jiān)測，對繼電器、開關(guān)設(shè)備進行分合控制；智能手持終端實現(xiàn)站內(nèi)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.1多系統(tǒng)的融合

本文的智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)在高度集成和融合多系統(tǒng)的同時，采用模塊化設(shè)計，兼顧各個子系統(tǒng)功能的獨立性和功能自治，最大程度地限制了單系統(tǒng)故障對其他系統(tǒng)的干擾。模塊化設(shè)計使系統(tǒng)可根據(jù)實際需求，對功能進行靈活裁剪，并為進一步系統(tǒng)級數(shù)據(jù)融合預(yù)留了擴展接口，以提高輔助監(jiān)控系統(tǒng)的延展性、靈活性、可靠性和穩(wěn)定性。

①系統(tǒng)間常規(guī)數(shù)據(jù)融合。

智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)對下通信規(guī)約開發(fā)采用插件的方式，根據(jù)配置動態(tài)加載，對上、對下可接收的規(guī)約類型多樣化，基本覆蓋所有電力系統(tǒng)中的設(shè)備規(guī)約，滿足常規(guī)變電站設(shè)備廠家的需求。針對不同地市局的需求和變電站等級，可選擇通過變電站內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)或單獨的VPN通道進行信息交換。信息經(jīng)過高級加密算法處理，支持網(wǎng)頁、短信、手機APP等方式遠(yuǎn)程接收查看站內(nèi)全景數(shù)據(jù)。

各個系統(tǒng)的測點信息融合并統(tǒng)一配置到全景數(shù)據(jù)庫中，使測點信息具有全局屬性，為整個系統(tǒng)提供全景數(shù)據(jù)。常規(guī)數(shù)據(jù)信息采集如表1所示。

表1　常規(guī)數(shù)據(jù)信息采集

表1中：YC為遙測類型；YX為遙信類型。

②巡檢機器人與智能視頻系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合。

系統(tǒng)前端視頻經(jīng)硬盤錄像機通過工業(yè)以太網(wǎng)傳送，可根據(jù)具體要求設(shè)置視頻數(shù)據(jù)定時、定條件等記錄方式，實現(xiàn)視頻的錄像、回放、動態(tài)捕捉、單幀拍攝等功能。除常規(guī)視頻功能外，加入智能巡檢機器人系統(tǒng)，無異常時按預(yù)定軌道采集現(xiàn)場圖像，并將圖像信息傳輸?shù)捷o助監(jiān)控的視頻子系統(tǒng)中進行統(tǒng)一處理。當(dāng)觸發(fā)異常時，聯(lián)動巡檢機器人，反饋異常坐標(biāo)，指示機器人到異常點進行勘查以及核實此異常情況，實現(xiàn)操作的二次核實以及遠(yuǎn)方核實；通過模式識別、圖像處理技術(shù)，對巡檢機器人發(fā)現(xiàn)的情況進行前期處理；然后，通過無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將現(xiàn)場的實際情況以直觀的系統(tǒng)圖像數(shù)據(jù)傳送回智能輔助監(jiān)控后臺，實現(xiàn)對信息的校對核實以及再分析[1]。智能機器人自動巡檢核實系統(tǒng)和常規(guī)視頻系統(tǒng)融合后，可實現(xiàn)變電站室內(nèi)外整站的無人巡檢，擴大系統(tǒng)的整體攝錄監(jiān)控范圍。

常規(guī)視頻和機器人巡檢信息采集如表2所示。

表2　常規(guī)視頻和機器人巡檢信息采集

多系統(tǒng)融合后可實現(xiàn)系統(tǒng)間的聯(lián)動，延展監(jiān)測范圍，完善輔助監(jiān)控系統(tǒng)的功能，監(jiān)控的魯棒性、準(zhǔn)確性、實時性等都有大幅提升。

1.2IEC 61850統(tǒng)一建模和遠(yuǎn)動傳送

本智能變電站輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺按照《智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)功能規(guī)范》進行設(shè)計[2-4]。系統(tǒng)采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一建模，采用標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)動傳送規(guī)約。各子系統(tǒng)功能采用模塊化設(shè)計，可根據(jù)用戶需要進行選擇，模塊化設(shè)計也便于系統(tǒng)擴充和維護。該系統(tǒng)除了強調(diào)各個子系統(tǒng)之間的信息共享和信息互動之外，還支持分層、分區(qū)的分布式結(jié)構(gòu)及多級系統(tǒng)構(gòu)建，同時可實現(xiàn)與智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)的規(guī)范信息交互。

通過IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一系統(tǒng)建模[4-8]，使得各個子系統(tǒng)的信息能夠統(tǒng)一收集和對外發(fā)布，從而提高了本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合能力。同時，將整體數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)端調(diào)度中心，調(diào)度工作人員在外部總監(jiān)控中心，即可實現(xiàn)對所有站進行權(quán)限的核實、巡檢及遠(yuǎn)端遙控操作等相關(guān)工作，便于統(tǒng)一管理和調(diào)度。IEC61850和104遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)信息如表3所示。IEC61850模型結(jié)構(gòu)如圖2所示。

表3　IEC 61850和104遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)信息

圖2　IEC 61850模型結(jié)構(gòu)圖

1.3系統(tǒng)級聯(lián)動

系統(tǒng)級聯(lián)動實現(xiàn)的基礎(chǔ)是全景數(shù)據(jù)庫[4]。系統(tǒng)通過聯(lián)動配置的方式配置聯(lián)動規(guī)則，實現(xiàn)各個系統(tǒng)內(nèi)以及系統(tǒng)間的相互聯(lián)動。聯(lián)動規(guī)則設(shè)置聯(lián)動啟動時間段、觸發(fā)條件、觸發(fā)動作、復(fù)歸動作等相關(guān)參數(shù)，配置方式簡單靈活。聯(lián)動數(shù)據(jù)測點達(dá)到預(yù)設(shè)條件后會自動觸發(fā)，報告聯(lián)動信息，并將整個聯(lián)動過程作為事件記錄到歷史數(shù)據(jù)庫中，供以后查詢。

視頻聯(lián)動觸發(fā)后，攝像頭會轉(zhuǎn)到預(yù)置點處，并自動進行單畫面推圖、捕捉圖像并記錄；聯(lián)動條件恢復(fù)后，攝像頭能自動恢復(fù)到初始預(yù)置位置，保證重點區(qū)域的視頻監(jiān)測。外部巡檢機器人則可移動到聯(lián)動點，對輸電線路進行圖像采集和處理；當(dāng)移動物體被攝像頭的移動偵測功能檢測到，或被安防系統(tǒng)的紅外對射模塊和紅外雙鑒模塊檢測到，將觸發(fā)攝像頭聯(lián)動，由界面狀態(tài)欄顯示信息，同時攝像頭轉(zhuǎn)到預(yù)置點處。同理，系統(tǒng)的安防、消防、門禁、環(huán)境、照明、在線檢測、異常雜音檢測等系統(tǒng)間都可設(shè)置聯(lián)動，實現(xiàn)對整個變電站的集中監(jiān)控。

2　系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)計

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以變電站系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為依據(jù)，采用分布式設(shè)計，可構(gòu)建單機系統(tǒng)，也可構(gòu)建多機系統(tǒng)，能根據(jù)實際需求滿足雙機熱備。網(wǎng)絡(luò)為雙網(wǎng)冗余，數(shù)據(jù)服務(wù)器采用雙機互備[2-3]。

2.1硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

硬件系統(tǒng)設(shè)計可參見圖1。系統(tǒng)支持雙網(wǎng)和雙機熱備的功能結(jié)構(gòu)，可根據(jù)實際需求，配置雙機、雙網(wǎng)。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2.2軟系統(tǒng)框架

系統(tǒng)軟件架構(gòu)采用面向服務(wù)的分布式設(shè)計，自下而上可分為以下五個層次，如圖4所示。

圖4　系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

軟件架構(gòu)支持Windows/Linux/Unix操作系統(tǒng)，采用Mysql數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫及集中存儲的文件，構(gòu)成系統(tǒng)的全景數(shù)據(jù)平臺[5]，為系統(tǒng)內(nèi)外數(shù)據(jù)的共享提供了唯一的數(shù)據(jù)源。軟總線為系統(tǒng)內(nèi)分布式設(shè)計的各個模塊提供透明的數(shù)據(jù)訪問及消息傳遞接口。模型服務(wù)、圖形服務(wù)等服務(wù)模塊構(gòu)成系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)層，系統(tǒng)的擴展性強。人機監(jiān)控、組態(tài)建模等功能模塊是系統(tǒng)的應(yīng)用工具層，應(yīng)用工具層為系統(tǒng)提供基本的應(yīng)用功能。

軟件系統(tǒng)設(shè)計為四大功能模塊：前置功能模塊、軟總線模塊、數(shù)據(jù)庫管理模塊、實時模塊，分別實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集、模塊內(nèi)數(shù)據(jù)交互通道、全景數(shù)據(jù)存儲、聯(lián)動配置實時控制等功能。系統(tǒng)配置有前端界面展示、數(shù)據(jù)報文收發(fā)監(jiān)視解析等功能模塊，用于直觀、實時地向用戶動態(tài)展示變電站的運行狀態(tài)。

3　結(jié)束語

智能變電站輔助系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺使用模塊化設(shè)計，易于裁剪和擴展。采用標(biāo)準(zhǔn)IEC61850建模方式[7-12]，對智能機器人巡檢系統(tǒng)、視頻聯(lián)動系統(tǒng)、一體化電源監(jiān)控系統(tǒng)、安防消防門禁環(huán)境等普通子系統(tǒng)等進行了多系統(tǒng)融合，滿足變電站“數(shù)據(jù)集成、業(yè)務(wù)協(xié)同、管理集中、資源共享”的要求[6]。系統(tǒng)既實現(xiàn)了信息的集中采集、集中分析、集中應(yīng)用，消除了“信息孤島”[7]的局面；又實現(xiàn)了系統(tǒng)間的廣泛聯(lián)動，提高了系統(tǒng)的應(yīng)急處理能力和統(tǒng)一化、智能化管理能力，滿足先進性、實用性、開放性、集成性、可擴展行易操作及易維護性等要求。

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DesignandImplementationofOpenAuxiliaryMonitoringSystemPlatformforSubstation

Throughinvestigatingtheexistingsubstationauxiliarymonitoringsystems,itisfoundthatthesesystemsareunitaryinfunctionality,independentlydecentralized,withhighdeploymentcosts,butlowefficiency;sotheycannotsatisfythedemandsfordevelopingintelligentandintegratedsubstations.Aimingattheproblemsabove,besidesofthecommonfunctionsincludingenvironment,securityandfirefighting,etc.,itisnecessarytoaddpatrolrobotself-checksystem,intelligentvideosystemandintegratedpowersupplymonitoringsystem,toprovidehighrankingauxiliaryfunctionsfortheintegratedmeasurementandcontrolplatformofsubstationauxiliarymonitoringsystem.ByadoptingtechnologiesofstandardIEC61850modeling,tele-transmission,andunifiedinterlinkconfiguration,ahighdegreeofmulti-systemintegrationisconductedforimprovingtheintelligentlevel,comprehensivelyprocessingperformanceandunattendedmonitoringefficiencyofthesystem.Fromthenumberofapplicationcasesineachregionalsubstationandthestatisticsdata,itcanbeseenthatthisplatformissuitablefordevelopingintelligentsubstationauxiliarymonitoringinthefuture.

SubstationauxiliarymonitoringInspectionrobotIntelligentvideoIEC61850Multi-systemintegrationUnattendedIntelligentMeasurementandcontrolefficiency

張修華(1983—)，男， 2012年畢業(yè)于山東科技大學(xué)控制理論與控制工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，工程師；主要從事智能變電站監(jiān)控、變電站通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)方向的研究。

TH7;TP277

ADOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201609013

修改稿收到日期：2016-02-29。