變電站開放式輔助監控系統平臺設計與實現

張修華　劉序軍　孟祥軍　陳　杰　馮　飛　崔麗蓉

(山東魯能智能技術有限公司，山東 濟南　250101)

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變電站開放式輔助監控系統平臺設計與實現

張修華劉序軍孟祥軍陳杰馮飛崔麗蓉

(山東魯能智能技術有限公司，山東 濟南250101)

通過對當前變電站輔助監控系統的調研發現，當前變電站輔助系統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展的綜合性、智能化需求。針對上述問題，變電站輔助系統綜合測控平臺在環境、安防、消防等一般輔助功能的基礎上，增加了具有高級輔助監控功能的變電站智能巡檢機器人系統、智能視頻系統、一體化電源監控系統；采用標準IEC61850建模、遠動傳輸、統一系統聯動配置等方法進行高度多系統融合，提高了變電站輔助監控系統的智能化水平、綜合處理性能及無人值守情況下的站內測控效率。從各個地區變電站的應用數量和站內統計數據可以看出，該平臺能夠滿足未來智能變電站輔助監控系統的發展要求。

變電站輔助監控巡檢機器人智能視頻IEC61850多系統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的核心環節，擔負著所在區域的高低壓變換及供電任務。為了保證變電站在無人值守情況下的可靠、穩定運行，需要在變電站部署輔助監控系統。隨著智能變電站建設的推進，從智能管理角度來看，整合變電站輔助監控系統，構建統一的輔助控制系統平臺十分必要。

本文的智能變電站輔助系統綜合測控平臺在維持現有各子系統相對獨立運行和自動閉環控制的前提下，加入機器人巡檢聯動、智能視頻監控聯動等高級輔助監控功能，并按照IEC61850相關標準進行整體的系統建模，高度整合各類子系統，集中實現數據處理、聯動配置、實時監控、數據信息保存等功能。同時，按照變電站相關標準，配置了與變電站內其他主監控系統的信息交互接口，實現了數據共享，并供遠方調度工作站及其他權限用戶使用。

1　技術分析與應用

本文所述的多系統主要是指視頻監控子系統，機器人巡檢子系統，一體化電源在線監測子系統，常規輔助監控子系統(如安防系統、消防系統、環境監測系統等)，以及智能音頻分析、無線溫度監測等功能擴展子系統。視頻監控子系統主要完成系統前端圖像采集、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；一體化電源監控系統用于在線監測變電站內交直流、逆變、UPS、通信電源運行狀態；常規輔助監控子系統實現消防報警、風速、氣體濃度、站內主體設備、線纜溫度等參數監測，對繼電器、開關設備進行分合控制；智能手持終端實現站內數據遠程在線監控。

系統結構示意圖如圖1所示。

圖1　系統結構示意圖

1.1多系統的融合

本文的智能輔助監控系統在高度集成和融合多系統的同時，采用模塊化設計，兼顧各個子系統功能的獨立性和功能自治，最大程度地限制了單系統故障對其他系統的干擾。模塊化設計使系統可根據實際需求，對功能進行靈活裁剪，并為進一步系統級數據融合預留了擴展接口，以提高輔助監控系統的延展性、靈活性、可靠性和穩定性。

①系統間常規數據融合。

智能輔助監控系統對下通信規約開發采用插件的方式，根據配置動態加載，對上、對下可接收的規約類型多樣化，基本覆蓋所有電力系統中的設備規約，滿足常規變電站設備廠家的需求。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部通信網絡或單獨的VPN通道進行信息交換。信息經過高級加密算法處理，支持網頁、短信、手機APP等方式遠程接收查看站內全景數據。

各個系統的測點信息融合并統一配置到全景數據庫中，使測點信息具有全局屬性，為整個系統提供全景數據。常規數據信息采集如表1所示。

表1　常規數據信息采集

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的數據融合。

系統前端視頻經硬盤錄像機通過工業以太網傳送，可根據具體要求設置視頻數據定時、定條件等記錄方式，實現視頻的錄像、回放、動態捕捉、單幀拍攝等功能。除常規視頻功能外，加入智能巡檢機器人系統，無異常時按預定軌道采集現場圖像，并將圖像信息傳輸到輔助監控的視頻子系統中進行統一處理。當觸發異常時，聯動巡檢機器人，反饋異常坐標，指示機器人到異常點進行勘查以及核實此異常情況，實現操作的二次核實以及遠方核實；通過模式識別、圖像處理技術，對巡檢機器人發現的情況進行前期處理；然后，通過無線數據傳輸技術，將現場的實際情況以直觀的系統圖像數據傳送回智能輔助監控后臺，實現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和常規視頻系統融合后，可實現變電站室內外整站的無人巡檢，擴大系統的整體攝錄監控范圍。

常規視頻和機器人巡檢信息采集如表2所示。

表2　常規視頻和機器人巡檢信息采集

多系統融合后可實現系統間的聯動，延展監測范圍，完善輔助監控系統的功能，監控的魯棒性、準確性、實時性等都有大幅提升。

1.2IEC 61850統一建模和遠動傳送

本智能變電站輔助系統綜合監控平臺按照《智能變電站一體化監控系統功能規范》進行設計[2-4]。系統采用IEC61850標準統一建模，采用標準遠動傳送規約。各子系統功能采用模塊化設計，可根據用戶需要進行選擇，模塊化設計也便于系統擴充和維護。該系統除了強調各個子系統之間的信息共享和信息互動之外，還支持分層、分區的分布式結構及多級系統構建，同時可實現與智能變電站一體化監控系統的規范信息交互。

通過IEC61850標準的統一系統建模[4-8]，使得各個子系統的信息能夠統一收集和對外發布，從而提高了本系統的數據融合能力。同時，將整體數據發送給遠端調度中心，調度工作人員在外部總監控中心，即可實現對所有站進行權限的核實、巡檢及遠端遙控操作等相關工作，便于統一管理和調度。IEC61850和104遠端數據信息如表3所示。IEC61850模型結構如圖2所示。

表3　IEC 61850和104遠端數據信息

圖2　IEC 61850模型結構圖

1.3系統級聯動

系統級聯動實現的基礎是全景數據庫[4]。系統通過聯動配置的方式配置聯動規則，實現各個系統內以及系統間的相互聯動。聯動規則設置聯動啟動時間段、觸發條件、觸發動作、復歸動作等相關參數，配置方式簡單靈活。聯動數據測點達到預設條件后會自動觸發，報告聯動信息，并將整個聯動過程作為事件記錄到歷史數據庫中，供以后查詢。

視頻聯動觸發后，攝像頭會轉到預置點處，并自動進行單畫面推圖、捕捉圖像并記錄；聯動條件恢復后，攝像頭能自動恢復到初始預置位置，保證重點區域的視頻監測。外部巡檢機器人則可移動到聯動點，對輸電線路進行圖像采集和處理；當移動物體被攝像頭的移動偵測功能檢測到，或被安防系統的紅外對射模塊和紅外雙鑒模塊檢測到，將觸發攝像頭聯動，由界面狀態欄顯示信息，同時攝像頭轉到預置點處。同理，系統的安防、消防、門禁、環境、照明、在線檢測、異常雜音檢測等系統間都可設置聯動，實現對整個變電站的集中監控。

2　系統架構和設計

系統結構以變電站系統的相關標準規范為依據，采用分布式設計，可構建單機系統，也可構建多機系統，能根據實際需求滿足雙機熱備。網絡為雙網冗余，數據服務器采用雙機互備[2-3]。

2.1硬件系統結構

硬件系統設計可參見圖1。系統支持雙網和雙機熱備的功能結構，可根據實際需求，配置雙機、雙網。系統拓撲結構示意如圖3所示。

圖3　系統拓撲結構圖

2.2軟系統框架

系統軟件架構采用面向服務的分布式設計，自下而上可分為以下五個層次，如圖4所示。

圖4　系統軟件架構圖

軟件架構支持Windows/Linux/Unix操作系統，采用Mysql數據庫、實時數據庫及集中存儲的文件，構成系統的全景數據平臺[5]，為系統內外數據的共享提供了唯一的數據源。軟總線為系統內分布式設計的各個模塊提供透明的數據訪問及消息傳遞接口。模型服務、圖形服務等服務模塊構成系統應用服務層，系統的擴展性強。人機監控、組態建模等功能模塊是系統的應用工具層，應用工具層為系統提供基本的應用功能。

軟件系統設計為四大功能模塊：前置功能模塊、軟總線模塊、數據庫管理模塊、實時模塊，分別實現實時數據采集、模塊內數據交互通道、全景數據存儲、聯動配置實時控制等功能。系統配置有前端界面展示、數據報文收發監視解析等功能模塊，用于直觀、實時地向用戶動態展示變電站的運行狀態。

3　結束語

智能變電站輔助系統綜合監控平臺使用模塊化設計，易于裁剪和擴展。采用標準IEC61850建模方式[7-12]，對智能機器人巡檢系統、視頻聯動系統、一體化電源監控系統、安防消防門禁環境等普通子系統等進行了多系統融合，滿足變電站“數據集成、業務協同、管理集中、資源共享”的要求[6]。系統既實現了信息的集中采集、集中分析、集中應用，消除了“信息孤島”[7]的局面；又實現了系統間的廣泛聯動，提高了系統的應急處理能力和統一化、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。

[1] 魯守銀,蘇建軍.機器人在變電站設備巡檢中的應用[J].機器人技術與應用,2007(5):33-36.

[2] 丁希亮,李建祥,孟祥軍,等.IEC61850在數字化變電站直流電源系統中的應用[J].電力系統保護與控制,2010,38(23):147-152.

[3] 國家電網公司.Q/GDW_679-2011智能變電站一體化監控系統建設技術規范[S].2011.

[4] 國家電網公司.Q/GDW_678-2011智能變電站一體化監控系統功能規范[S].2011.

[5] 國家電網公司.Q/GDW688-2012智能變電站輔助控制系統設計技術規范[S].2012:1-10.

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[8]IEC.Communicationnetworksandsystemsinsubstations-Part6:ConfigurationdescriptionlanguageforcommunicationinelectricalsubstationsrelatedtoIEDs[S].2003:1-144.

[9]IEC.SNEN61850-7.Communicationnetworksandsystemsinsubstations-Part7-1:Basiccommunicationstructureforsubstationandfeederequipment-principlesandmodels[S].2003:1-109.

[10]IEC.SNEN61850-7.Communicationnetworksandsystemsinsubstations-Part7-3:Basiccommunicationstructureforsubstationandfeederequipment-commondataclasses[S].2003:1-64.

[11]IEC.SNEN61850-7.Communicationnetworksandsystemsinsubstations-Part7-4:Basiccommunicationstructureforsubstationandfeederequipment-compatiblelogicalnodeclassesanddataclasses[S].2003:1-96.

[12]王舒憬,葉申銳,張樂.IEC61850模型的MMS-EASELite實現分析[J].儀表技術,2009(6)：50-53.

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年畢業于山東科技大學控制理論與控制工程專業，獲碩士學位，工程師；主要從事智能變電站監控、變電站通信技術、嵌入式技術方向的研究。

TH7;TP277

ADOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201609013

修改稿收到日期：2016-02-29。