变电站开放式辅助监控系统平台设计与实现

张修华　刘序军　孟祥军　陈　杰　冯　飞　崔丽蓉

(山东鲁能智能技术有限公司，山东 济南　250101)



变电站开放式辅助监控系统平台设计与实现

张修华刘序军孟祥军陈杰冯飞崔丽蓉

(山东鲁能智能技术有限公司，山东 济南250101)

通过对当前变电站辅助监控系统的调研发现，当前变电站辅助系统功能单一且独立分散、部署成本高而效率低下，不能满足智能变电站发展的综合性、智能化需求。针对上述问题，变电站辅助系统综合测控平台在环境、安防、消防等一般辅助功能的基础上，增加了具有高级辅助监控功能的变电站智能巡检机器人系统、智能视频系统、一体化电源监控系统；采用标准IEC61850建模、远动传输、统一系统联动配置等方法进行高度多系统融合，提高了变电站辅助监控系统的智能化水平、综合处理性能及无人值守情况下的站内测控效率。从各个地区变电站的应用数量和站内统计数据可以看出，该平台能够满足未来智能变电站辅助监控系统的发展要求。

变电站辅助监控巡检机器人智能视频IEC61850多系统融合无人值守智能化测控效率

0　引言

变电站作为电力系统的核心环节，担负着所在区域的高低压变换及供电任务。为了保证变电站在无人值守情况下的可靠、稳定运行，需要在变电站部署辅助监控系统。随着智能变电站建设的推进，从智能管理角度来看，整合变电站辅助监控系统，构建统一的辅助控制系统平台十分必要。

本文的智能变电站辅助系统综合测控平台在维持现有各子系统相对独立运行和自动闭环控制的前提下，加入机器人巡检联动、智能视频监控联动等高级辅助监控功能，并按照IEC61850相关标准进行整体的系统建模，高度整合各类子系统，集中实现数据处理、联动配置、实时监控、数据信息保存等功能。同时，按照变电站相关标准，配置了与变电站内其他主监控系统的信息交互接口，实现了数据共享，并供远方调度工作站及其他权限用户使用。

1　技术分析与应用

本文所述的多系统主要是指视频监控子系统，机器人巡检子系统，一体化电源在线监测子系统，常规辅助监控子系统(如安防系统、消防系统、环境监测系统等)，以及智能音频分析、无线温度监测等功能扩展子系统。视频监控子系统主要完成系统前端图像采集、视频的录像回放等功能；智能机器人巡检系统用于巡检整个变电站室外输变线路运行情况；一体化电源监控系统用于在线监测变电站内交直流、逆变、UPS、通信电源运行状态；常规辅助监控子系统实现消防报警、风速、气体浓度、站内主体设备、线缆温度等参数监测，对继电器、开关设备进行分合控制；智能手持终端实现站内数据远程在线监控。

系统结构示意图如图1所示。

图1　系统结构示意图

1.1多系统的融合

本文的智能辅助监控系统在高度集成和融合多系统的同时，采用模块化设计，兼顾各个子系统功能的独立性和功能自治，最大程度地限制了单系统故障对其他系统的干扰。模块化设计使系统可根据实际需求，对功能进行灵活裁剪，并为进一步系统级数据融合预留了扩展接口，以提高辅助监控系统的延展性、灵活性、可靠性和稳定性。

①系统间常规数据融合。

智能辅助监控系统对下通信规约开发采用插件的方式，根据配置动态加载，对上、对下可接收的规约类型多样化，基本覆盖所有电力系统中的设备规约，满足常规变电站设备厂家的需求。针对不同地市局的需求和变电站等级，可选择通过变电站内部通信网络或单独的VPN通道进行信息交换。信息经过高级加密算法处理，支持网页、短信、手机APP等方式远程接收查看站内全景数据。

各个系统的测点信息融合并统一配置到全景数据库中，使测点信息具有全局属性，为整个系统提供全景数据。常规数据信息采集如表1所示。

表1　常规数据信息采集

表1中：YC为遥测类型；YX为遥信类型。

②巡检机器人与智能视频系统的数据融合。

系统前端视频经硬盘录像机通过工业以太网传送，可根据具体要求设置视频数据定时、定条件等记录方式，实现视频的录像、回放、动态捕捉、单帧拍摄等功能。除常规视频功能外，加入智能巡检机器人系统，无异常时按预定轨道采集现场图像，并将图像信息传输到辅助监控的视频子系统中进行统一处理。当触发异常时，联动巡检机器人，反馈异常坐标，指示机器人到异常点进行勘查以及核实此异常情况，实现操作的二次核实以及远方核实；通过模式识别、图像处理技术，对巡检机器人发现的情况进行前期处理；然后，通过无线数据传输技术，将现场的实际情况以直观的系统图像数据传送回智能辅助监控后台，实现对信息的校对核实以及再分析[1]。智能机器人自动巡检核实系统和常规视频系统融合后，可实现变电站室内外整站的无人巡检，扩大系统的整体摄录监控范围。

常规视频和机器人巡检信息采集如表2所示。

表2　常规视频和机器人巡检信息采集

多系统融合后可实现系统间的联动，延展监测范围，完善辅助监控系统的功能，监控的鲁棒性、准确性、实时性等都有大幅提升。

1.2IEC 61850统一建模和远动传送

本智能变电站辅助系统综合监控平台按照《智能变电站一体化监控系统功能规范》进行设计[2-4]。系统采用IEC61850标准统一建模，采用标准远动传送规约。各子系统功能采用模块化设计，可根据用户需要进行选择，模块化设计也便于系统扩充和维护。该系统除了强调各个子系统之间的信息共享和信息互动之外，还支持分层、分区的分布式结构及多级系统构建，同时可实现与智能变电站一体化监控系统的规范信息交互。

通过IEC61850标准的统一系统建模[4-8]，使得各个子系统的信息能够统一收集和对外发布，从而提高了本系统的数据融合能力。同时，将整体数据发送给远端调度中心，调度工作人员在外部总监控中心，即可实现对所有站进行权限的核实、巡检及远端遥控操作等相关工作，便于统一管理和调度。IEC61850和104远端数据信息如表3所示。IEC61850模型结构如图2所示。

表3　IEC 61850和104远端数据信息

图2　IEC 61850模型结构图

1.3系统级联动

系统级联动实现的基础是全景数据库[4]。系统通过联动配置的方式配置联动规则，实现各个系统内以及系统间的相互联动。联动规则设置联动启动时间段、触发条件、触发动作、复归动作等相关参数，配置方式简单灵活。联动数据测点达到预设条件后会自动触发，报告联动信息，并将整个联动过程作为事件记录到历史数据库中，供以后查询。

视频联动触发后，摄像头会转到预置点处，并自动进行单画面推图、捕捉图像并记录；联动条件恢复后，摄像头能自动恢复到初始预置位置，保证重点区域的视频监测。外部巡检机器人则可移动到联动点，对输电线路进行图像采集和处理；当移动物体被摄像头的移动侦测功能检测到，或被安防系统的红外对射模块和红外双鉴模块检测到，将触发摄像头联动，由界面状态栏显示信息，同时摄像头转到预置点处。同理，系统的安防、消防、门禁、环境、照明、在线检测、异常杂音检测等系统间都可设置联动，实现对整个变电站的集中监控。

2　系统架构和设计

系统结构以变电站系统的相关标准规范为依据，采用分布式设计，可构建单机系统，也可构建多机系统，能根据实际需求满足双机热备。网络为双网冗余，数据服务器采用双机互备[2-3]。

2.1硬件系统结构

硬件系统设计可参见图1。系统支持双网和双机热备的功能结构，可根据实际需求，配置双机、双网。系统拓扑结构示意如图3所示。

图3　系统拓扑结构图

2.2软系统框架

系统软件架构采用面向服务的分布式设计，自下而上可分为以下五个层次，如图4所示。

图4　系统软件架构图

软件架构支持Windows/Linux/Unix操作系统，采用Mysql数据库、实时数据库及集中存储的文件，构成系统的全景数据平台[5]，为系统内外数据的共享提供了唯一的数据源。软总线为系统内分布式设计的各个模块提供透明的数据访问及消息传递接口。模型服务、图形服务等服务模块构成系统应用服务层，系统的扩展性强。人机监控、组态建模等功能模块是系统的应用工具层，应用工具层为系统提供基本的应用功能。

软件系统设计为四大功能模块：前置功能模块、软总线模块、数据库管理模块、实时模块，分别实现实时数据采集、模块内数据交互通道、全景数据存储、联动配置实时控制等功能。系统配置有前端界面展示、数据报文收发监视解析等功能模块，用于直观、实时地向用户动态展示变电站的运行状态。

3　结束语

智能变电站辅助系统综合监控平台使用模块化设计，易于裁剪和扩展。采用标准IEC61850建模方式[7-12]，对智能机器人巡检系统、视频联动系统、一体化电源监控系统、安防消防门禁环境等普通子系统等进行了多系统融合，满足变电站“数据集成、业务协同、管理集中、资源共享”的要求[6]。系统既实现了信息的集中采集、集中分析、集中应用，消除了“信息孤岛”[7]的局面；又实现了系统间的广泛联动，提高了系统的应急处理能力和统一化、智能化管理能力，满足先进性、实用性、开放性、集成性、可扩展行易操作及易维护性等要求。

[1] 鲁守银,苏建军.机器人在变电站设备巡检中的应用[J].机器人技术与应用,2007(5):33-36.

[2] 丁希亮,李建祥,孟祥军,等.IEC61850在数字化变电站直流电源系统中的应用[J].电力系统保护与控制,2010,38(23):147-152.

[3] 国家电网公司.Q/GDW_679-2011智能变电站一体化监控系统建设技术规范[S].2011.

[4] 国家电网公司.Q/GDW_678-2011智能变电站一体化监控系统功能规范[S].2011.

[5] 国家电网公司.Q/GDW688-2012智能变电站辅助控制系统设计技术规范[S].2012:1-10.

[6] 国家电网公司.Q/GDW517.1-2010电网视频监控系统及接口[S].2010:1-105.

[7] 国家电网公司.Q/GDWZ414-2010变电站智能化改造技术规范[S].2010.

[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,叶申锐,张乐.IEC61850模型的MMS-EASELite实现分析[J].仪表技术,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

张修华(1983—)，男， 2012年毕业于山东科技大学控制理论与控制工程专业，获硕士学位，工程师；主要从事智能变电站监控、变电站通信技术、嵌入式技术方向的研究。

TH7;TP277

ADOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201609013

修改稿收到日期：2016-02-29。