一种SCADA系统和视频与环境监控系统在电力系统中联动的应用方法

樊腾飞

（中国南方电网电力调度控制中心 广东 广州 510623）

一种SCADA系统和视频与环境监控系统在电力系统中联动的应用方法

樊腾飞

（中国南方电网电力调度控制中心 广东 广州 510623）

基于减少电力系统中SCADA系统和视频与环境监控系统的联动手动操作复杂度的目的，本文提出一种联动融合方法减少操作的复杂度和误差率。该方法通过构建控制协议和联动信号的方式将两个系统有效地进行融合。通过在某电力局中实验，结果显示这种方法提高事件数量6%～15%,降低误差率7%～10%。

SCADA；视频与环境监控系统；联动；电力系统

当前电力系统中的视频与环境监控系统使用高分辨率的摄像机作为“眼睛”采集环境信息，比如断路器、开关和变压器等电力设备的运行情况、仪表参数信息[1-4]。当出现事件需要进行观察和处理的时候，SCADA系统和视频&环境监控系统之间只能人为的进行系统间的切换来合作，系统和系统之间没有任何的交流和通信。用户只能先通过视频与环境监控系统观察现场情况，然后使用SCADA系统进行相应调度，这样很容易对事件处理产生负面影响[5-9]。

为了快速准确通过数据交换完成两种系统之间的联动，文中综合了SCADA系统和视频&环境监控系统的实际使用环境信息和要求，提出搭建一种分层通信体系架构和系统之间的通信协议的方法来实现系统间的通信，实现联动融合的目的。

1 联动方法

1.1 方法原理

从图1可以看出，首先当视频&环境监控系统或者用户发现事件时，SCADA系统观察运行状态信息，根据事件环境给联动主机发送相应监控联动信号。然后，联动主机要求视频&环境监控系统将事件环境的所有摄像机视频全部弹出，视频画面在客户端上分格显示便于观察。最后客户端根据处理方案对事件进行处理[10-11]。

图1 方法原理图

整个方法在执行的过程中，主要通过SCADA系统的“四遥”手段完成[12]。另外，视频&环境监控中对观察到的事件信息也有一定的自动处理能力，比如刀闸、开关这种类型的事件。通过摄像机对这类事件直接进行分析和仪表的读数判断，当采集数据超过规定的阈值，则通知SCADA系统进行事件处理操作，同时将相关信息登记在服务器，显示在客户端并报警。

1.2 约束条件

1）网络的带宽需求

电力系统网络的大规模建设需要的监控点位越来越多，通信距离越来越长。所以通信网络的带宽限制将影响联动处理事件的有效性。

2）摄像机云台的控制

监控系统中对摄像机的控制多是以云台控制。当处理事件时，直接对云台进行控制有可能与用户操作引起冲突，所以SCADA发送的联动信息不能直接联动云台进行数据交换。

3）设备限制

联动服务器和视频服务器以及摄像机等设备的性能对事件处理有重要影响。服务器的性能限制事件处理的时间和数量，而摄像机的像素则制约了对电力设备实时采集数据的准确度[13-15]。

2 联动应用

SCADA系统和视频与环境监控系统在变电站中的联动方法应用的核心是在联动过程中进行通信方法的设计。这种通信的方法设计主要涉及电力调度分层、遥视系统、网络联动、数据流、时间同步、端口定义以及报文格式7个部分。

2.1 电力调度分层

图2 电力调度分层控制结构图

从图2可以看出电力调度的层级关系，层级从大到小的顺序是：主调度中心、区域调度中心、地区调度中心、变电站和发电厂。根据层级顺序，则联动顺序也是通过从大到小的方式进行，当然还有根据事件的紧急程度设定处理操作的优先级。2.2 遥视系统

图3 遥视系统构成图

遥视系统是SCADA系统和视频&环境监控系统联动的主要结合点，从图3可以看出遥视系统的主要工作过程。其中RPU是站端处理单元，是站端系统的核心部分。

2.3 网络连接

从图4可以看出两种系统间的网络连接通过局域网完成，其中SCADA是连接的核心部分，站端系统将图像内容通过SCADA联动主机反馈给SCADA管理中心，SCADA管理中心通过WEB调度服务器进行信号的控制和发送。

2.4 数据流

图5通信数据流的方向

图4 网络连接图

从图5可以看出控制数据和视频数据的流动方向，显示了系统通信的数据交换的方向。

2.5 系统时间同步

为保证系统SCADA系统、联动服务器和视频&环境监控系统在时间上的统一，本文的通信中采用同样的卫星时钟为标准。另外，在SCADA系统通信时，将报文发送的时间与系统本身时钟调校一致。视频接收程序收到报文时钟后定期校正自身时钟并统一对远端视频单元进行周期性统一校时。

2.6 系统数据的收发过程

SCADA系统数据读和发的过程如下所示：

Step1：SCADA信号从主站Web服务器上将联动信号发送给联动主机。

图5 通信数据流的方向

Step2：联动主机将联动信号通过SCADA的管理信息区域网络（安全III区网络）以报文的形式传送给视频&环境监控系统。

Step3：视频&环境监控系统接收联动报文，按照内容驱动摄像头定位。

2.7 端口定义

本文方法采用TCP/IP的通信模型，默认的联动服务器通信端口号为：9300，并且为应对多视频流的播放问题，采用RTSP协议作为流媒体协议。

2.8 报文格式

SCADA系统和视频&环境监控系统之间的数据交换采用TCP/IP通讯模型。由SCADA系统服务器作为TCP客户端，视频&环境监控系统服务器作为监控端。TCP客户端完成单向发送联动报文工作；监控端则仅完成单向接收联动报文工作且不能反向发送任何报文数据。报文格式说明如表1所示。

表1 基本格式

表1中包头占4个字节长度。其中Version代表版本号，以整数1～255表示，当前版本号为1；CommandType代表通信类型，考虑到协议的可扩展性，暂用0x0F表示本通信类型；

DataLength代表Data数据区有效数据字节长度。

另外Data数据区根据事件设置格式，每个事件的格式为包头＋点序号信息＋类型信息＋点值信息＋校验码。具体内容如表2所示。

表2 Data数据区详细说明

从表2可以看出：

1）站序号：2个字节长度，站序号是SCADA发送程序（插件）的站点编号，取值范围：0～655 35。视频接收程序定义站序号与变电站之间的对应关系，SCADA系统应该提供站点序号与实际站点的对应关系信息。

2）点序号:2个字节长度，点序号是SCADA发送程序发送的组态点序号，视频接收程序应预先定义点序号和摄像头之间的对应关系，SCADA系统应该提供组态点与实际点名的对应关系信息；

3）类型信息为：1表示“遥控预置”；2表示“遥控操作成功结束”；3表示“遥控操作异常结束”；4表示“遥信变位”。

4）点值：有效报文，需驱动摄像头则置为1；否则置0；

5）时间格式：4个bytes（Long Integer），数值为距1970年1月1日0时0分0秒的秒数。

6）校验码：为从点名到点值逐一字节的异或取反。

3 实 验

文中提出的应用方法在电网系统某局进行实验。在实验中，以某局的现有设备为基础外接联动控制器和备用主站搭建实验联动平台，某局的大华主站平台仅作数据服务器，不做联动控制功能。当有事件处理联动命令时，联动服务解析SCADA信号后发送给备用主站平台，由主站平台调用已设置好的联动规则，调用对应摄像机弹出相对应的视频画面。

实验中的事件数量由信号数量模拟产生，文中采用自动信号发生器模拟事件发生源，每隔一定时间产生一个信号作为事件信号与视频&环境监控系统进行通信。实验结果如表3所示。

表3 联动控制反馈情况

表3中原始方法指手动切换处理事件，联动应用则指文中方法处理事件。其中，操作指完成处理事件的操作数量，误差率则指由于人力限制、主机性能、通信带宽限制造成的事件没有得到处理的差错率。从表3的操作数和误差率的结果中显示文中提出的联动应用方法有较好的效果。

4 结束语

文中提出的SCADA系统与视频&环境监控系统的联动应用方法通过构建控制协议和联动信号的方式将两个系统有效的融合起来。当事件发生时，可以通过四遥的方式，根据视频提供的实时影响观察并处理实际事件，有效的降低操作复杂度，减少由于人力限制而忽略事件环境影响因素造成的事件未处理数量。

SCADA系统与视频&环境监控系统的联动是电力系统中实现自动化控制的重要部分，也是一种解决调度事件的有效方案。这种联动方式的应用由于技术特点符合三网合一的要求，在发展中会逐渐成为有助于电力系统安全运行的一种标准或者规范。

[1]郑捷.网络和通信技术在电力监控系统中的应用[J].技术与市场，2015，22（7）:98-100.

[2]万勇.一种基于云计算技术的SCADA系统设计[J].高压电器，2013，49（7）:89-91.

[3]梅林.网络环境下视频监控系统在变电站的应用及后评价研究[D].北京：华北电力大学，2013.

[4]翟瑞聪，高雅.电力设备远程监测诊断中心系统遥视信息联动应用研究[J].电力系统保护与控制，2015（8）:150-15.

[5]罗劲.变电站智能视频辅助管理系统的研究及应用[D].成都：电子科技大学，2015.

[6]袁诚，SCADA自动化软件在电力系统监控中的运用 [J].中国科技纵横，2015（12）:40.

[7]楚胜楠.电力SCADA系统脆弱性分析与网络安全风险评估研究[D].北京：华北电力大学，2015.

[8]马发勇，厉启鹏.电力调度SCADA系统中历史数据压缩及存储策略[J].电网技术，2014，4（38）:1109-1115.

[9]陈天恒，杨晓静.基于蚁群算法的变电站视频监控联动方案优化设计[J].电力系统保护与控制，2016，44（2）:1334-1339.

[10]廖小君，黄忠胜.智能变电站监控与视频系统联动方式研究[J].四川电力技术，2014，37（4）:42-45.

[11]温晓慧，SCADA视频联动在轨交车站电力监控系统中的应用[J]，电工技术，2015，（4）:35-36，51.

[12]高建勋，周丹.变电站视频及环境监控系统在SCADA系统中的应用[J].电力系统通信，2011，32（228）:39-44.

[13]宋亚奇，周国亮.智能电网大数据处理技术现状与挑战[J].电网技术，2013，37（4）:927-935.

[14]刘小春.SCADA自动化软件在电力系统监控中的应用[J].制造业自动化，2012，34（4）:48-50.

[15]高忠旺，孙芝莲.变电站智能图像监控系统与SCADA系统联动方案[J].青海电力，2011，30（s2）:7-8.

A linkage application method of SCADA system and video&environmental monitoring system in power system

FAN Teng-fei
（Power Dispatching Control Center of China Southern Power Grid，Guangzhou 510623，China）

For the purpose to reduce the manual operation complexity of the linkage of the video&environment monitoring system and the SCADA system in the power system,this paper presents a linkage application method of the systems to reduce the complexity of the operation and the error rate.The experments have processes in a certain power bureau.The result of experments shows that this method can improve the number of the events 6%～15%and reduce the error rate 7%～10%.

SCADA；video&environmental monitoring system；linkage；power system

TM761

A

1674－6236（2016）24-0113-03

2016-09-08 稿件编号：201609085

樊腾飞（1986—），男，湖南郴州人，硕士，工程师。研究方向：电力系统自动化。