多传感器融合的智能电力系统设计与应用

吕龙

摘要：电力系统开关站智能无人值守系统是用于变电所、配电房、环网柜等需要对运行环境和用电信息进行实时监控的高科技采集调控装置。调控系统的建立可有效降低变电站故障概率，提高变电站运行的可靠性、稳定性，并可实时排出变电站内有毒、有害气体与窒息性气体，保障进入的工作人员的安全，同时，针对现场环境实时监测情况，智能调控装置亦能通过相应的智能联网平台及时有效通知相关人员，实现远端调控。本文主要对多传感器融合的智能电力系统设计与应用进行了简单的探讨，以期能够为相关人员提供参考。

关键词：多传感器融合;采集处理;数据传输;环境监测

1、多传感器融合的基本原理

多传感器融合又叫做多传感器信息融合、多传感器数据融合，这个概念并不是一个新概念。实际上，人和生存在自然环境中的其他动物都具有感知客观世界的能力，人们利用眼、耳、鼻等感觉器官处理场景、声音、气味等信息，对客观事物展开多方面、多种类、多角度的感知，从而得到大量能够相互补充的信息，并根据已有的知识和经验将这些信息综合起来，进行分析、处理，进而形成对客观事物的和谐的统一的认识与理解，并引导下一步动作。这个过程其实就是多元化信息融合的过程，在工程实际应用中，就叫做多传感器融合。

事实上，多传感器融合技术是一种处理信息的手段，可应用于同时使用多个或多种传感器的系统，对多个传感器所采集到的信息按照一定的规则进行多层次、多角度、多空间的分析及处理，综合融合后能够互相补充，消除信息之间可能存在的矛盾以及冗余的数据，使系统具有更高的灵活性、可靠性，提高系统的工作效率。由于实际环境复杂多变，使用单一传感器获得的信息往往是片面的、局部的，所以，通常在一个系统中同时使用多个或多种传感器协同合作。

多传感器融合和单一传感器对比，具备以下优势：（1）降低了系统的不确定性。多个或多种传感器同时工作在系统中，尽管在探测同一对象时，由于其特性各不相同，所得信息会存在一定的冗余与差距，适当融合可以降低信息的不确定性。（2）增强了系统的生存能力。多个或多种传感器同时工作在系统中，当其中某个或若干个传感器受到干扰或出现故障而不能被系统利用时，系统能够通过其他传感器获得相关信息，仍然能够保障系统的正常运行，从而增强了系统的生存能力。（3）提高了系统的可信度。多个或多种传感器对同一个对象加以探测，能够互相验证，减小错检，因此能够提高系统的可信度。（4）扩展了时间的覆盖范围。某一个传感器在某一个时间段上可能无法探测到其他传感器在该时间段上可以探测到的目标，适当融合提高了系统的探测效率。

2、多传感器融合的智能电力系统设计与应用

2.1、系统总体设计

智能电力无人值守系统主要由智能监控终端模块、工控屏显示模块、Web/手机访问模块、环境监测与处理模块、安防监控与处理模块、智能联动与处理模块以及预留扩展口等模块组成。监控终端主控制器STM32F407通过RS485通信方式与各采集模块进行通信，将采集的数据根据通信协议计算相应的值，通过4G网络与服务器建立TCP连接将数据传输至上位机，并将传输的数据根据协议进行解码，在监控中心实时显示各采集模块的测量数据，同时通过短信形式将报警信息以功能代码发送至相关人员手机中。该系统能够对开关站一些环境参数以及设备运行情况和紧急情况处理进行实时监测、反馈、管理和紧急情况自动控制。系统功能主要由环境监测、设备运行、安防监测、智能联动以及数据平台五部分构成。

2.2、系统功能设计与应用

2.2.1环境监测与处理

高敏烟雾监测子系统采用高敏烟雾传感器监测开关站，其内采用pH2.5检测芯片，通过对空气中pH2.5含量变化的捕捉，反映站内烟雾情况。当烟雾异常，系统将立刻联动视频捕捉和告警功能，并及时对相关工作人员手机以及上位机监控中心推送告警信息。因其灵敏度远胜传统烟雾传感器，提前预警效果显著。室内温湿度监测子系统实时监测站内温湿度信息，当温湿度过高时，系统将启动动力设备（风机、除湿机），直到温湿度处于正常水平;当温湿度异常时间过长，将启动告警流程，推送至相关工作人员。SF6气体监测子系统中在电缆沟、开关柜SF6易泄露点安装SF6传感器，实时监测开关站SF6含量，一旦该传感器检测到SF6含量超标信号，系统将启动风机设备，开启安全排气通道，同时启动告警信息推送。室内水浸监测子系统针对开关站室内防水，当有漏水、渗水情况，导致地面积水，水浸传感器对易积水处进行监测，若采集到水浸信号，系统将启动预警流程。电缆沟水位监测子系统采用电缆沟水位传感器实时监测开关站电缆沟水位情况，当检测到预警水位信号，系统自动启动抽水泵工作，同时将启动水位预警信息推送。

2.2.2设备运行监测与处理

在柜内母线、电缆温度实时监测过程中，当温度过高时，传感器将采集的数据通过无线方式推送给智能监测终端，系统将接收到的温度数据分析后，启动告警流程，并推送至相关工作人员。开关站室内设备运行负载状态可基于设备电压电流表获取数据，运行负载可实时显示，并对数据进行存储，运行负载异常情况下，启动告警流程。

2.2.3安防监测与处理

门禁监测子系统对站门进行实时监测，当门被打开时，系统接收开门信号，自动启动风机15min，并同时启动视频录像功能，对站门状态及进入人员进行视频图像信息存储，该信息可进行回放、查看等。该远程摄像系统由一个或多个网络摄像头组成，用于对站内情况进行实时监控，供远程的终端使用。视频监控子系统可针对室内有运动物体进行跟踪侦测、记录保存，同时对重点监视区域实现边缘化数据分析，回传差异视頻或图片。

总而言之，当站内出现异常情况时，能够智能联动相关处理设备，将异常情况解决在萌芽状态。同时，智能联动设备无法处理的异常情况，将通过告警流程，把异常情况第一时间告知相关负责人，做到精准检修，从而能够实现更加可靠及安全的远程管理和操控。

参考文献：

[1]张林，葛隽，黄荣辉，吴尊飞，徐曙，罗智奕，关晓曼.基于多传感信息融合的智能电力监控系统的设计[J].软件，2016，37（12）：51-53.

[2]王耀南.大型复杂电力系统的多传感器信息融合智能技术[J].电力科学与技术学报，2008（02）：24-29.