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智能電網的背景

當前，節能減排、綠色能源、可持續發展成為各國關注的焦點。人們對現有的能源利用體系也提出更高要求，如何通過改造和創新以使電網體系的能源效率得到最大限度的開發，已成為當前急需解決的問題。智能電網采用先進的技術對發電、輸電、配電、供電等環節進行實時監控和數據整合，通過智能化控制，以達到精確供能、對應供能、互助供能和互補供能，將能源利用效率和能源供應安全提高到全新的水平。智能電網將成為電網發展的必然趨勢。

我國的變電站網站多，分布在較偏遠的地方，且比較分散。作為保障民生的重要行業，變電站需要有統一的自動化管理，以確保人員安全、設備時刻處于正常運行。目前，變電站已實現遙控、遙調、遙測、遙信技術，然而，作為無人值守變電站僅具備“四遙”技術是不夠的，因為監控中心無法了解到現場情況，如安全運行、防盜保安、火警檢測等。現正處于蓬勃發展的視覺監控技術為變電站自動化提供了有力的技術支持。通過視覺技術，監控中心不僅能夠直觀了解現場，獲取報警信息，同時將視覺分析得到的原數據同已有的電氣數據關聯，從而達到綜合監控，集中管理的目的，有效提高變電站的綜合自動化水平。

融入視覺功能的變電站綜合自動化

近年來，變電站綜合自動化系統已成為電力行業中的熱點之一。變電站綜合自動化是指將變電站二次設備經過功能的組合和優化設計，利用先進技術，實現對全變電站的主要設備和輸、配線路的自動監視、測量、自動控制和微機保護。傳統的變電站綜合自動化系統借助采集設備的電氣量數據，再利用計算機的高速計算能力和邏輯判斷能力，實現監視和控制變電站內各種設備的運行和操作。

對傳統系統的補充與完善

在傳統的自動化系統中，數據源主要依賴所采集的電氣量，如開關量、電流、電壓等。這些數據信息雖然精確的描述了設備的內部功能運行狀況，但對于設備的外部狀態監控卻無能為力。實際上，設備的外部狀況也是衡量其是否能夠正常運行的一個重要因素，例如開關是否閉合；變壓器的周邊是否遺留潛在危害其性能的物品等等。可見，在變電站內增加視覺監控是十分必要的。

融入視覺監控的變電站自動化系統是對傳統系統的一個有力補充和完善。傳統的視頻監控需要工作人員直觀地觀察視頻，并對監控場景人為作出判斷。而視覺監控則不同，它利用攝像機和計算機替代工作人員對目標進行識別、跟蹤和測量等，并進一步處理成易于工作人員理解的信息，從而推動變電站智能化控制和調度，提高系統的綜合自動化能力。在變電站場所里，按照需求，在不同區域安裝相應的視覺監控服務器，并接入到已有的電力系統中，從而實現在同一個設備ID下的關聯分析，實現視覺監控與傳統自動化系統的真正融合和統一。現有的變電站的視頻監控解決方案，大多將視頻監控設計為一個獨立運行的系統，或只是簡單的響應原自動化系統傳來的信號，雖然在一定程度上實現了遠程監控的效果，但卻不能達到真正意義的綜合自動化。由此，前述的解決方案將會更具市場競爭力。

IEC61850通信協議

為使智能視覺終端接入電力系統，就必須在設備層上遵循變電站通用的通信協議IEC61850。

IEC61850是國際電工委員會于2003年正式發布的變電站自動化國際性標準。該標準采用面向對象的建模技術，定義了基于客戶機/服務器結構的數據模型，設計了獨立于所采用網絡和應用層協議的抽象通信服務接口(ACSI)，客戶通過抽象通信服務接口，由專用通信服務映射(SCSM)映射到所采用的具體協議棧，如制造報文規范(MMS)等來完成通信。IEC61850標準采用基于XML的結構化模型描述語言SCL，具有擴展性，支持商家專用工具或其他協議映射。IEC61850標準的自身特點使智能視覺終端接入變電站自動化系統成為可能。

在融入視覺監控的變電站自動化系統中，需要實現視覺監控服務器與主站級之間的相互通信。由于現有的視覺監控服務器并不符合IEC61850標準，所以需要進行規約轉換。按照視覺監控服務器的功能，將其分析處理后的數據按IEC61850信息模型標準劃分成一個或多個服務器，每個服務器由邏輯設備、邏輯節點、數據對象和數據屬性構成。為完成與主站端的通信，還需要將通信協議轉換為制造報文規范(MMS)，通信接口采用以太網接口。

另外，在主站層上還需要完成實時數據庫的建立和抽象通信服務接口的實現。通過實時數據庫應用接口完成實時數據庫與IEC61850標準中數據模型的轉換和數據交互。實現時，可根據實時數據庫中監控模型的不同建立方式不同的轉換，使得通信系統成為一個獨立的系統，與變電站實時監控平臺及其建立的數據模型沒有直接的聯系。抽象通信服務接口由抽象服務管理器和特殊服務映射MMS組成。抽象服務管理器負責接收服務請求消息，創建服務實例，執行服務，維護服務清單等。特殊服務映像MMS實現IEC61850服務到協議數據單元(PDU)的映像和生成。抽象服務管理器以標準的數據結構發出或接收消息，抽象服務的實現過程既不依賴于底層的服務映射，也不依賴于實時數據庫

視覺智能終端的功能

在變電站自動化系統中，視覺智能終端的監控對象主要為人和設備。。

對人的監控

對人的視覺監控，一般通過對場景中目標的檢測和跟蹤，進而實現對目標行為的分析和理解。針對于人的視覺監控可以分為以下幾方面：

1.人員倒地行為檢測：當在應用場景中所設定的警戒區域內，有人出現突發性事件(如觸電、生病等情況)倒地時，通過視覺智能終端的分析自動產生報警。該功能應用于變電站室外場地和室內高壓變電房等區域，可使工作人員第一時間發現異常行為，及時處理，避免人員傷亡。

2.人員徘徊檢測：在監控場景內所設置的警戒區域內，如有人長時間來回走動，則智能視覺終端將產生自動報警。該功能協助工作人員判斷是否有人踩點，制止可能發生的偷竊行為。

3.入侵行為檢測：當有人闖入監控的警戒區域時，自動產生報警。該功能可應用于變電站院墻、重要電房、監控機房等，協助工作人員判斷是否有非法人員進入變電站，預防偷竊等事件的發生。

對設備的監控

智能視覺終端對設備的監控主要針對可視的一次設備，因為這些設備都布置在場外，不便于工作人員巡查。

通過智能視覺終端對其外觀的分析，判斷設備是否正常運行，是否存在危害它工作的潛在異常事件發生的可能。下面列舉具體設備運行狀況的監控情況。

1.對電容器的監控：由于電容器通常都是在滿負荷下較長時間運行的，運行溫度受環境影響較大，當電容器長時間處于高壓高溫環境下時，會導致其熱擊穿而損壞；通過視覺智能終端的分析，可檢測電容器外殼各部是否有滲漏，外殼是否鼓肚，電容器有無噴油或起火等事件發生。視覺智能終端會對以上情況及時報警，保證電容器故障率的下降。

2.對隔離開關和接地刀閘的檢測：針對這類設備，主要監控其開或關狀態，以方便工作人員了解設備運行的外觀狀態，對整個變電站的監控提供了基礎保障。

3.對電抗器的監控：當電抗器位置發生傾斜，線圈膨脹或接地，表面有放電現象等外觀的變化時，視覺智能終端將自動產生報警。

根據具體設備的不同，視覺智能終端采用不同的分析方法，它可監控的對象還包括電纜接頭、絕緣子、電阻等等。另外，視覺智能終端也可對設備進行物品取走或物品遺留的檢測，判斷是否有偷竊事件發生或是否有人進行蓄謀破壞活動。

智能視覺信息的應用

增加智能視覺分析的變電站自動化系統，將大大提高綜合自動化的水平。顯示了融入視覺智能監控的變電站級信息系統的結構框架。

基于上面框架的智能視覺解決方案，將智能視覺分析模塊通過IEC61850規約轉換連接到主站層，與其他EID設備集成一個整體，從而使不同控制系統的數據能夠匯總在一起，利用數據之間的關聯關系，增強了變電站的綜合監控的能力。

實際應用中，前端的攝像機置于監控點，通過網絡將采集到的視頻數據傳輸到智能視覺服務器中。智能視覺服務器根據監控對象的類型做具體分析，提取出元數據，并將元數據、視頻流等信息經IEC61850規約轉換器進行處理。主站層通過ACSIMMS接口與間隔層進行信息交互，使視覺分析所得的數據與其他EID采集的電氣量關聯后存儲至實時數據庫。實時數據庫為本地控制中心提供了豐富的數據依賴。

結論

視覺監控是對傳統自動化系統的一個有力補充和完善。智能視覺終端通過協議轉換實現與主站級的信息交互，同時與其他的IED設備無縫連接成一個整體。這種統一的自動化系統改善了現有解決方案中視頻監控獨立運行的狀態，便于做到系統的綜合分析，整體監控和集中管理，以至最大程度的節約成本，提高系統效率。視覺監控在變電站自動化中將有著廣闊的應用前景，也會在無形中推動整個智能電網的建設。